有機合成化学

Nicewicz光レドックス触媒を用いたアンチマルコフニコフ型のアルケンのヒドロ官能基化

KitAlysis™ ハイスループット スクリーニング キット

はじめに

アルケンへの付加反応は、一般にマルコフニコフ型―すなわち、結合する水素原子数の多い方の炭素の方に、電気的に陽性な原子団が結合する形で進行し、これには多くの研究例があります。一方、触媒を用いてこれと逆の選択性による「アンチ マルコフニコフ型(逆マルコフニコフ型)」の付加反応は、いまだ十分に開拓の進んでいない領域です。

アルドリッチでは、David Nicewicz教授の協力の下、光励起可能なアクリジニウム型触媒群を提供しています。この触媒により、完全なアンチ マルコフニコフ型の選択性の下、オレフィンをヒドロ官能基化することが可能です。

カチオン型有機酸化剤である、過塩素酸9-メシチル-10-メチルアクリジニウム(L511811)を開発したのは、福住俊一教授らのグループです1。彼らは、電子供与基となるメシチル基と、電子受容体となるアクリジニウム骨格を直接結合させた化合物をデザインしました。この化合物に光を照射すると、メシチル基からアクリジニウム部分へと一電子が移動し、高いエネルギーを持った化学種となります。これはオレフィンなど他の化合物から一電子を奪い、ラジカルカチオンとする能力を有します。

Nicewiczらのグループは、この化合物及び関連化合物(794171793876793221)の、光レドックス触媒としての幅広い有用性を示しました。チオールを含んだ化合物を、水素移動助触媒として共に用いることでその機能を発揮します2。このユニークな触媒は、幅広い範囲のオレフィンから電子を奪い、ラジカルカチオンとすることができます。これは、カルボン酸、アミン、鉱酸類、プロパルギルアルコールやアリルアルコールといった多様な求核剤と反応し、さらにチオールなどから水素原子を供与されることで、二重結合のヒドロ官能基化が達成されます2-3

特長

  • 金属元素不使用、可視光による触媒
  • 空気や湿気に安定
  • 温和な反応条件
  • アンチ マルコフニコフ型の選択性
  • Ru及びIrポリピリジル光酸化剤に比べ、高い酸化能力
  • LEDによる直接的な励起が可能

代表的応用例

(1)ヒドロエーテル化

10種の基質において、完全なアンチ マルコフニコフ型の選択性のもと、分子内ヒドロエーテル化が行なわれています4。触媒として過塩素酸9-メシチル-10-メチルアクリジニウム(L511811)を、水素原子供与体として2-フェニルマロノニトリルを用いています。

 L511811は、製品番号:747610に変更になりました。

 

(2)ヒドロアミノ化

アルケンのヒドロアミノ化も、完全にアンチ マルコフニコフ型選択的に進行します。触媒としてはテトラフルオロホウ酸9-メシチル-10-メチルアクリジニウム(794171)、助触媒としてチオール化合物が用いられています。チオフェノールを助触媒に用いて、不飽和アミンの分子内ヒドロアミノ化を行えば、各種の含窒素ヘテロ環を得ることが出来ます5。さらに、オレフィンとして脂肪族アルケン、α-またはβ-置換スチレン、アミンとしてヘテロ環状アミンを用いた分子間ヒドロアミノ化も達成されています6。この場合は、助触媒としてジフェニルジスルフィドが好適です。

(3)ヒドロトリフルオロメチル化

各種のトリフルオロメチル化された化合物も、光レドックス触媒によって合成可能です。トリフルオロメチル基源としては、Langlois試薬(トリフルオロメタンスルフィン酸ナトリウム)が用いられます。これを、チオール助触媒(チオサリチル酸メチルまたはチオフェノール)を共存させた上で、テトラフルオロホウ酸9-メシチル-10-メチルアクリジニウム(794171)で一電子酸化してやることで、スチレンのヒドロトリフルオロメチル化が行えます。反応は他のケース同様、アンチマルコフニコフ型選択的に進行します。Nicewiczらが20種の化合物を試した結果、25~74%の収率で目的物を得ています7

