[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

“アルデヒドを移し替える”新しいオレフィン合成法

[スポンサーリンク]

 

有機合成化学において、オレフィン同士をつなげる反応は「オレフィンカップリング反応」です。また、オレフィンを組み替える反応は「オレフィンメタセシス」です。そして、オレフィンをつくる反応は「オレフィン合成」となりますが、これらの3つのオレフィンに関する反応の開発の先駆者にはすべてノーベル化学賞が授けられています

例えば、オレフィンカップリング(Mizoroki–Heck反応)のHeckオレフィンメタセシスGrubbs、そして、オレフィン合成ではWittig反応のWittigです。

2015-01-30_16-27-11

 

また、先日紹介したBaranらによる鉄触媒を使った還元的カップリング反応は「オレフィンカップリング」、HoveydaらによるZ選択的な「オレフィンメタセシス」もこれらに分類されることはお分かりになると思います。つまり、精力的に研究が行われてきた分野であることは疑いなく、これらのノーベル賞を”超える”反応開発は、有機合成化学者にとって目指すべき一つの大きな指標だと言えます。

さて、すこし前置きが長くなりましたが、今回「オレフィン合成」の分野で画期的な手法がScience誌に報告されましたので紹介したいと思います。

“Rh-catalyzed C–C bond cleavage by transfer ”

Murphy, S. K.; Park, J.-W.; Cruz, F. A.; Dong, V. M. Science 2015347, 56.

DOI:10.1126/science.1261232

 

このオレフィン合成は原料のアルデヒド”移し替える”ことが鍵となっています。それでは背景から今回の論文の内容を覗いてみましょう。

アルデヒドを“移しかえる”

従来のオレフィン合成法といえば、E2脱離反応や、前述したアルデヒドとリンイリドをカップリングさせるWittig反応などがよく知られています(図1上)。

一方で、生体内では酵素の働きにより官能基を脱離させることによってオレフィンを生成する合成法が存在します。生体内の重要な代謝酵素、シトクロムP450はアルデヒドを脱離する(脱ヒドロホルミル化)ことでオレフィンをつくっています(図1下)。

「この変換反応を人工触媒の力でできないか?」

と考え、実現したのが、今回の論文の代表著者である米国カリフォルニア大アーヴァイン校のVy Dong教授です。

 

Fig1

図1 典型的なオレフィン合成と生体内のオレフィン合成

 

それでは実際にどのような反応を設計したのでしょうか。Dong教授が着目した化学種はRh–アシル種1です。このRh錯体1は、アルデヒドのカルボニルC–H結合がRh(I)に酸化的付加することで生成することが知られています[1]。この化学種は、オレフィンと反応してヒドロアシル化を起こすこと(path A)[2]、またカルボニルが金属中心に転位して脱カルボニル反応を起こすこと(path B)[3]がこれまでに見出されていました。

今回h、Dong教授は反応条件を綿密に調整し、既存のこれらの反応を抑制して、脱ヒドロホルミル化反応の開発を目指しました (図2)。

 

図2 Rh-アシル種を経由するこれまでの反応と今回の反応

図2 Rh-アシル種を経由するこれまでの反応と今回の反応

 

発想は至ってシンプルです。”アルデヒドを移しかえる”ことができればよいのです (図3)。すなわち、別のオレフィンを「ホルミル基アクセプター」として用いて、出発原料のアルデヒドのCO()と水素(ピンク )をそっくりそのまま移す、というものです。しかし、ここで勘のいい方ならお気づきかもしれませんが、移しかえた先にできるものもアルデヒドです。つまり、移しかえた先からまたCOと水素が戻り、平衡反応になってしまうという問題点があり、ホルミル基アクセプターになんらかの工夫が必要となります。

Fig4

図3 “アルデヒドを移し替える”

 

ヒドロホルミルアクセプター、ノルボルナジエン

そこで、選んだ「アクセプター」は、ノルボルナジエン。ノルボルナジエンは歪んだオレフィンであるため、逆反応は不利であるという性質を使いました。その結果、ほぼ定量的に目的のオレフィンを得ることに成功しています。反応後の粗生成物にはノルボルナジエンのヒドロホルミル化体が観測されており、Dong教授らのデザインした反応がしっかり実現したことを意味しています。特筆すべきことに、このノルボルナジエンをベンゾノルボルネンへと変更することで、反応温度を室温まで下げることができます。

図4 Dongらが開発したRh触媒を用いた反応条件

図4 Dongらが開発したRh触媒を用いた反応条件

 

かなり専門的な話になりますが、反応機構を紹介します。図5の Rh種Aから触媒サイクルはスタートし、アルデヒドC–H結合の酸化的付加(AB)、カルボン酸の還元的脱離(BC)、続くカルボニルの転位、β水素脱離(CD)を経てオレフィン錯体を生成します。次が肝心のオレフィン交換ステップであり(DD’)、ここで目的物の脱ヒドロホルミル体が得られます。ここから先は触媒サイクルの初めに戻る反応になりますが、よく見てみると、すべてAからDまでの経路の逆反応なのです。ただ違うのはRh上に結合しているのが原料のアルデヒド由来の化合物か、ノルボルナジエン由来の化合物か、だけです。ノルボルナジエンを用いることで、D’からC’のステップを不可逆反応にできたことが本反応のミソです。また、ここでは詳細は述べませんが、用いているRh錯体Aに配位しているカルボキシラートの役割も非常に重要で、芳香族カルボン酸でないとうまく反応は進行しません。詳しくは論文を読んでいただけたらと思います。

