[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

リンを光誘起!σ-ホールでクロス求電子剤C–PIIIカップリング反応

[スポンサーリンク]

プニクトゲン結合(PnB)を利用するクロロホスフィンと有機ハロゲン化合物のクロス求電子剤C–PIIIカップリング反応が開発された。クロロホスフィン上のσホールとアルキルアミンの相互作用により形成される電荷移動錯体が光励起され反応が進行する。

クロロホスフィンと有機ハロゲン化合物のクロス求電子剤C–PIIIカップリング反応

三価のリン化合物は、配位子や有機触媒、農薬、材料などの分野で広く利用されることから、効率的な合成法の開発が化学者の関心を集める[1]。近年、二級ホスフィンや金属リン化合物に代わり、比較的安定なクロロホスフィンを出発物質とする合成法が次々に報告された(図1A)[2]。現在までに、ニッケル/亜鉛を用いた触媒反応が主に研究されてきたほか、シランを用いたラジカル反応なども報告されている。

リンを含む15族元素(プニクトゲン; Pn)の特徴として、原子上の電荷分布の偏りによって生じた正電荷領域(σ-ホール)が、電子供与性分子と非共有結合性相互作用を示すことが知られている(プニクトゲン結合; PnB)[3]。PnBを触媒に応用した初の例として、2018年にMatileらは、三価のアンチモン化合物上のσ-ホールとクロロ基のPnBによって、クロロ基の脱離反応を促進させた(図1B)[4]。また、本論文著者であるChenらは以前、ホスホニウム塩とルイス塩基のPnBを利用し、光誘起電子移動/ラジカル付加を経由した2-インドリノンの合成を報告した(図1C)[5]

今回Chenらは、クロロホスフィンとルイス塩基による電荷移動錯体の形成と光照射によりホスフィニルラジカルを生成し、SET/ハロゲン原子移動(XAT)をともなうクロス求電子剤C–PIIIカップリング反応に着手した(図1D)。ニッケル触媒やシランを用いる先述の合成法と比較して、使用する試薬がクロロホスフィンとルイス塩基のみであるという利便性が特徴である。

図1. (A) 現在のクロス求電子剤C–PIIIカップリング反応 (B) 脱離反応へのPnBの利用 (C) PnBを利用したラジカル反応(D) 本研究

 

“Cross-Electrophile C–PIII Coupling of Chlorophosphines with Organic Halides: Photoinduced PIII and Aminoalkyl Radical Generation Enabled by Pnictogen Bonding”

Tu, Y.-L.; Zhang, B.-B.; Qiu, B.-S.; Wang, Z.-X.; Chen, X.-Y. Angew. Chem., Int. Ed. 2023, 62, e202310764

DOI: 10.1002/anie.202310764

 

論文著者の紹介

研究者: Xiang-Yu Chen (陈祥雨)

研究者の経歴:
2005–2009               B.S., Xiangtan University, China
2009–2014               Ph.D., Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, China (Prof. Song Ye)
2014–2016               Postdoc, Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, China(Prof. Song Ye)
Postdoc, University of Vienna, Austria (Prof. Nuno Maulide)
2016–2020               Postdoc, RWTH Aachen University, Germany
(Prof. Dieter Enders, Prof. Franziska Schoenebeck, and Prof. Magnus Rueping)
2020–                    Associate Professor, University of Chinese Academy of Sciences, China
研究内容: 不斉触媒および有機金属触媒の開発、フリーラジカル化学

論文の概要

Chenらはまず、クロロジフェニルホスフィンの静電ポテンシャル(ESP)を算出し、P上にσ-ホールが存在することを確認した(図2A左)。続いて、クロロジフェニルホスフィンとN,N,N′,N′′,N′′-ペンタメチルジエチレントリアミン(PMDTA)が形成する錯体の構造最適化では、P–N間の距離がファンデルワールス半径より短く、P上のσ-ホールとNの非共有電子対の間でPnB形成が見られた(図2A右)。そのほか、NCI(non-covalent interaction) plotとQTAIM(the quantum theory of atoms in molecules)による計算結果からも、PnB形成が支持された。

本反応では、アセトニトリル中、PMDTA存在下、クロロホスフィン1と有機ハロゲン化合物2に対して青色光を照射すると、クロスカップリング体3(or 3′)が得られた(図2B)。本反応は、アルキル基、アリール基、ピリジル基などを有する2に適用でき、対応する三価のリン化合物3a, 3b, 3′c, 3′dを与えた。また、天然物であるコレステロールから誘導されたアルキルクロリド2eでも反応が進行してリン化合物3eを得た。