(4)ヒドロアシロキシ化

アンチ マルコフニコフ型選択的なヒドロアシロキシ化は、テトラフルオロホウ酸9-メシチル-10-メチルアクリジニウム(794171)と、ベンゼンスルフィン酸ナトリウムまたはチオフェノールの組み合わせで実現可能です。オレフィン側としては、スチレン、エナミド、三置換脂肪族アルケンなどが用いられており、アシロキシ基源としては、酢酸やイソ酪酸、安息香酸など各種のカルボン酸が利用できます。17種の組み合わせで実験が行なわれ、29~99%の収率で目的物が得られています8。カルボン酸として、ピバル酸などかさ高いものを用いたケース以外では、おおむね良好な結果が得られています。

(5)鉱酸の付加

強いブレンステッド酸の付加も、光レドックス触媒を用いれば、完全にアンチ マルコフニコフ型選択的に進行します。ヒドロ塩素化は、テトラフルオロホウ酸9-メシチル-10-メチルアクリジニウム(794171)とチオフェノールの組み合わせによって行えます。ヒドロフッ素化、ヒドロホスホリル化、ヒドロスルホニル化は、テトラフルオロホウ酸9-メシチル-2,7-ジメチル-10-フェニルアクリジニウム(793876)を触媒に用い、水素原子供与体として4-ニトロフェニルジスルフィドか、4-メトキシチオフェノールを用いる組み合わせが好適です。この場合では、求核剤の対イオンとして2,6-ルチジニウムを用いた場合に、最もよい結果が得られています9

(6)アミドの分子内ヒドロ官能基化

不飽和アリルアミドあるいはチオアミドの、アンチマルコフニコフ型選択的分子内環化により、それぞれ2-オキサゾリンまたは2-チアゾリンが得られます。これらの変換には、テトラフルオロホウ酸9-メシチル-10-メチルアクリジニウム(794171)と、ジフェニルジスルフィドの組み合わせによる光レドックス触媒系が有効です。17の組み合わせで実験を行い、59~82%の収率で目的物を得ています10

(7)ヒドロ脱炭酸

この光レドックス触媒は、カルボン酸やマロン酸の脱炭酸反応にも応用できます。テトラフルオロホウ酸9-メシチル-10-フェニルアクリジニウム(793221)と、ジフェニルジスルフィドの組み合わせがこの目的に用いられます。この反応では、塩基の添加と高極性アルコール溶媒が必要であり、特にトリフルオロエタノール溶媒を用いた場合に好結果を与えます。一級・二級・三級のカルボン酸にこの反応を適用できることが示されています11

(8)極性ラジカル交差付加環化

各種光レドックス触媒を用いて、付加反応と環化を連続的に行なうことにより、アルケンから各種の環状化合物が得られています。α,β-不飽和カルボン酸からはγ-ブチロラクトンが12、アリルアルコールからはテトラヒドロフラン骨格が13、不飽和アミドからはγ-ラクタムが、不飽和アミンからはピロリジン骨格が14、それぞれ得られています。

 L511811は、製品番号:747610に変更になりました。

 

(9)光酸化反応

Nicewiczらの報告に先立ち、GriesbeckとChoは、電子移動による酸化反応が行えることを示していました。過塩素酸9-メシチル-10-メチルアクリジニウム(L511811)に、酸素ガス存在下に可視光を照射することにより、Ⅱ型反応及び電子移動光酸化反応が行えます15

 L511811は、製品番号:747610に変更になりました。

 

Technology Spotlights 一覧に戻る

可視光レドックス反応のために設計された「マイクロフォトケミカルリアクター」を販売しています。


有機合成用光触媒製品については左記のページもご参考ください。
     
Redi-Driのご案内