Ligand-Assisted Rate Acceleration in Lanthanum(III) Isopropoxide Catalyzed Transesterification of Carboxylic Esters

Manabu Hatano, Yoshiro Furuya, Takumi Shimmura, Katsuhiko Moriyama, Sho Kamiya, Toshikatsu Maki, and Kazuaki Ishihara*
Org. Lett., DOI: 10.1021/ol102753n

エステルの合成法としては対応するカルボン酸とアルコールの縮合、およびメチルエステルやエチルエステルなど既存エステルとアルコールを用いたトランスエステル化があげられる。前者では縮合剤由来の廃棄物やカルボン酸の溶解性が問題となることが多々ある。後者では溶解性の問題は解決されることが多いものの、立体的に込み入った2級や3級アルコールに対しても適応可能な方法論が少なく、さらに触媒量の促進剤で反応が進行する例はきわめて少ない。本報告では触媒量のランタンと適切な配位子を組み合わせることにより、3級アルコールを含む様々なアルコールに適応可能なトランスエステル化反応を発表している。

ルイス酸を促進剤としたトランスエステル化は例えば古くはSeebachらによるTiを用いた例など4族金属の利用例が多い。一方で基質一般性はあまり高いとは言えないものの、触媒量のLa(OiPr)3やLa(OMe)(OTf)2を用いた例も報告されていることから、著者らはルイス酸性と金属アルコキシドの求核性を適切な配位子によって調節することで、さらなる反応性の増大が期待できると考えた。安息香酸メチルと5-ノナノールを用いてジグリムなどの多配位型の配位子を中心に検討をおこなったところ、ジエチレングリゴールモノメチルエーテルが最適だった。さらにランタン源として用いたLa(OiPr)3の安定性の問題からか、錯体形成時間を経ることなく基質を加えた方が収率がよいことも明らかとなった。


そこで当量のエステルとアルコールを用いて基質一般性の検討をおこなった。1級、2級アルコールだけでなく、アダマンタノールのような嵩高い3級アルコールや、ステロイド骨格を有するアルコールにも適応可能であるが、フェノール誘導体には適応できない。またエステル側がα,β-不飽和型であっても望みの生成物が得られている他、α位に不斉点を有するエステルも不斉収率を損なうことなく反応が進行する。用いるエステルはピバロイル基のように嵩高いものでも問題ないようだ。さらに本手法は1級アミンや2級アミン共存下でもアルコールのみを選択的に活性化することで、アミドではなくエステルが優先的に得られる。

論文中では他の著者らによるランタンを用いた反応の想定遷移状態やESI-MSによるピークから、基質双方を活性化するランタン-ランタンの2核錯体型の遷移状態を想定している。この遷移状態ではランタンに対して配位子が2倍量必要ない気もするが、反応前に速やかに錯体を形成することでランタンの安定化に寄与しているのかもしれない。

本反応は基質はどちらも1当量のみでよく、短時間に反応が完結することから魅力的な反応である。使用しているLa(OiPr)3の安定性に不安があるものの、合成戦略上メチルエステルをベンジルエステルに変換する、塩基に非常に弱いアルコールに酢酸エチルを用いてアセチル基を導入する、ラセミ基質のジアステレオマーによる分割を行うなど、カルボン酸側、アルコール側どちらからも用途が考えられる。また著者らは引き続いて同様のコンセプトによる炭酸ジメチルやメチルカーバメートを用いたカーボネート、およびカーバメート合成についても報告している。

Regioselectivity-Switchable Hydroarylation of Styrenes

Ke Gao and Naohiko Yoshikai*
J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/ja108809u

C-H活性化によるアリール基のスチレンへの付加では、ルイス酸存在化によるFriedel-Crafts型のベンジル位への付加と、Heck型の末端への付加がある。前者では電子豊富な基質が通常用いられ、後者ではピリジル基やアミド基などの配向基を利用したものや多置換フルオロベンゼンなどの電子不足型の基質が用いられる。従って、形式的には２つの反応形式が存在するものの、同一の基質から二つの生成物を作り分ける例は少ないのが実状となっている。本報告ではピリジンを配向基とした基質を用いて、触媒を変えることにより二つの生成物を作り分けるという報告だ。

