エネルギー移動によるベンゼノイドの脱芳香族的骨格編集反応が報告された。ジラジカル前駆体としてN–アシルイミンを用いることで、高い化学選択性、位置選択性、ジアステレオ選択性を有する多環式骨格を構築した。

光を用いた脱芳香族的分子間環化付加反応

ベンゼノイドは芳香族性を示す安定な化合物群であり、その変換反応の大多数は芳香環上のC–HやC–X結合の官能基化である(図1A)^[1]。一方、脱芳香族的分子間環化付加反応は、2次元の芳香族化合物を3次元の多環式骨格へ変換できる特徴的な反応である^[2]。このような平面構造から3次元骨格への変換は、創薬研究において、医薬品の物性の改善や標的分子との相互作用向上のための、重要な戦略として位置付けられている^[3]。

近年、エネルギー移動を利用する光触媒反応が精力的に開発されている。可視光を利用した脱芳香族的分子間環化付加反応も多数報告され、これまでに(ヘテロ)縮合環の”オルト”、”メタ”、”パラ”付加体の合成が達成された(図1B)^[4]。しかし、脱芳香族化の対象は、主にベンゼン環と比較して芳香族性の低い(ヘテロ)縮合環に限られる。また、これらの脱芳香族的分子間環化付加反応では、原料由来の炭素骨格は変化しない。

今回、著者らはベンゼノイドの光誘起型ブフナー環拡大反応と環化付加反応を組み合わせた骨格編集反応を開発し、複雑な多環式骨格の合成に成功した(図1C)。本反応では、ブフナー環拡大を利用することで新規炭素骨格を合成することが可能になった。

図1. (A) ベンゼノイドの反応 (B) (ヘテロ)縮合環の光誘起脱芳香族的環化付加反応 (C) ジラジカルを用いたベンゼノイドの脱芳香族的骨格編集反応

“Dearomative Skeletal Editing of Benzenoids via Diradical”

Zhang, X-X.; Xu, S-T.; Li, X-T.; Song, T-T.; Ji, D-W.; Chen, Q-A. J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 11533–11542.

DOI: 10.1021/jacs.5c01983

論文著者の紹介

研究者：Qing-An Chen (陈庆安)

研究者の経歴：

2003–2007                                       B.S., University of Science and Technology of China, China (Prof. Tian-Pa You)
2007–2012                                       Ph.D., Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, China (Prof. Yong-Gui Zhou)
2012–2015                                       Postdoc, University of California, Irvine, USA (Prof. Vy M. Dong)
2015–2017                                       Postdoc, Technische Universität Berlin, Germany (Prof. Martin Oestreich)
2017–                                                  Professor, Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, China
研究内容：不斉触媒反応、生体模倣化学、グリーンケミストリー

論文の概要

アセトニトリル中、有機光触媒PC-1存在下、N-アシルイミン1aとアルキン2Aに対して塩化亜鉛(II)を添加し、紫色光(390 nm)を照射すると、良好な収率で多環式骨格3aAを与えた(図2A)。本反応は、複素環やアルキル基、電子豊富な芳香環を有するN-アシルイミン(3b–3d)に適用でき、対応する多環式骨格3Aaを化学・位置選択的に与えた。また、アルキンもプロピオラート2Aだけでなく、プロパルギルケトン2Bや末端アルキン2Cが利用できる。加えて、多環式骨格3を種々誘導体化することにも成功した(詳細は本文参照)。

次に、著者らは機構解明実験に着手した(図2B)。紫外可視吸光測定においてPC-1のみ紫色光を吸収した。この結果から、1aや2aの直接励起や電荷移動錯体の形成が否定された。また、シュテルン–フォルマー消光実験では、励起したPC-1は1aにより消光されることが確認できた。また、2,5-ジメチルヘキサ-2,4-ジエンなどの三重項消光剤やDMPO、TEMPOなどのラジカル補足剤が反応を阻害したことから、本反応はエネルギー移動機構で進行しラジカルが関与することが⽰唆された。アルキン2Aを加えずにN-アシルイミン1dを最適条件に付すと、対応するシクロヘプタトリエン7を与えた。さらに、7を2A存在下最適条件で反応させると、対応する多環式骨格3dAの合成に成功した。そのほか、反応追跡やDFT計算などにより、本反応がジラジカルを経由するエネルギー移動機構で進行していることが支持された(詳細は本文参照)。

図2. (A) 最適条件と基質適用範囲 (B) 機構解明実験 (論文から引用)

以上、光を用いた脱芳香族的環拡大反応と[6+2]環化付加反応を組み合わせた、ベンゼノイドの新たな骨格編集反応が報告された。複雑な多環式骨格を効率的に合成可能な脱芳香族的骨格編集反応のさらなる発展に期待したい。

参考文献

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