四置換アルケンのエナンチオ選択的ヒドロホウ素化反応

2024.12.27 From Chem-Station By 山口 研究室

#化学 #触媒 #新技術

四置換アルケンの位置選択的かつ立体選択的な触媒的ヒドロホウ素化が報告された。電子豊富なロジウム錯体と不斉配位子による立体制御が鍵である。

 

研究の概要

有機ホウ素化合物は、多様な官能基変換が可能であるため極めて重要な合成中間体である。特に、光学純度の高い有機ホウ素化合物は医薬品等の不斉合成に有用であり、主に、金属触媒を用いたアルケンのエナンチオ選択的ヒドロホウ素化によって得ることができる(図1A)。

金属触媒を用いたアルケンのヒドロホウ素化の初の例としてNöthらは、ロジウム触媒とカテコールボランを用いると室温で反応が進行することを見いだした(図1B)[1]。また、Evansらはロジウム触媒存在下、ヒドロキシ基やアルコキシ基を配向基とする環状アルケンのエナンチオ選択的ヒドロホウ素化に成功した(図1C)[2]。それ以降、エステルやアミドを配向基としたアルケンの位置選択的かつ立体選択的ヒドロホウ素化反応が複数報告された[3, 4]。

一方、著者らは以前、ロジウム触媒を用いたα,β-不飽和アミドとエナミドのエナンチオ選択的ヒドロホウ素化反応を開発した(図1D)[5, 6, 7]。しかし、二置換および三置換アルケンに限られ、四置換アルケンの位置選択的かつ立体選択的ヒドロホウ素化反応は未達成であった。これは四置換アルケンが立体反発により金属錯体を形成しにくいことと、金属ヒドリドによるアルケンの異性化の抑制が難しいことに起因する。

本研究で著者らは、ロジウム触媒と柔軟かつコンパクトなキラル配位子を用いることで、これまで達成されていない四置換アルケンの位置選択的かつ立体選択的ヒドロホウ素化反応を開発に成功した (図1D)[8]。四置換アルケンの官能基化反応としては極めて温和な条件で反応が進行する。

図1. (A) 有機ホウ素化合物を中間体とする不斉合成、(B) 触媒的ヒドロホウ素化、(C) 配向基を利用した不斉ヒドロホウ素化反応、 (D) 著者らの先行研究、(E) 本研究

 

“Rhodium-Catalyzed Highly Enantioselective Hydroboration of Acyclic Tetrasubstituted Alkenes Directed by an Amide” 

Hou-Xiang Lu, Cheng Wang, Tao-Tao Gao, En-Ze Lin, Shou-Lin Lu, Xin Hong, and Bi-Jie Li J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 16194−16202. DOI: 10.1021/jacs.4c04108

論文著者の紹介

研究者 : Bi-Jie Li

研究者の経歴 :

2007                    B.Sc., Peking University, China (Prof. Zhang-Jie Shi)

2012                    Ph.D., Peking University, China (Prof. Zhang-Jie Shi)

2012–2015    Postdoc, University of California-Berkeley, USA (Prof. John F. Hartwig) 

2015–              Associate Professor, Center of Basic Molecular Science (CBMS), Tsinghua University, China.

研究内容： 不斉触媒を用いたアルケンと芳香族化合物の官能基化反応の開発

 

論文の概要

まず、著者らは配位子を検討した(図2A)。L1やL2をはじめとする多くのホスフィン配位子を用いると主にアルケンの水素化体2a’が生成した。それに対し、Josiphos配位子(L3)を用いた際にはヒドロホウ素化が優先し、所望の2aを選択的に与えた。さらに、L3のリン上の置換基を検討した結果、L4を配位子とすることで、高い選択性と収率で2aが得られることがわかった。

