[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

強塩基条件下でビニルカチオン形成により5員環をつくる

[スポンサーリンク]

LiHMDSと弱配位性アニオン塩触媒を用いた分子内C–H挿入反応が開発された。系内で調製したリチウム弱配位性アニオン塩触媒により、ビニルカルボカチオンが生じ、ヘテロ原子を含む化合物でもC–H挿入反応が進行する。

カルボカチオンを用いたC–H挿入反応

カルボカチオンは現代有機化学において医薬品や有機材料の合成に重要な役割を果たしてきた(1)。カルボカチオンは古くからルイス酸やブレンステッド酸、また強酸性な「マジック酸」で生成される。最近では、剛直で弱配位性アニオン塩(WCA)を用いたシリリウムイオン(R3Si+)も様々な化合物にカルボカチオンを生成できることが知られている(2)。このような強力な求電子性試薬は炭化水素からも反応性カルボカチオンを生成するが、ヘテロ原子の豊富な複雑な化合物に適用できない(3)
最近UCLAのNelson助教授らはアリール/ビニルカルボカチオンが不活性sp3C–H結合を“活性化”し、その結果高収率でC–H挿入反応が進行することを報告した(図1a,1b)(4)。しかしこれらは、1) 高求電子性のシリリウムイオンを用いる必要がある、2) WCAとして汎用でないカルボランアニオンを用いなければならない、3) 基質一般性が狭いという課題があった。
今回、Nelsonらは強塩基条件下(LiHMDS)、高エネルギービニルカチオンを生成できることを発見した。WCAに市販のテトラキスアリールボラート塩を用いることができ、それを触媒として用いた分子内sp3C–H挿入反応を開発した(図1c)。本反応は、ヘテロ原子を含む基質でも反応が進行する。

図1. カルボカチオンを用いたC–H挿入反応

 

Vinyl Carbocations Denerated under Basic Conditions and Their Intramolecular C–H Insertion Reactions
Wigman, B.; Popov, S.; Bagdasarian, A. L.; Shao, B.; Benton, T. R.; Williams, C. G.; Fisher, S. P.; Lavallo, V.; Houk, K. N.; Nelson, H. M. J. Am. Chem. Soc2019,141, 9140.
DOI: 10.1021/jacs.9b02110

論文著者の紹介


研究者: Hosea M. Nelson
研究者の経歴:
2004B.S. Department of Chemistry, UC Berkeley
2012 Ph.D., Caltech (Prof. Brian M. Stoltz)
2015 Postdoc, UC Berkeley (Prof. F. Dean Toste)
2015– Assistant Professor (Principal investigator), UCLA
研究内容:典型元素の触媒反応、生物活性分子の全合成、ケミカルバイオロジー

論文の概要

シクロオクテニルトリフラート1にトリチリウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボラート触媒存在下、LiHMDSを作用させると分子内C–H挿入反応(渡環反応)が進行し、良好な収率でビシクロオクタン骨格をもつオレフィン2が生成した(図2A)。本反応は、1の3-アリール置換部位に、ヘテロ原子をもつ基質:ベンジルモルホリン体2aとチオエーテル体2bであっても進行し、電子不足なアレーン2cでも良好な収率で生成物が得られる。なお、得られる生成物はオレフィンの異性体の混合物であり(スチレニル型オレフィン、3置換オレフィンおよび4置換オレフィン)、スチレニル型オレフィン体のみ単離可能であった。また、C2位が置換された3を用いた場合、エキソメチレン体(E体:54%、Z体:28%)が良好な収率で得られた。さらに、ヘテロ原子やハロゲンを含むベンゾスベロン誘導体5も高収率で分子内C–H挿入反応が進行した。
著者らは、各種実験とDFT計算、Gutmann–Becket法により反応機構解明を試みた結果、本反応の反応機構を次のように提唱した(図2B)。まず、LiHMDSと弱配位性アニオン塩で形成するルイス酸性のリチウム種がトリフラートを捕捉し、ビニルカチオンが生成する(I)。次に、渡環C–H挿入反応によりビシクロオクタン骨格を形成する(II)。続いて1,2-ヒドリド移動により、三級カチオンとなり(III)、塩基による脱プロトン化によりオレフィンを与える(IV)。
以上、LiHMDSと弱配位性アニオン性触媒を用い、ビニルカチオンを形成させることで、分子内sp3C–H挿入反応が進行することを発見した。入手容易な触媒、簡便の操作と官能基耐性の改善により、材料や医薬品など工業的な応用が期待できる。

