[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

アルデヒドのC-Hクロスカップリングによるケトン合成

[スポンサーリンク]

プリンストン大学・David W. C. MacMillanらは、可視光レドックス触媒、ニッケル触媒、水素原子移動(HAT)触媒の3つを組み合わせることで、アルデヒドと臭化物から直截的にケトンを合成する手法を開発した。

“Direct Aldehyde C-H Arylation and Alkylation via the Combination of Nickel, Hydrogen Atom Transfer, and Photoredox Catalysis”
Zhang, X.; MacMillan, D. W. C.* J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 11353–11356. DOI: 10.1021/jacs.7b07078

問題設定

ケトンは生物活性天然物や医薬品、有機機能性材料などに広く見られる重要な官能基である。ビルディングブロックとしても用いられ、その誘導体化法は多岐に渡るものが知られている。そのため、ケトンの合成法は古くから研究されてきた。

一般的なケトン合成法は、以下の4つである。

  1. 有機金属試薬のワインレブアミドへの求核付加
  2. フリーデル・クラフツ アシル化反応
  3. 酸塩化物とのクロスカップリング反応
  4. 2級アルコールの酸化

しかしながら、1・3では試薬の前調製が必要であり、2では基質の電子的性質に大きく依存するため、基質一般性が狭い。また、4では量論量以上の酸化剤を必要とする。

従来のケトン合成法とその問題点

このような背景の下、より直截的なケトン合成法の開発が行われてきた。なかでもアルデヒドから直截的にケトンを合成する方法は、ステップエコノミー・アトムエコノミーの観点から有用である。そのような方法論は、アミン―パラジウム協働系を用いるエナミン経由型Heck反応[1]、アリールメタル種に対するアルデヒドへの配位挿入を経る方法[2,3]、結合解離エネルギー(BDE)の小さいアルデヒドC-H結合を切断してホルミルラジカルを生じさせ、パラジウム触媒によってカップリングする方法[4]などが知られている。しかしながら、これらの方法にも基質制限や高い反応温度などに改善の余地が残されていた。

技術や手法の肝

筆者らは、アルデヒドからの新たなケトン合成法を確立すべく、可視光レドックス触媒・ニッケル触媒・HAT触媒の3つを組み合わせる戦略[5]でアプローチを試みた。
すなわち、下記触媒サイクルを想定し、アルデヒドC-H結合のBDEが比較的小さいこと(89 kcal/mol)に注目し、系中生成するHAT触媒活性種がアルデヒドC-H結合を切断してホルミルラジカルを生じさせ、ニッケル触媒共存下にハロゲン化物とのクロスカップリングを試みた。

冒頭論文より引用

 

主張の有効性検証

①反応条件の最適化

4-ホルミル-N-Boc-ピペリジンを原料に最適化を行っている。
成功のカギは、溶媒にdioxaneを用いた点にある。著者らはこれまでに同様の反応を、DMSOやMeCNなど高い誘電率を持つ溶媒中で行っていたが、本反応ではこれらを使うと窒素α位でのC-H変換が競合してしまう結果が得られた。また、HAT触媒種であるキヌクリジニウムラジカルの安定性に、溶媒の誘電率が関与していると考察している。
最終的に下記条件を最適条件としている。

②基質一般線の検証

臭化物側:臭化アリールは電子求引・供与どちらでも許容。オルト位置換も許容。ケトン合成で一般的に難しいとされる、ヘテロアリールケトン合成も可能。臭化アルケニル・臭化アルキルを用いても、中程度の収率ながらケトンが合成可能。
アルデヒド側:脂肪族アルデヒドを用いると、70%以上の収率で生成物を与える。α位が4置換のアルデヒドはNG。芳香族アルデヒドも用いることができるが、過剰量(10 eq)の基質が必要。

③ 反応機構に関する示唆

Ir(dFCF3ppy)2(dtbpy)PF6 の酸化還元電位(Ir(III)*/Ir(II) = + 1.21 V in MeCN vs SCE) とキヌクリジンの酸化還元電位(N+・/N = +1.1 V in MeCN vs SCE))を比較すると、励起Ir種がキヌクリジンを酸化し、HAT触媒活性種が生じていると考えるのが合理的。また、光触媒、HAT触媒、Ni触媒、塩基、光それぞれを欠くと反応は進行しない。