次に、基質適用範囲を調査した(図2B)。その結果、N-アルキル、N-アリールアミドを有する種々の四置換アルケンで高いエナンチオ選択性を示した。さらに、アミドの窒素上またはγ位にヘテロアレーン、エステル、不斉中心、ハロゲン、およびアルケンが存在しても選択性や収率に大きく影響しなかった。一方で、アミドのα位とβ位の置換基がメチル基より大きい場合は選択性と収率が大きく低下した。また、本反応はアミドの他、エナミドにも適用可能であった。エナミドを本反応条件に付すとα位にホウ素が付加する。これはアミドを有する四置換アルケンと同様にカルボニルを含む五員環ローダサイクル中間体を経由するためである。

続いて、著者らは本反応のエナンチオ選択性が発現する段階をDFT計算によって推定した。本反応、HBpinとα,β-不飽和アミドの配位子交換 (I)、二価のロジウムに対するHBpinの酸化的付加(II)、アルケンの配位挿入(III)、還元的脱離(IV)を経て進行すると考えられる(図2C)。計算の結果、(Ⅲ)の段階において生じる金属アルケン錯体のうち立体反発の最も小さいlnt-4を経由し、位置選択性が生じる。また、(Ⅳ)の段階では、Bpinと配位子L4間の立体反発と分子内水素結合により遷移状態(TS-1)の立体が一意的に定まることでエナンチオ選択性が発現する。

図2. (A) 配位子の検討、(B) 基質適用範囲、(C) 推定反応機構

 

以上、還元されやすく、異性化も考慮する必要がなく、配向基として働くa,b–不飽和アミドとエナミドに限定されるが、四置換アルケンの位置選択的かつ立体選択的ヒドロホウ素化反応の開発に成功した。今後、より広範な四置換アルケンのヒドロホウ素化反応の開発に期待したい。

参考文献

  1. Männig, D.; Nöth, H. Catalytic Hydroboration with Rhodium Complexes.  Angew,. Chem., Int. Ed. 1985, 24, 878–879. DOI: 10.1002/anie.198508781
  2. Evans, D. A.; Fu, G. C.; Hoveyda, A. H. Rhodium(I)-Catalyzed Hydroboration of Olefins. The Documentation of Regio- and Stereochemical Control in Cyclic and Acyclic Systems.  J. Am. Chem. Soc.1988, 110, 6917–6918. DOI: 10.1021/ja00228a068
  3. Rubina, M.; Rubin, M.; Gevorgyan, V. Catalytic Enantioselective Hydroboration of Cyclopropenes.  J. Am. Chem. Soc.2003, 125, 7198–7199. DOI: 10.1021/ja034210y.
  4. Smith, S. M.; Takacs, J. M. Amide-Directed Catalytic Asymmetric Hydroboration of Trisubstituted Alkenes.  J. Am. Chem. Soc.2010, 132, 1740–1741. DOI: 10.1021/ja908257x
  5. Gao, T.-T.; Zhang, W.-W.; Sun, X.; Lu, H.-X.; Li, B.-J. Stereodivergent Synthesis through Catalytic Asymmetric Reversed Hydroboration.  J. Am. Chem. Soc.2019, 141, 4670–4677. DOI: 10.1021/jacs.8b13520
  6. Bai, X.-Y.; Zhao, W.; Sun, X.; Li, B.-J. Rhodium-Catalyzed Regiodivergent and Enantioselective Hydroboration of Enamides.  J. Am. Chem. Soc.2019, 141, 19870–19878. DOI: 10.1021/jacs.9b10578
  7. Gao, T.-T.; Lu, H.-X.; Gao, P.-C.; Li, B.-J. Enantioselective Synthesis of Tertiary Boronic Esters through Catalytic Asymmetric Reversed Hydroboration.  Chem, Commun.2021, 12, 3776. DOI: 10.1038/s41467-021-24012-z
  8. Geier, S. J.; Vogels, C. M.; Melanson, J. A.; Westcott, S. A. The Transition Metal-Catalysed Hydroboration Reaction.  Chem. Soc. Rev.2022, 51, 8877–8922. DOI: 10.1039/D2CS00344A

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　記事協力：Chem-Station

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