[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

五員環を経て三員環へ!ジ-π-“エタン”転位

[スポンサーリンク]

ジ-π-メタン転位を拡張した新たなラジカル転位反応として、ジ-π-エタン転位が報告された。エネルギー的に不利な三員環遷移状態を避けて五員環遷移状態を経由することで、ジ-π-メタン転位では不可能だったニトリルの転位を可能とした。

五員環遷移状態を経由するラジカル転位反応

ジ-π-メタン転位は、光照射下ジエンからシクロプロパン誘導体を与えるラジカル転位反応である。π結合の光励起により生じたジラジカルが、環化により三員環遷移状態を形成したのち、開環とジラジカルの再結合により三員環を形成する(図1A)[1]。現在までにアルケニル基に加えてアリール、カルボニル、イミノ基が転位に利用されてきた[1]。また、全合成における骨格構築にも用いられる(図1B) [2]。しかし、ジ-π-メタン転位は他のラジカル転位反応と比較すると発展途上である。特にニトリルの転位を伴うジ-π-メタン転位は、エネルギー的に不利な三員環遷移状態を経由しなければならず、未だ達成されていない。多様な官能基に変換可能なニトリルが利用できれば、ジ-π-メタン転位反応の合成的価値を引き上げられる[3]

今回著者らは、二つのアルケン間の炭素数を一炭素から二炭素へ変更した基質を設計し、ニトリルの転位を達成した(図1C)。π結合が励起して生じたジラジカルが、従来の三員環遷移状態とは異なる五員環遷移状態を経由し、三員環を形成する。ジ-π-メタン転位から発展した新たな光転位反応であり、二つのπ系が二つのsp3炭素原子で隔てられた基質に由来してジ-π-エタン転位と命名された。

図1. (A) ジ-π-メタン転位の反応機構 (B) 骨格構築への応用 (C) ジ-π-エタン転位 (本研究)

 

Di-π-ethane Rearrangement of Cyano Groups via Energy-Transfer Catalysis”

Zheng, Y.; Dong, Q-X.; Wen, S-Y.; Ran, H.; and Huang, H-M. J. Am. Chem. Soc. 2024, ASAP.
DOI: 10.1021/jacs.4c04370

 

論文著者の紹介

研究者: Huan-Ming Huang (黄焕明) (研究室HP)

研究者の経歴:

2014–2017               Ph.D., The University of Manchester, UK (Prof. David J. Procter)
2017–2018       EPSRC Postdoc Research Fellow, The University of Manchester, UK (Prof. David J. Procter)
2018–2021       Humboldt Fellow, University of Münster, Germany (Prof. Frank Glorius)
2021–                   Assistant Professor (Tenure Track), Principal Investigator, ShanghaiTech University, China

研究内容:フリーラジカル化学、触媒開発

論文の概要

アセトニトリル中Ir–F存在下、アルケン1に対して青色光を照射すると、ジ-π-エタン転位が進行しシクロプロパン誘導体2を与えた(図2A)。本反応は種々のアリール基やエステル、アルキル基を有する1に適用でき、対応するシクロプロパン誘導体2が得られた。一方で、三員環もしくは六員環遷移状態を経由する基質1′および1″では反応が進行せず、ジ-π-エタン転位における五員環遷移状態の重要性が示された。

機構解明実験では、ラジカル開始剤を用いたとき反応が進行しない点、および消光剤の添加時に反応が進行しない点から、本反応はエネルギー移動機構で進行することが示唆された(図2B)。この結果は、本転位反応におけるシクロプロパン誘導体の収率が、光触媒の酸化還元電位に関わらず三重項エネルギーにのみ依存するという実験結果と一致する。さらに、可視紫外吸光測定や蛍光測定、シュテルン–フォルマー消光実験の結果からも、本転位反応は励起したIr-Fによるエネルギー移動反応であると結論づけられている(詳細は本文参照)。

図2. (A) 反応条件と基質適用範囲 (B) 機構解明実験

以上、ジ-π-メタン転位から発展した新たな光化学的転位反応としてジ-π-エタン転位が報告された。炭素一つでエネルギー的に不利な遷移状態を避けたスマートな反応である。