議論すべき点

  • アルデヒドとハロゲン化物からケトンを合成する反応形式において、現在最も基質制限が少ない条件である。
  • 課題としては、芳香族アルデヒドを用いると反応性が悪い点、かなりの希釈条件下で反応を行っているためラージスケールに向かない点、photoredox条件の必然として酸化・還元敏感な官能基が使えない点などであろうか。

参考文献

  1. Ruan, J.; Saidi, O.; Iggo, J. A.; Xiao, J. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130 10510. DOI: 10.1021/ja804351z
  2. Huang, Y.-C.; Majumdar, K. K.; Cheng, C.-H. J. Org. Chem. 2002, 67, 1682. DOI: 10.1021/jo010289i
  3. Pucheault, M.; Darses, S.; Genet, J.-P. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 15356. DOI: 10.1021/ja044749b
  4. Suchand, B.; Satyanarayana, G. J. Org. Chem. 2016, 81, 6409. DOI: 10.1021/acs.joc.6b01064
  5. Shaw, M. H.; Shurtleff, V. W.; Terrett, J. A.; Cuthbertson, J. D.; MacMillan, D. W. C. Science 2016, 352, 1304. DOI: 10.1126/science.aaf6635
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. C-H酸化反応の開発
  2. リチウムイオン電池のはなし~1~
  3. ジアゾニウム塩が開始剤と捕捉剤を“兼務”する
  4. ポンコツ博士の海外奮闘録XXII ~博士,海外学会を視察する~
  5. ERATO 野崎 樹脂分解触媒:特任研究員募集のお知らせ
  6. 蒲郡市生命の海科学館で化学しようよ
  7. マイクロプラスチックの諸問題
  8. 化学メーカー研究開発者必見!!新規事業立ち上げの成功確度を上げる…

注目情報

ピックアップ記事

  1. ノッシェル・ハウザー塩基 Knochel-Hauser Base
  2. 国際化学オリンピック、日本の高校生4名「銀」獲得
  3. 国内最大級の研究者向けDeepTech Company Creation Program「BRAVE FRONTIER」 2022年度の受付開始 (7/15 〆切)
  4. ワンチップ顕微鏡AminoMEを買ってみました
  5. マテリアルズ・インフォマティクスにおける回帰手法の基礎
  6. 学振申請書を磨き上げる11のポイント [文章編・後編]
  7. エナンチオ選択的ジフルオロアルキルブロミド合成
  8. サリチル酸 (salicylic acid)
  9. アルキンメタセシス Alkyne Metathesis
  10. アスタキサンチン (astaxanthin)

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2017年12月
 123
45678910
11121314151617
18192021222324
25262728293031

注目情報

最新記事

植物由来アルカロイドライブラリーから新たな不斉有機触媒の発見

第632回のスポットライトリサーチは、千葉大学大学院医学薬学府(中分子化学研究室)博士課程後期3年の…

MEDCHEM NEWS 33-4 号「創薬人育成事業の活動報告」

日本薬学会 医薬化学部会の部会誌 MEDCHEM NEWS より、新たにオープン…

第49回ケムステVシンポ「触媒との掛け算で拡張・多様化する化学」を開催します!

第49回ケムステVシンポの会告を致します。2年前(32回)・昨年(41回)に引き続き、今年も…

【日産化学】新卒採用情報(2026卒)

―研究で未来を創る。こんな世界にしたいと理想の姿を描き、実現のために必要なものをうみだす。…

硫黄と別れてもリンカーが束縛する!曲がったπ共役分子の構築

紫外光による脱硫反応を利用することで、本来は平面であるはずのペリレンビスイミド骨格を歪ませることに成…

有機合成化学協会誌2024年11月号:英文特集号

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2024年11月号がオンライン公開されています。…

小型でも妥協なし!幅広い化合物をサチレーションフリーのELSDで検出

UV吸収のない化合物を精製する際、一定量でフラクションをすべて収集し、TLCで呈色試…

第48回ケムステVシンポ「ペプチド創薬のフロントランナーズ」を開催します!

いよいよ本年もあと僅かとなって参りましたが、皆様いかがお過ごしでしょうか。冬…

3つのラジカルを自由自在!アルケンのアリール–アルキル化反応

アルケンの位置選択的なアリール–アルキル化反応が報告された。ラジカルソーティングを用いた三種類のラジ…

【日産化学 26卒/Zoomウェビナー配信!】START your ChemiSTORY あなたの化学をさがす 研究職限定 キャリアマッチングLIVE

3日間で10領域の研究職社員がプレゼンテーション!日産化学の全研究領域を公開する、研…

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