カルボニル化合物の立体選択的交差McMurryカップリングが開発された。鉄触媒を用いるとZ体、クロム触媒を用いるとE体のオレフィンが選択的に得られる。
カルボニルクロスメタセシス反応
二重結合を組み換えるメタセシス反応は、新たな炭素-炭素二重結合形成の有力な手法である。オレフィンメタセシス反応は周知のとおり[1]、近年ではアルケンとカルボニル化合物からオレフィンを得るメタセシス反応も開発された[2]。また、2つのカルボニル化合物からオレフィンを得る反応としてMcMurryカップリングが知られる[3]。しかし、同カップリングは、異なるカルボニル化合物の場合、3種類のアルケン混合物を与え、立体選択性(E/Z選択性)の制御も困難である(図1A)。
この問題を解決した好例として、Ottらの報告がある[4]。彼らは独自に合成したホスファニルホスホナートを用いた立体選択的交差McMurryカップリング(カルボニルクロスメタセシス反応*)を開発した(図1B)。このホスファニルホスホナートをアルデヒドと反応させホスファアルケンへ変換した後、別のアルデヒドと反応させ、熱力学的に安定なE-オレフィンを選択的に得た。しかし、その後の研究例も含め[5]一方のアルデヒドは芳香族アルデヒドのみ適用可能であった。
今回著者らは、この基質の限定性を打破するカルボニルクロスメタセシス反応の開発に挑んだ(図1C)。独自で見いだした、アルデヒドからの鉄カルベン生成法がこの開発の肝である[6]。この手法を用いてカルベノイドを生成後、リンイリドへと変換できれば[7]、Wittig反応のように異なるカルボニル化合物と反応し、オレフィンが得られると考えた(図1C path A)。また著者らは、高井・内本オレフィン合成[8]を参考にクロム触媒を用いて、カルボニル化合物をgem-ジクロム化合物に変換後、カルボニル化合物と反応させオレフィンを与える別経路も考案した(図1C path B)。
“Carbonyl Cross-Metathesis via Deoxygenative gem-di-Metal Catalysis”
Zhang, L.; Nagib, D. A. Nat. Chem. 2023, Advanced article. DOI: 10.1038/s41557-023-01333-8
論文著者の紹介
研究者の経歴:
2009–2013 B.S., Sichuan Normal University
2013–2016 M.Sc., Shanghai Institute of Organic Chemistry, China (Profs. Jun Yang and Ran Hong)
2017–2020 Ph.D., Heidelberg University, Germany (Prof. A. Stephen K. Hashmi)
2020–2023 Postdoc, Ohio State University, USA (Prof. David A. Nagib)
2023– Researcher, Shanghai Institute of Organic Chemistry, China
研究内容:ナイトレン、カルベン、ラジカルを含む新規反応開発
研究者:David A. Nagib
研究者の経歴:
2006 B.S., Boston College, USA (Prof. Scott J. Miller)
2011 Ph.D., Princeton University, USA (Prof. David W. C. MacMillan)
2011–2014 NIH Postdoc, University of California, Berkeley, USA (Prof. F. Dean Toste)
2014–2020 Assistant Professor, The Ohio State University, USA
2020–2022 Associate Professor, The Ohio State University, USA
2022– Professor, The Ohio State University, USA
研究内容:ラジカル発生を伴うC–H, C–O官能基化
論文の概要
著者らは、カルベン→イリド経路(図1C path A)のカルボニルメタセシス反応を開発した(図2A 左)。脂肪族アルデヒド1Aに対しZnBr2、BzBrを作用させた後、LiCl、Znを加え、亜鉛カルベノイド3を得た。続けて、FeCl2、PPh3、アルデヒド1Bと反応させZ-オレフィン7Aa–7Ac を高立体選択的に得ることに成功した。推定反応機構を示す(図2B)。1Aから生成した2に対し、亜鉛の挿入によりカルベノイド3となる。続いて、鉄とトランスメタル化、a脱離により安定なカルベン中間体5が生成する。5がPPh3とカルベン移動し、生じたリンイリド6と1Bが反応することでZ体7Aを与える。
続いて、ジクロム化合物経路(図1C path B)から、E-オレフィンが選択的に得られることを見いだした(図2A右)。2に対して、1B、CrCl2、dtbbpy、LiI、TMSClおよび還元剤Mnを作用させることで、E-オレフィン7Ba–7Bcを高立体選択的に得た。1Aから生成したgem-ジクロム化合物10が、1Bと反応し7BとCr(III)11を与える。11は還元されCr(II)を再生する機構を提唱している(図2C)[9]。
以上、著者らは新規カルボニルクロスメタセシス反応の開発に成功した。基質の適用範囲が広がり、用いる金属触媒によりE/Z-オレフィンを作り分けられるため、より自在な炭素-炭素二重結合形成が可能である。
*カルボニルクロスメタセシス反応:クロスメタセシス反応は異なる化合物同士の分子間のメタセシス反応をいう。今回のカルボニルクロスメタセシス反応は、交差McMurryカップリング(カルボニル化合物の交差脱酸素型二量化)のことを著者の意向を踏まえて使用した。
参考文献
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