機構解明実験に基づき、次の推定反応機構が提唱された(図2C)。まず、PnBによって形成するクロロホスフィン1とPMDTA (4)の電荷移動錯体(CTC)の光誘起電子移動により、ホスフィニルラジカル5とアミノアルキルラジカルカチオン7が生じる。生成した5は二量化してジホスフィン6を与える。一方で、7の脱プロトン化により生じたα-アミノアルキルラジカル8と、有機ハロゲン化合物2のXATにより炭素ラジカル10が生成する。最後に、10とジホスフィン6のSH2反応を経てクロスカップリング体3′を与える。

図2. (A) σ-ホールおよびPnBの計算結果 (B) 基質適用範囲 (C) 推定反応機構

 

 以上、P上のσ-ホールとアルキルアミンのPnBを利用したクロス求電子剤C–PIIIカップリング反応が開発された。σ-ホールの利用が、今後の反応開発における新たな切り口となることが期待される。

参考文献

  1. (a) Guo, H.; Fan, Y. C.; Sun, Z.; Wu, Y.; Kwon, O. Phosphine Organocatalysis. Chem. Rev. 2018, 118, 10049–10293. DOI: 10.1021/acs.chemrev.8b00081(b) Ni, H.; Chan, W.-L.; Lu, Y. Phosphine-Catalyzed Asymmetric Organic Reactions. Chem. Rev. 2018, 118, 9344–9411. DOI: 10.1021/acs.chemrev.8b00261(c) Rojo, P.; Riera, A.; Verdaguer, X. Bulky P-Stereogenic Ligands. A Success Story in Asymmetric Catalysis. Coord. Chem. Rev. 2023, 489, 215192. DOI: 10.1016/j.ccr.2023.215192
  2. (a) Ager, D. J.; East, M. B.; Eisenstadt, A.; Laneman, S. A.Convenient and Direct Preparation of Tertiary Phosphines via Nickel-Catalysed Cross-Coupling Chem. Commun. 1997, 24, 2359–2360. DOI: 10.1039/a705106i (b) Budnikova, Y.; Kargin, Y.; Nédélec, J.-Y.; Périchon, J. Nickel-Catalysed Electrochemical Coupling Between Mono- or Di-chlorophenylphosphines and Aryl or Heteroaryl Halides. J. Organomet. Chem. 1999, 575, 63–66. DOI: 10.1016/S0022-328X(98)00963-2 (c) Le Gall, E.; Troupel, M.; Nédélec, J.-Y. Nickel-Catalyzed Reductive Coupling of Chlorodiphenylphosphine with Aryl Bromides into Functionalized Triarylphosphines. Tetrahedron 2003, 59, 7497–7500. DOI: 10.1016/S0040-4020(03)01180-3 (d) Sato, A.; Yorimitsu, H.; Oshima, K. Radical Phosphination of Organic Halides and Alkyl Imidazole-1-carbothioates. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 4240–4241. DOI: 10.1021/ja058783h (e) Nowrouzi, N.; Keshtgar, S.; Jahromi, E. B. Ligand-free Palladium Catalyzed Phosphorylation of Aryl Iodides. Tetrahedron Lett. 2016, 57, 348–350. DOI: 10.1016/j.tetlet.2015.12.018 (f) Jin, S.; Haug, G. C.; Nguyen, V. T.; Flores-Hansen, C.; Arman, H. D.; Larionov, O. V. Decarboxylative Phosphine Synthesis: Insights into the Catalytic, Autocatalytic, and Inhibitory Roles of Additives and Intermediates. ACS Catal. 2019, 9, 9764–9774. DOI: 10.1021/acscatal.9b03366 (g) Cheng, R.; Li, C.-J. Csp3–PIII Bond Formation via Cross-Coupling of Umpolung Carbonyls with Phosphine Halides Catalyzed by Nickel. Angew. Chem., Int. Ed. 2023, 62, e202301730. DOI: 10.1002/anie.202301730
  3. (a) Scheiner, S. The Pnicogen Bond: Its Relation to Hydrogen, Halogen, and Other Noncovalent Bonds. Acc. Chem. Res. 2013, 46, 280–288. DOI:10.1021/ar3001316 (b) Breugst, M.; Koenig, J. J. σ-Hole Interactions in Catalysis. Eur. J. Org. Chem. 2020, 34, 5473–5487. DOI: 10.1002/ejoc.202000660(c) Mahmudov, K. T.; Gurbanov, A. V.; Aliyeva, V. A.; Resnati, G.; Pombeiro, A. J. Pnictogen Bonding in Coordination Chemistry. Coord. Chem. Rev. 2020,418, 213381. DOI: 10.1016/j.ccr.2020.213381
  4. Benz, S.; Poblador-Bahamonde, A. I.; Low-Ders, N.; Matile, S. Catalysis with Pnictogen, Chalcogen, and Halogen Bonds. Angew. Chem., Int. Ed. 2018, 57, 5408–5412. DOI: 10.1002/anie.201801452
  5. Liu, Q.; Lu, Y.; Sheng, H.; Zhang, C.-S.; Su, X.-D.; Wang, Z.-X.; Chen, X.-Y.Visible-Light-Induced Selective Photolysis of Phosphonium Iodide Salts for Monofluoromethylations. Angew. Chem., Int. Ed. 2021, 60, 25477–25484. DOI: 10.1002/anie.202111006
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. 3Dプリント模型を買ってコロナウイルス研究を応援しよう!
  2. 人工DNAを複製可能な生物ができた!
  3. AI解析プラットフォーム Multi-Sigmaとは?
  4. 紙製TLC!? 話題のクロマトシートを試してみた
  5. アメリカの大学院で受ける授業
  6. 大気下でもホールと電子の双方を伝導可能な新しい分子性半導体材料
  7. 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」…
  8. なぜクロスカップリングは日本で発展したのか?

