有機銅アート試薬 Organocuprate

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2009/6/15
O, odos　有機反応データベース
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投稿者: Hiro

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概要

一価銅と二等量の有機リチウム剤から調製される有機銅アート試薬(organocuprate)[R₂CuLi]は求核性が高く、α,β-不飽和カルボニル化合物に対して1,4-付加反応、またはsp³炭素上での置換反応を速やかに進行させる。

塩基性が低く、脱プロトン化などの副反応を起こしにくい。有機リチウム剤単独では1,2-付加が優先するため、これと相補的に用いることができる。

反応性がきわめて高く、立体的に混みいった炭素原子にも反応させることができる。TMSCｌなどのハードルイス酸を加えることにより1,4-付加の反応は加速される。

有機金属剤としてはリチウム剤以外にもグリニャール試薬、有機亜鉛試薬も用いることができる。特に後二つの場合には、銅を触媒量に減ずることも可能である。

二当量の有機リチウム剤が反応には必須であるが、実際に付加するのは一当量分だけで、一当量分は無駄になる。転位しにくい配位子（ダミーリガンド）を導入したヘテロ有機銅アート試薬
(mixed organocuprate)[R(X)CuLi](X = alkenyl, -CN, -SR’,-NR’₂,
PR’₂ etc.)にすることで、貴重な反応剤を効率よく用いることができる。

近年では触媒量の銅-キラルホスフィン錯体を用いる、不斉1,4-付加反応の開発が進んでいる。

基本文献

Modern Organocopper Chemistry, Krause, N. Ed.; Wiley-VCH; 2002.
Posner, G. H. Org. React. 1972, 19, 1.
Posner, G. H. Org. React. 1975, 22, 253.

反応機構

有機クプレートの構造は溶媒によって様々に異なるとされている。速度論実験などの結果から、二量体[R₂CuLi]₂が反応に関与するモデルが提唱されている。

近年、中村らによって、計算化学手法を用いる詳細な反応機構研究が報告されている(参考： Angew. Chem. Int. Ed. 2000, 39, 3750. 有機合成化学協会誌, 2003, 61, 144.)。

1,4-付加においては、d_Cu-π^*_C=C錯形成から電子豊富Cu(I)の酸化的付加を経て、Cu(III)中間体が生じる。近年、Cu(III)中間体の構造が分光分析および計算手法により推定された(参考：J. Am. Chem. Soc. 2007,129, 7208; J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 7210.)。引き続き還元的脱離を経て金属エノラートを与えるが、この一連の過程が律速段階とされている。

「ダミーリガンドは銅と強く結合するため転移しない」という考えが通説であった。近年、リチウムとのカチオン-π相互作用によりダミーリガンドが転移不可能な方向に固定される、とする新説が中村らの計算によって提唱されている。

置換反応においても、銅(III)中間体を経由する機構が、実験・計算両面から支持されている。

反応例

環状不飽和ケトンの場合、置換基の立体の影響をうけ、立体選択的に反応が進む。d-π^*錯形成が高い立体選択性のカギとなっている。

1,4-付加後生じる金属エノラートは活性であり、さらに求電子剤を加えることでOne-Potで三成分連結型反応が行える。下図はこれをプロスタグランジン合成に応用した例である^[1]。

CuCNを銅ソースとして用いて調製した[R₂Cu(CN)Li₂]は、とくにhigher
order cuprate(Lipshutz cuprate)と呼ばれ、通常のクプラートに比して高い反応性・異なる化学選択性を示す。

アルケニルハライド・トリフラートとはsp2炭素上にもかかわらず置換(クロスカップリング)反応を起こす。
TMSCｌやBF3などのルイス酸を共存させておくと、混み合った位置にも共役付加が行える。[2] 中間体のエノラートは位置選択的に生じる。

実験手順

エポキシド(3.50g, 40.6 mmol)のTHF溶液(30mL)に、CuCN(364mg, 3.65mmol)を加える。-78℃に冷却、撹拌しながら臭化ビニルマグネシウム(1M in THF, 52.8mL, 52.8 mmol)を45分かけて滴下する。反応混合物を0℃に昇温し、飽和塩化アンモニウム水溶液(20mL)を加える。有機相を分離し、水相をエーテルで3回抽出する。有機相をまとめて飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥する。濾過後、減圧濃縮し、得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィ(エーテル/ペンタン=1/3)で精製する。溶媒を除去すると目的物が淡黄色液体として得られる(4.41g, 収率95％)。[2]

実験のコツ・テクニック

有機銅アート試薬は熱的に不安定であり、昇温するとアルキル基のホモカップリングなどを経て、速やかに分解する。保存は不可能であり、用時調製する必要がある。

参考文献

[1] Suzuki, M.; Yanagisawa, A.; Noyori, R.J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 4718. DOI: 10.1021/ja00222a033

[2] (a) Yamamoto, Y. Angew. Chem. Int. Ed. 1986, 25, 947. (b) Lipshutz, B. H.; Ellsworth, E. L.; Siahaan, T. J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 1351

[3]Holub, N.; Neidhorfer, J.; Blechert, S. Org. Lett. 2005, 7, 1227.