[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

可視光レドックス触媒を用いた芳香環へのC-Hアミノ化反応

[スポンサーリンク]

2015年、ノースカロライナ大学チャペルヒル校・David Nicewiczらは、可視光レドックス触媒を用いた芳香環への位置選択的C-Hアミノ化反応を開発した。アレーンカチオンラジカルを活性種とした機構で進行するため、アミン側の適用が広いことが特徴である。

”Site-selective arene C-H amination via photoredox catalysis”
Romero, N. A.; Margrey, K. A.; Tay, N. E.; Nicewicz, D. A.* Science 2015, 349, 1326-1330. DOI: 10.1126/science.aac9895

問題設定と解決した点

 従来法の芳香族アミノ化は、炭素-水素(C-H)結合を炭素-ハロゲン結合や炭素-ホウ素結合へ一旦変換し、クロスカップリング形式で合成することが主流であった。この手法では多段階を要するとともに、ハロゲンやホウ素由来の廃棄物が不可避となる。窒素酸化剤をアミン源とするsp2C-Hアミノ化の例は数例知られている[1]が、導入できるアミンが限られることから多様性が得にくい。

 本報告では、可視光レドックス触媒条件で行うことで、位置選択的かつ1工程にて、芳香環C-H結合をアミノ化できる反応が実現されている。

技術や手法のキモ

 福住触媒(Mes-Acr+)を用いた光誘起電子移動(PET)過程により、芳香環からアレーンカチオンラジカルを生じさせることが鍵となっている。この事実は福住らによって見いだされており、また同研究で酸素を最終酸化剤として使えるだろうことも示唆されている[2]。

 電気化学的な酸化によるアレーンカチオンラジカルを経由してC-Hアミノ化が行えることは、吉田らによって報告されている[3]。しかしながらこの場合は、アミンの保護―脱保護が必要となっていた。

主張の有効性検証

①反応条件の最適化

アニソールおよびピラゾールを基質として反応条件の検討を行った。アクリジニウム触媒A, Bを用い、酸化剤、濃度、溶媒を検討したが、中程度の収率から向上しなかった。原因として以下が考えられた。

  1. 原料の酸化ポテンシャル(Ep/2 = +1.87V vs SCE)に対して目的物のポテンシャル(Ep/2 = +1.50V vs SCE)が低いため、励起された触媒が目的物を酸化してしまい、原料の1電子酸化が進まない。
  2. メチルエーテルの酸化によって生じるギ酸フェニルが主な副生成物として生じる。この副反応の抑制が課題。
  3. 触媒やアニソールの分解が確認される。系中生成するヒドロキシラジカルに対しておそらくは不安定。

この解決策として下記を適用したところ、収率の大幅な向上が見られた。

  1. TEMPOの添加:系内の強ラジカルを緩和することで、マスバランスの改善が見られた。添加量も重要で、多すぎると収率が低下する。
  2. 触媒Cを用いる:アクリジニウム触媒の3,6位に立体障害(t-Bu)を導入することで、分解反応に対して安定化される。

②基質一般性の検討

冒頭図記載のものを最適条件とし、基質一般性の検討を行った。

パラ選択的に反応が進行。メトキシ基以外にも電子供与基であれば反応は進行する。ただし、電子供与能が低いアレーンの場合、今回の触媒では1電子酸化できなくなる。選択性に関しては、LUMOや部分電荷の計算でほぼ推測できる。電気化学系はベンジル位も反応してしまうが、今回の系では制御可能。

また、アンモニア等価体としてアンモニウムカーバメートを使うことで、NH2導入も選択的に進行する。

次に読むべき論文は?

  • 同機構で達成された芳香族C-Hシアノ化反応[4]

参考文献

  1. (a) Boursalian, G. B.; Ngai, M.-Y.; Hojczyk, K. N.; Ritter, T. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 13278. DOI: 10.1021/ja4064926 (b) Foo, K.; Selia, E.; Tohme, I.; Eastogate, M. D.; Baran, P. S. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 5279. DOI: 10.1021/ja501879c (c) Kawakami, T.; Murakami, K.; Itami, K. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 2460. DOI: 10.1021/ja5130012 (d) Ito, E.; Fukushima, T.; Kawakmi, T.; Murakami, K.; Itami, K. Chem. 2017, 2, 383. DOI: 10.1016/j.chempr.2017.02.006
  2. Ohkubo, K.; Mizushima, K.; Iwata, R.; Fukuzumi, S. Chem. Sci. 2011, 2, 715. DOI: 10.1039/C0SC00535E
  3. Morofuji, T.; Shimizu, A.; Yoshida, J.-i. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 4496. DOI: 10.1021/ja501093m
  4. McManus, J. B.; Nicewicz, D. A. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 2880. DOI: 10.1021/jacs.6b12708

 

Avatar photo

cosine

投稿者の記事一覧

博士(薬学)。Chem-Station副代表。国立大学教員→国研研究員にクラスチェンジ。専門は有機合成化学、触媒化学、医薬化学、ペプチド/タンパク質化学。
関心ある学問領域は三つ。すなわち、世界を創造する化学、世界を拡張させる情報科学、世界を世界たらしめる認知科学。
素晴らしければ何でも良い。どうでも良いことは心底どうでも良い。興味・趣味は様々だが、そのほとんどがメジャー地位を獲得してなさそうなのは仕様。

関連記事

  1. ガラスのように透明で曲げられるエアロゲル ―高性能透明断熱材とし…
  2. 生きたカタツムリで発電
  3. 電子のやり取りでアセンの分子構造を巧みに制御
  4. タンパク質の構造を巻き戻す「プラスチックシャペロン」
  5. 投票!2018年ノーベル化学賞は誰の手に!?
  6. 300分の1を狙い撃つ~カチオン性ロジウム触媒による高選択的[2…
  7. 光と水で還元的環化反応をリノベーション
  8. 余裕でドラフトに収まるビュッヒ史上最小 ロータリーエバポレーター…

注目情報

ピックアップ記事

  1. 希少金属
  2. 芳香族化合物のC–Hシリル化反応:第三の手法
  3. プレプリントサーバについて話そう:Emilie Marcusの翻訳
  4. ケー・シー・ニコラウ K. C. Nicolaou
  5. 日本の海底鉱物資源の開発状況と課題、事業展望【終了】
  6. TBSの「未来の起源」が熱い!
  7. 有機色素の自己集合を利用したナノ粒子の配列
  8. ナザロフ環化 Nazarov Cyclization
  9. ケイ素 Silicon 電子機器発達の立役者。半導体や光ファイバーに利用
  10. クラーク・スティル W. Clark Still

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2017年6月
 1234
567891011
12131415161718
19202122232425
2627282930  

注目情報

最新記事

第57回有機金属若手の会 夏の学校

案内:今年度も、有機金属若手の会夏の学校を2泊3日の合宿形式で開催します。有機金…

高用量ビタミンB12がALSに治療効果を発揮する。しかし流通問題も。

2024年11月20日、エーザイ株式会社は、筋萎縮性側索硬化症用剤「ロゼバラミン…

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…

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