参考文献

  1. (a) Hixson, S. S.; Mariano, P. S.; Zimmerman, H. E. Di-π-methane and Oxa-di-π-methane Rearrangements. Chem. Rev. 1973, 73, 531–551. DOI: 10.1021/cr60285a005 (b) Zimmerman, H. E.; Armesto, D. Synthetic Aspects of the Di-π-methane Rearrangement. Chem. Rev. 1996, 96, 3065–3112. DOI: 10.1021/cr910109c (c) Riguet, E.; Hoffmann, N. Di-π-methane, Oxa-di-π-methane, and Aza-di-π-methane Photoisomerization. In Comprehensive Organic Synthesis, 2nd ed.; Elsevier, Amsterdam, 2014; pp 200–221. DOI: 10.1016/B978-0-08-097742-3.00506-1
  2. Yen, C.-F.; Liao, C.-C. Concise and Efficient Total Synthesis of Lycopodium Alkaloid Magellanine. Angew. Chem., Int. Ed. 2002, 41, 4090–4093. DOI: 10.1002/1521-3773(20021104)41:21<4090::AID-ANIE4090>3.0.CO;2-#
  3. (a) Wu, W.-B.; Yu, J.-S.; Zhou, J. Catalytic Enantioselective Cyanation: Recent Advances and Perspectives. ACS Catal. 2020, 10, 7668– DOI: 10.1021/acscatal.0c01918 (b) Zhang, W.; Wang, F.; McCann, S. D.; Wang, D.; Chen, P.; Stahl, S. S.; Liu, G. Enantioselective Cyanation of Benzylic C–H Bonds via Copper-catalyzed Radical Relay. Science 2016, 353, 1014–1018. DOI: 10.1126/science.aaf7783
Avatar photo

山口 研究室

投稿者の記事一覧

早稲田大学山口研究室の抄録会からピックアップした研究紹介記事。

関連記事

  1. いざ、低温反応!さて、バスはどうする?〜水/メタノール混合系で、…
  2. 真理を追求する –2017年度ロレアル-ユネスコ女性科学者日本奨…
  3. 『Ph.D.』の起源をちょっと調べてみました① 概要編
  4. 高分解能顕微鏡の進展:化学結合・電子軌道の観測から、元素種の特定…
  5. タキサン類の全合成
  6. ヘム鉄を配位するシステイン残基を持たないシトクロムP450!?中…
  7. 元素占いはいかが?
  8. ヒドリド転位型C(sp3)-H結合官能基化を駆使する炭素中員環合…

注目情報

ピックアップ記事

  1. フランツ=ウルリッヒ・ハートル Franz-Ulrich Hartl
  2. (-)-ナカドマリンAの全合成
  3. モータータンパク質に匹敵する性能の人工分子モーターをつくる
  4. 有機化合物で情報を記録する未来は来るか
  5. 高峰譲吉の「アドレナリン」107年目”名誉回復”
  6. 第17回 音楽好き化学学生が選んだ道… Joshua Finkelstein氏
  7. 炭素 Carbon -生物の基本骨格、多様な同素体
  8. マテリアルズ・インフォマティクスの推進成功事例 -なぜあの企業は最短でMI推進を成功させたのか?-
  9. Wolfram|Alphaでお手軽物性チェック!「Reagent Table Widget」
  10. JEOL RESONANCE「UltraCOOL プローブ」: 極低温で感度MAX! ②

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2024年8月
 1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031  

注目情報

最新記事

有機合成化学協会誌2026年7月号:固体高分子電解質・電子ドナー・アクセプター錯体・機械学習法・trichodermamide類・エナンチオ選択的スキップジエン合成法

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2026年7月号がオンラインで公開されています。…

第62回Vシンポ「見えない空気を科学する~センサによる室内環境・臭気の見える化と快適空間デザインの最前線~」を開催します!

こんにちは、Macyです。第62回Vシンポのご案内をさせていただきます。今回は、前回同様…

【協和ファーマケミカル】新卒採用情報(2028年卒)

協和ファーマケミカルが求めているのは、有機合成の知識や実験経験を身につけ、活かし…

【協和ファーマケミカル】“作れる”だけでは終わらない。原薬を安定供給へつなぐプロセス開発の研究

協和ファーマケミカルの研究開発を理解するうえで欠かせないシンボリックな化合物が、プロスタグランジン類…

協和ファーマケミカル株式会社ってどんな会社?

協和ファーマケミカルは、キリングループの一員として、トラネキサム酸やプロスタグラ…

より良い候補を、より速く。——研究者のためのAI解析環境「Multi-Sigma-Alchemy」正式リリース

「データはある。でもAIに渡せない」——その壁を壊す多くの研究現場に、こういう状況があります…

水分子のふしぎ — 四面体性が生む水の特異性 —

「水」はとても身近な液体ですが、化学の目で見ると驚くほど多くの「ふしぎ」をもっています。この記事では…

超微細孔 MOF 内の Cu(I) サイトによる強い水素吸着とその同位体効果の応用

Long らは、超微細孔質の金属–有機構造体 (MOF) に π 塩基性の配位不飽和金属サイトを導入…

【医農薬・合成香料・水素・バイオエタノール・バイオベース有機酸】 各アプリケーションに特化した膜分離ソリューションをご紹介 ~省エネ・CO2排出削減・品質改良~

■概要製造現場では、分離・濃縮工程が製造コストや品質を大きく左右します。蒸留や吸着など十…

求職者の「内定6社でも決めきれない理由」を深掘りし、密な連携でベストマッチングを支援

化学業界における転職の難しさは、「同じ職種であっても、分野が異なれば即戦力になりづらい点」にあります…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP