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有機化学を中心に、興味ある新着論文の情報を提供してゆきます。

タグ:パラジウム

Anamitra Chatterjee, Hendrik Mallin, Juliane Klehr, Jaicy Vallapurackal, Aaron D. Finke, Laura Vera, May Marsh and Thomas R. Ward*
Chem. Sci., 2016,7, 673-677 DOI: 10.1039/C5SC03116H

 ☆人工酵素で鈴木-宮浦カップリング
  パラジウム触媒と酵素は同じ触媒といいながらまるで縁遠いと思えますが、この両者を融合させ、鈴木-宮浦カップリングを触媒する人工酵素「スズキアーゼ」を創り出したという報告です。

 タンパク質の一種ストレプトアビジンは、ビオチン分子と極めて強く結合することが知られています。 この際、ビオチンのカルボン酸部分は、ストレプトアビジンの外部にはみ出す形になります。そこで、このカルボン酸に各種官能基を導入して利用する手法は、ケミカルバイオロジーの分野でよく用いられています。

 
biotin
 著者らはこれを利用し、ストレプトアビジン表面にパラジウム錯体を結合させ、不斉鈴木-宮浦カップリングを行なえる触媒を作ることを考えました。下図のように、軸不斉を持ったビナフチル骨格を作る反応です。

Suzukimiyaura

 著者らはパラジウム錯体をビオチンと結びつけたものを用意し、ストレプトアビジンと結合させて鈴木-宮浦カップリングを行なって不斉収率などを調べています。数種のパラジウム錯体を用いた他、結合部位周辺のアミノ酸を変化させたストレプトアビジンと組み合わせて検討し、最適の触媒を選び出しています。結果、90%ee、TON(触媒の回転数)50という「スズキアーゼ」を創り出すことに成功しています。

suzukiasecore
「スズキアーゼ」触媒中心部分。青緑色の球がパラジウム、オレンジがリン。

 こうした反応では、タンパク質が変性しない反応条件でなければなりませんし、コストや管理の手間など、いろいろ制約がありそうではあります。また、触媒を最適化するための合理的な戦略を立てるのも、現状では難しそうです。とはいえコンセプトとしては面白く、生体内で働く人工触媒という夢に近づくための、重要な武器ともなりそうです。

Yifeng Chen , Justin P. Romaire , and Timothy R. Newhouse *
J. Am. Chem. Soc., Article ASAP DOI: 10.1021/jacs.5b02243

 ☆簡便な脱水素化
 α,β-不飽和カルボニル化合物は、合成的に有用なため多くの合成法が知られています。対応するカルボニル化合物から、脱水素する形での合成法には、セレンを用いる方法、三枝-伊藤酸化IBXを用いる方法などが知られています。しかしセレンは毒性がありますし、三枝-伊藤酸化は高価なパラジウムを当量用いなければならないなどの弱点もあります。

  今回著者らは、エステルやニトリルといった電子求引基の、簡便な脱水素化反応を報告しています。パラジウムのアリル錯体を触媒とし、塩基としてリチウムテトラメチルピペリジド、塩化亜鉛、ピバリン酸アリルを加え。-40度で撹拌するという条件で、かなり収率よく不飽和エステルが得られています。

dehydro 
 分子内にアミンやケタールなどの官能基が存在していても、まずまずの収率で反応は進行しています。 強塩基に弱い化合物などは問題がありそうですが、それ以外の基質では、既存の反応にとって変わりうる存在ではないかと思えます。

Andrew McNally, Benjamin Haffemayer, Beatrice S. L. Collins & Matthew J. Gaunt
Nature 510, 129–133 (2014) doi:10.1038/nature13389

 C-H結合活性化反応は、現代有機化学の花形といっていいでしょう。昔からこれに該当する反応はいくつか知られていましたが、大きなきっかけになったのは1993年、村井らがNatureに報告したルテニウムによるオルト位C-H活性化反応でしょう。

Murai

 上図のように、ケトンなどの官能基(directing group)に金属が配位し、これが隣接するC-H結合に割りこむような形で5員環をつくり、オレフィンなどの化合物と反応する、というメカニズムです。この後、数え切れないほどのC-H結合活性化反応が報告されていますが、このように芳香環のC-H結合が5員環型の中間体を経て活性化されるというのが、最も基本的なパターンです。

 芳香環でなく、脂肪族C-H結合を切断する反応も報告されていますが、いまだこれは難しいテーマであり、大きなチャレンジのひとつとなっています。

 さて今回著者のGauntらは、この常識を打ち破る新しいタイプのC-H結合活性化反応を報告しています。β位にメチル基を持った脂肪族アミンに対してパラジウム触媒を作用させると、メチル基のC-H結合にパラジウムが割り込んだ形の中間体が得られます。ここに酸化剤(PhI(OAc)2)を加えるとパラジウムが脱離し、3員環のアジリジンが得られるというものです。また酸化剤の代わりに一酸化炭素と酢酸銅(II)を作用させれば、β-ラクタムが得られてきます。
Aziridine
 
 条件は驚くほど簡便で、5mol%の酢酸パラジウム(II)とアミン、酸化剤、無水酢酸を溶媒と共に加熱するだけです。これだけでこの反応が起こるものか、と思ってしまいます。収率は8割前後、3グラムスケールでも進行するとのことです。

 生成物であるアジリジンやβ-ラクタムは合成中間体として、また医薬の部分構造として非常に有用ですので、それだけ見ても利用価値の高い反応です。しかし、4員環型中間体を経由して脂肪族C-H結合を切断するというメカニズムは新しく、これを突破口にいろいろな反応が登場してきそうに思えます。注目に値するのではないでしょうか。

Ewa Pacholska-Dudziak,* Michał Szczepaniak, Aleksandra Ksiazek, and Lechosław Latos-Grazynski*
Angew. Chem. Int. Ed. Early View  DOI: 10.1002/anie.201304493

 ☆パラジウムが骨格に入ったポルフィリン
 ポルフィリンというのは奥の深い化合物で、今まで様々なバリエーションが発見・合成されています。 ピロールの数が異なるもの、間の炭素が増えたものや減ったもの、窒素以外のヘテロ元素(酸素・硫黄など)を含んだもの、窒素の位置が異なるものなど、数えきれないほどの親類筋が存在します。

 今回、その中でも非常な変わり種といえる、パラジウムを骨格内に含んだポルフィリンが初めて合成されました。報告したのは、ポーランドのヴロツワフ大学のチームです。

 彼らは、ポルフィリンの向かい合わせの窒素が2つテルルに変わったジテルラポルフィリンに対し、パラジウム塩を作用させることでできたようです。X線結晶解析の結果、下図のようにパラジウム(青い球)とテルル(オレンジの球)、窒素とテルルが結合し、これが上下の窒素に対して素早く入れ替わっていることがわかりました。
Pd_Porphyrin

 すぐに何かに応用できるというものではないかもしれませんが、面白いものができるものだなあと思わされます。底なしに奥深いポルフィリンワールドに、また新たな1ページが付け加わったようです。

Tsuyoshi Ueda, Hideyuki Konishi, and Kei Manabe*
Angew. Chem. Int. Ed. Early View DOI: 10.1002/anie.201303926

 ☆サッカリンを有機合成に使う
 ハロゲン化アリールを、パラジウム触媒存在下で一酸化炭素(CO)によってカルボニル化し、アリールアルデヒドやエステルを得る反応は、広く用いられています。非常にきれいに進行する反応ではありますが、毒性の気体であるCOを使わねばならないのがネックで、実験には大きな危険を伴います。

 これに代わる試薬も報告されていますが、基質が限られるのが難点で、たとえば臭化アリールなどはCO以外でカルボニル化できないとされてきました。しかしこの論文で著者らは、N-ホルミルサッカリンがCOの代わりに使えることを示しました。

formylation

 上図に示すように、N-ホルミルサッカリン1.5当量をパラジウム触媒・塩基・トリエチルシランと反応させることで、収率よくアルデヒドを得ています。N-ホルミル基がまるごと生成物に取り込まれるのではなく、COのみが入っています。生成物のアルデヒドのHは、還元剤であるトリエチルシラン由来です。 シランの代わりにアルコールを使えば、エステルを直接得ることも可能です。

 N-ホルミルサッカリンは、試薬として販売されているので容易に入手可能です。特に小スケールの反応では、とても使いやすい反応ではと思います。 

Mario Stein and Bernhard Breit*
Angew. Chem. Int. Ed. DOI: 10.1002/anie.201207803

 ☆水素添加でアミドをアミンへ
 アミドから対応するアミンへの還元は、水素化アルミニウムリチウムなどの強力な還元剤を当量以上用いて、加熱還流など激しい条件で行われてきました。この条件では多量の廃棄物が出ますし、発火などの危険があるために、大量合成には向かないという欠点があります。

 今回著者らは、パラジウムとレニウム(または白金とレニウム)をグラファイト上に担持させた触媒を用いることで、このアミドからアミンへの還元を収率よく行えることを示しました。多くの二級・三級アミドが、ほぼ定量的に対応するアミンへ変換されています。

amideH2

 ただし一級アミド(R-CONH2)はあまりうまく行かず、二級アミンが主生成物として得られています。この条件で、アルケン・アルキンは水素化を受け、エーテル結合などは無事のようです。その他の官能基選択性がどうか、興味あるところです。

 高温高圧を必要とはしますが、反応の後処理はろ過・濃縮だけですし、触媒は回収再使用が可能です(多少活性は落ちる)。これはぜひとも試薬として発売してほしいですね。 

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