著者らは既にコバルト触媒を用いた内部アルキンに対するアリール基の付加反応を報告しており、本研究はその発展として開始された。実際に以前の系と類似の反応条件で反応を行った所、分岐型の生成物を高い選択性で得た。検討の途中、配位子をホスフィン型からNHC型へと変更した所、直鎖型の生成物選択的に得られることを見出した。


さまざまな基質へと反応を展開した所、電子供与基を有する基質では位置選択性は高いものの、電子供与基を有する基質では選択性の低下が見られ、トリフルオロメチル基を有する基質ではNHC配位子を用いた場合にも分岐型の生成物が主に得られた。一方でスチレン側の一般性検討では触媒による位置選択性の制御がおおむね良好だ。スチレンではなくtert-ブチル基置換のオレフィンではどちらの条件でも直鎖型の生成物が低収率で得られている。またピリジル基以外の配向基として、イミンを用いた例も検討しており、収率は低下するものの同様の条件で位置選択性を制御できることを示している。

重水素化されたピリジルベンゼンを用いた結果により、いずれの条件においてもコバルトのC-H挿入と二重結合への付加は可逆的であることが示された。従って還元的脱離が反応の律速段階であり、配位子による位置制御はこの段階で効いていることが示唆されている。またグリニャール試薬が必要なことからCo(0)が活性種であるとしている。

このような同一の基質からはじまる複数の反応経路を、反応条件を変えることにより制御するのは反応開発の一つの華である。本報告でも配位子の変更により位置選択性が劇的に変わっている点がおもしろい。グリニャール試薬が触媒に対して過剰量必要な点、基質により用いるグリニャール試薬を変える必要がある点などから、反応機構にもう少し絡んでいるような気もするので、さらなる反応機構解析が望まれる。

Copper-Catalyzed Direct Sulfoximination of Azoles and Polyfluoroarenes under Ambient Conditions

Mitsuru Miyasaka, Koji Hirano, Tetsuya Satoh, Rafal Kowalczyk, Carsten Bolm*, and Masahiro Miura*
Org. Lett., DOI: 10.1021/ol102844q

スルホキシイミンは配位子としてだけでなく、医薬品・農薬への導入も興味を持たれている部分構造である。本報告では、スルホキシイミンと、酸性度の比較的高いヘテロアリールおよびフルオロベンゼンを用いたダイレクトアリーレーションにより炭素-窒素結合を形成している。

2-フェニル-1,3,4-オキサジアゾールを用いて条件検討を行ったところ、酢酸銅(II)を触媒、K3PO4を塩基とし、空気雰囲気下、DMF中、室温にて良好な収率でカップリング体が得られることを見いだした。この種の反応は高温を必要とすることが多いことから、室温で進行する点は本方法論の特長のひとつといえる。また窒素雰囲気下では酢酸銅(II)を量論量用いた場合でもほとんど反応が進行しないことから、空気中の酸素が何らかの作用により反応を加速していることが示唆されている。


最適条件下、各種基質において反応を試みたところ、フェニル基の置換基は電子吸引基、電子供与基いずれの場合も良好な収率で目的物を与えた。また置換機としてアルキル基も許容されている。さらにスルホキシイミン側の一般性としては数は少ないもののジアリール、ジアルキル、アリールアルキルと一通りの置換パターンは示されている。他のヘテロアリール型の基質としてはベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾールが示されている他、ペンタフルオロベンゼンやテトラフルオロピリジンなど電子密度を下げた基質では反応が進行する。
スルホキシイミンは硫黄原子に不斉点を導入可能な点が魅力の一つであるが、室温条件で温和に進行する本方法論では不斉収率を損なうことなく、キラルスルホキシイミンを得ている。