有機合成化学

MCAT-53™:水中で反応可能なルテニウム触媒

水中でのC-H活性化によるC-Cカップリング反応向けの新しいルテニウム触媒MCAT-53™
C-Cカップリングにおける余分なステップをなくし、NMPなどの有機溶媒も不要に

近年の触媒的官能基化反応の目覚ましい発展により、有用な複素環化合物の合成がますます容易になっています。また、これらの反応には環境負荷の少ない反応条件が求められています。最近、Chicago Discovery Solutions社が、水の存在下でもC-H活性化反応を伴ってC-C結合を形成する、リサイクル可能でリガンドを必要としないルテニウム触媒としてMCAT-53™を開発しました。

 

MCAT-53™ structure

 

新しいルテニウム触媒MCAT-53は、水中でのC-H活性化を伴うC-Cカップリング反応用にChicago Discovery Solutions LLCにより開発された触媒です。酸、共溶媒、界面活性剤、酸化剤、リガンドを添加する必要がなく、触媒を活性化するための追加ステップも必要ありません。MCAT-53™を使った反応によって、望ましくない毒性や廃棄コストの問題が改善されます2。反応終了後の後処理に使用した水は次の触媒反応に再利用(リサイクル)できます。

代表的な応用例:水中でのヘテロビアリール化合物の合成

一般に、ビアリール化合物はよく知られたアリール-アリールカップリング反応により得られます。アリールカップリングとC-H結合を活性化する従来の手法(鈴木-宮浦クロスカップリング反応、Stilleカップリング反応など)を行うには、不安定で毒性のある有機金属試薬の面倒な調製が必要であり、反応は環境負荷の大きい有機溶媒(DMF、NMP、DMSO、トルエンなど)中で行うのが一般的です1。最新の触媒的クロスカップリング分野では、多くの場合ホスフィンリガンドを利用する必要があるパラジウムベースの触媒が最もよく利用されています。

MCAT-53™では、基質にハロゲン等の脱離基やボロン酸を予め基質に導入しておく必要がないため、余分な合成ステップがなくなります。

MCAT-53™は普通の水中で作用するように作られた専用触媒であり、酸、共溶媒、界面活性剤を添加する必要をなくすか、または触媒を活性化するための追加ステップを行う必要をなくします。MCAT-53™と塩基(K2CO3など)の存在下でハロゲン化アリールとカップリングの相手となる芳香族化合物を組み合わせるだけである本法により、極めて高価な場合があるPd触媒とその触媒前駆体3に代わる、安全でコスト効率の良い方法が利用できるようになりました。生成物が固体であれば容易に沈殿すると考えられるため、それをろ過するだけでよく、水中で反応を起こさせた後で生成物を抽出するための溶媒を利用する必要がないため後処理工程も簡単です。

最近、Organic Research and Development, 20185で発表された論文では、MCAT-53が以下に挙げる臭化物、塩化物、および高度に置換されたハロゲン化物に作用することが示されました。

 

さまざまなピリジン誘導体が優れた配向基として機能し、生成物としてオルト置換体が得られます。その他、イミン、オキシムエーテル、アゾベンゼン誘導体、含窒素複素環(例:ピラゾール、イソキサゾリン)などの窒素をベースとした配向基も利用できます5。比較的塩基性の酸素原子を含むアミドがこれらの反応の配向基として利用可能と考えられます。

論文報告されている結果:

  • C-H活性化によるC-Cカップリング反応のスケールアップは、12mmolのMCAT-53を使用するスケールまで成功しています。
  • C-H活性化によるC-Cカップリング反応を起こすために使うMCAT-53触媒の量はわずか1mol%まで低減できます。
  • デカンテーションするだけで生成物を分離できる(生成物が水層から分離される)ため、C-H活性化によるC-Cカップリング反応(低触媒量)のスケールアップは極めて良好でした。
  • 生成物が固体であれば容易に沈殿すると考えられるため、それをろ過するだけでよく、水中で反応を起こさせた後で生成物を抽出するための溶媒を利用する必要がありません。
  • モノ体とジ体の比率を巧みに操作できます。
  • MCAT-53は他のRuベースの触媒と比較して単離収率が向上するため、はるかに高品質です。
  • 反応終了後、使った水層を利用(リサイクルおよび再利用)できます。
  • MCAT-53が生成物の構造を主に決定します。
  • 2-フェニルピリジン、2-フェニルピラゾール、ベンゾ(h)キノリンといった多様な基質での反応例があります。

MCAT-53触媒を使って、CETP阻害剤であるアナセトラピブの高度な中間体を水中で合成すると、単一の位置異性体が得られます5

クラス最高の品質を備え、ベンチスケールで使えて空気中でも安定なMCAT-53は、医薬品やその他の化学物質の製造プロセスにおいてコスト効率が良く環境に優しい代替品になります。

この新しい触媒MCAT-53は当社より販売されており、容易な輸送と使用を可能にする空気中での高い安定性により、他にもさまざまなタイプの合成に応用できるでしょう。

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