図5 想定されている反応機構

図5 想定されている反応機構

 

合成的有用性

この反応を用いて複雑な化合物のオレフィン化にも成功しています。一部、E/Zの選択性、生成するオレフィンの位置選択性に課題は見られるものの、比較的穏和な条件で多くのアルデヒドがオレフィンへと変換可能なことが実証されています。高度に官能基化されているマクロライド化合物のオレフィンへの変換反応は目を見張るものがあります。また、従来法では11工程かけて合成されていたyohimbenoneを比較的安価に入手出来るyohimbineからわずか3工程で合成を達成するなど[3]、合成化学的にも新たなツールとして利用できそうに思えます。

反応の適用範囲と(+)-yohimbenoneの合成

反応の適用範囲と(+)-yohimbenoneの合成

 

以上、アルデヒドを脱離基として用いた新規オレフィン合成法の論文を紹介しました。達成されている現象論もさることながら、その合成的有用性の売り方は見事、の一言に尽きると思います。

オレフィン合成法としてはもちろん、一炭素減炭反応としても捉えられますし、合成的なニーズはありそうだと感じますがいかがでしょうか。

 

参考文献

[1] Garralda, M. A. Dalton Trans. 2009, 2009, 3635. DOI:10.1039/B817263C

[2] Wills, M. C. Chem. Rev. 2010110, 725. DOI:10.1021/cr900096x

[3] Tsuji, J.; Ohno, K. Tetrahedron Lett. 19656, 3969. DOI:10.1016/S0040-4039(01)89127-9

 

 

関連書籍

[amazonjs asin=”0080966306″ locale=”JP” title=”Organic Syntheses Based on Name Reactions, Third Edition: a practical guide to 750 transformations”][amazonjs asin=”1244489476″ locale=”JP” title=”Articles on Rhodium, Including: Rhodite, Rhodplumsite, Bowieite, Wilkinson’s Catalyst, Organorhodium Chemistry, Rhodocene, Rhodium(iii) Chloride, Rhod”]

 

外部リンク

Avatar photo

bona

投稿者の記事一覧

愛知で化学を教えています。よろしくお願いします。

関連記事

  1. 研究者向けプロフィールサービス徹底比較!
  2. 超塩基配位子が助けてくれる!銅触媒による四級炭素の構築
  3. マテリアルズ・インフォマティクス活用検討・テーマ発掘の進め方 -…
  4. カルベン転移反応 ~フラスコ内での反応を生体内へ~
  5. 化学者も参戦!?急成長ワクチン業界
  6. 常温常圧でのアンモニア合成の実現
  7. C-H活性化触媒を用いる(+)-リゾスペルミン酸の収束的合成
  8. ジャーナル編集ポリシーデータベース「Transpose」

注目情報

ピックアップ記事

  1. 石油化学大手5社、今期の営業利益が過去最高に
  2. フォトメカニカル有機結晶を紫外線照射、世界最速で剥離
  3. YADOKARI-XG 2009
  4. ボリルアジドを用いる直接的アミノ化
  5. 技術者・研究者のためのプレゼンテーション入門
  6. 高専シンポジウム in KOBE に参加しました –その 2: 牛の尿で発電!? 卵殻膜を用いた燃料電池–
  7. MEDCHEM NEWS 33-4 号「創薬人育成事業の活動報告」
  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. メルマガ有機化学 (by 有機化学美術館) 刊行中!!
  10. Qi-Lin Zhou 周其林

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2015年2月
 1
2345678
9101112131415
16171819202122
232425262728  

注目情報

最新記事

第23回次世代を担う有機化学シンポジウム

「若手研究者が口頭発表する機会や自由闊達にディスカッションする場を増やし、若手の研究活動をエンカレッ…

ペロブスカイト太陽電池開発におけるマテリアルズ・インフォマティクスの活用

持続可能な社会の実現に向けて、太陽電池は太陽光発電における中心的な要素として注目…

有機合成化学協会誌2025年3月号:チェーンウォーキング・カルコゲン結合・有機電解反応・ロタキサン・配位重合

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2025年3月号がオンラインで公開されています!…

CIPイノベーション共創プログラム「未来の医療を支えるバイオベンチャーの新たな戦略」

日本化学会第105春季年会(2025)で開催されるシンポジウムの一つに、CIPセッション「未来の医療…

OIST Science Challenge 2025 に参加しました

2025年3月15日から22日にかけて沖縄科学技術大学院大学 (OIST) にて開催された Scie…

ペーパークラフトで MOFをつくる

第650回のスポットライトリサーチには、化学コミュニケーション賞2024を受賞された、岡山理科大学 …

月岡温泉で硫黄泉の pH の影響について考えてみた 【化学者が行く温泉巡りの旅】

臭い温泉に入りたい! というわけで、硫黄系温泉を巡る旅の後編です。前回の記事では群馬県草津温泉をご紹…

二酸化マンガンの極小ナノサイズ化で次世代電池や触媒の性能を底上げ!

第649回のスポットライトリサーチは、東北大学大学院環境科学研究科(本間研究室)博士課程後期2年の飯…

日本薬学会第145年会 に参加しよう!

3月27日~29日、福岡国際会議場にて 「日本薬学会第145年会」 が開催されま…

TLC分析がもっと楽に、正確に! ~TLC分析がアナログからデジタルに

薄層クロマトグラフィーは分離手法の一つとして、お金をかけず、安価な方法として現在…

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