図2. (A) 基質適用範囲 (B) 推定反応機構

参考文献

  1. Naredla, R. R.; Klumpp. D. A. Chem, Rev.2013, 113, 6905. DOI: 10.1021/cr4001385
  2. (a) Kehrmann, F.; Wentzel, F. Ber. Dtsch. Chem. Ges.1901,34, 3815. DOI: 10.1002/cber.19010340393 (b) Olah, G. A.; Lukas, J. J. Am. Chem. Soc. 1967,89, 2227. DOI: 10.1021/ja00985a039
  3. (a) Lühmann, N.; Panisch, R.; Müller, T. A. Appl.  Organomet. Chem.2010, 24, 533. DOI: 10.1002/aoc.1658 (b) Biermann, U.; Koch, R.; Metzger, J. O. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 3076. DOI: 10.1002/anie.200504288
  4. (a) Shao, B.; Bagdasarian, A. L.; Popov, S.; Nelson, H. M. Science 2017, 355, 1403.DOI: 1126/science.aam7975 (b) Popov, S.; Shao, B.; Bagdasarian, A. L.; Benton, T. R.; Zhou, L; Yang, Z; Houk, K. N.; Nelson, H. M. Science 2018, 361, 381. DOI: DOI: 10.1126/science.aat5440
Avatar photo

山口 研究室

投稿者の記事一覧

早稲田大学山口研究室の抄録会からピックアップした研究紹介記事。

関連記事

  1. 第99回日本化学会年会 付設展示会ケムステキャンペーン Part…
  2. Cu(I) の構造制御による π 逆供与の調節【低圧室温水素貯蔵…
  3. リボフラビンを活用した光触媒製品の開発
  4. 文具に凝るといふことを化学者もしてみむとてするなり⑯:骨伝導ヘッ…
  5. d8 Cu(III) の謎 –配位子場逆転–
  6. 有機化合物のスペクトルデータベース SpectraBase
  7. 2013年ケムステ人気記事ランキング
  8. ポンコツ博士の海外奮闘録 外伝① 〜調剤薬局18時〜

注目情報

ピックアップ記事

  1. 映画007シリーズで登場する毒たち
  2. セメントから超電導物質 絶縁体のはずなのに
  3. カゴ型シルセスキオキサン「ヤヌスキューブ」の合成と構造決定
  4. マテリアルズ・インフォマティクスの推進を加速させるためには?
  5. ウルリッヒ・ウィーズナー Ulrich Wiesner
  6. 佐藤 伸一 Shinichi Sato
  7. 黒よりも黒い? 「最も暗い」物質 米大学チーム作製
  8. 一重項励起子開裂を利用した世界初の有機EL素子
  9. 「遠隔位のC-H結合を触媒的に酸化する」―イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校・M.C.White研より
  10. 11年ぶり日本開催、国際化学五輪プレイベントを3月に

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2019年7月
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
293031  

注目情報

最新記事

新たな有用活性天然物はどのように見つけてくるのか~新規抗真菌剤mandimycinの発見~

こんにちは!熊葛です.天然物は複雑な構造と有用な活性を有することから多くの化学者を魅了し,創薬に貢献…

創薬懇話会2025 in 大津

日時2025年6月19日(木)~6月20日(金)宿泊型セミナー会場ホテル…

理研の研究者が考える未来のバイオ技術とは?

bergです。昨今、環境問題や資源問題の関心の高まりから人工酵素や微生物を利用した化学合成やバイオテ…

水を含み湿度に応答するラメラ構造ポリマー材料の開発

第651回のスポットライトリサーチは、京都大学大学院工学研究科(大内研究室)の堀池優貴 さんにお願い…

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…

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