注目情報

ピックアップ記事

  1. 取扱いが容易なトリフルオロアセチル化試薬
  2. がんをスナイプするフェロセン誘導体
  3. ビオチン標識 biotin label
  4. 最新 創薬化学 ~探索研究から開発まで~
  5. カーボン系固体酸触媒
  6. 条件最適化向けマテリアルズ・インフォマティクスSaaS : miHubのアップデートのご紹介
  7. 2009年ノーベル化学賞『リボソームの構造と機能の解明』
  8. 力学的エネルギーで”逆”クリック!
  9. デス・マーチン酸化 Dess-Martin Oxidation
  10. 第157回―「メカノケミカル合成の方法論開発」Tomislav Friščić教授

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2023年12月
 123
45678910
11121314151617
18192021222324
25262728293031

注目情報

最新記事

MEDCHEM NEWS 34-1 号「創薬を支える計測・検出技術の最前線」

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…

医薬品設計における三次元性指標(Fsp³)の再評価

近年、医薬品開発において候補分子の三次元構造が注目されてきました。特に、2009年に発表された論文「…

AI分子生成の導入と基本手法の紹介

本記事では、AIや情報技術を用いた分子生成技術の有機分子設計における有用性や代表的手法について解説し…

第53回ケムステVシンポ「化学×イノベーション -女性研究者が拓く未来-」を開催します!

第53回ケムステVシンポの会告です!今回のVシンポは、若手女性研究者のコミュニティと起業支援…

Nature誌が発表!!2025年注目の7つの技術!!

こんにちは,熊葛です.毎年この時期にはNature誌で,その年注目の7つの技術について取り上げられま…

塩野義製薬:COVID-19治療薬”Ensitrelvir”の超特急製造開発秘話

新型コロナウイルス感染症は2023年5月に5類移行となり、昨年はこれまでの生活が…

コバルト触媒による多様な低分子骨格の構築を実現 –医薬品合成などへの応用に期待–

第 642回のスポットライトリサーチは、武蔵野大学薬学部薬化学研究室・講師の 重…

ヘム鉄を配位するシステイン残基を持たないシトクロムP450!?中には21番目のアミノ酸として知られるセレノシステインへと変異されているP450も発見!

こんにちは,熊葛です.今回は,一般的なP450で保存されているヘム鉄を配位するシステイン残基に,異な…

有機化学とタンパク質工学の知恵を駆使して、カリウムイオンが細胞内で赤く煌めくようにする

第 641 回のスポットライトリサーチは、東京大学大学院理学系研究科化学専攻 生…

CO2 の排出はどのように削減できるか?【その1: CO2 の排出源について】

大気中の二酸化炭素を減らす取り組みとして、二酸化炭素回収·貯留 (CCS; Carbon dioxi…

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