シャープレス酸化

シャープレス酸化と香月・シャープレス不斉エポキシ化

シャープレス酸化（英: Sharpless oxidation）は1973年にバリー・シャープレスによって提唱された化学反応であり、遷移金属触媒を介してヒドロペルオキシドを用いてアリルアルコール誘導体の二重結合をエポキシ化するものである。この反応では、主にバナジウムやモリブデンのアセチルアセトナート錯体が触媒として利用され、特にtert-ブチルヒドロペルオキシド（TBHP）が活性剤として広く用いられている。

このプロセスはアリルアルコール、ホモアリルアルコール、ビスホモアリルアルコールを反応物とするが、特に2級アリルアルコールに対する立体選択性は注目に値する。具体的には、ヒドロキシル基を含む置換基が近くに無い場合、エポキシ化生成物は通常エリトロ型として得られるが、置換基が存在する場合にはトレオ型が優先される。ただし、この選択には用いる触媒によって変化する可能性がある。

香月・シャープレス不斉エポキシ化

1980年に香月勗とバリー・シャープレスは、アリルアルコールの不斉エポキシ化法を開発した。この反応は香月・シャープレス不斉エポキシ化（Katsuki-Sharpless asymmetric epoxidation）と呼ばれ、後に2001年にはシャープレスがこの技術によりノーベル化学賞を受賞した。反応に使用される触媒はチタンテトラアルコキシドと酒石酸ジアルキルから作られる錯体であり、当初は必要量が多かったが、モレキュラーシーブスを併用することで触媒の量を減らすことが可能となり、実用性が向上した。

香月・シャープレスエポキシ化の成功にはいくつかの要因がある。まず、エポキシドはジオールやアミノアルコール、エーテルに容易に変化するため、キラルなエポキシドの形成は天然物合成において重要なステップである。また、多くの1級および2級アリルアルコールと反応し、高いエナンチオマー過剰率が得られる点も見逃せない。さらに、反応生成物は予測可能であり、反応物が市販されていて比較的安価で入手可能であることも大きな利点である。

触媒構造と選択性

香月・シャープレスエポキシ化における触媒の構造はまだ不明な点が多いが、Ti(tartrate)(OR)2の二量体であると考えられている。触媒の精密な構造はモデル錯体のX線構造解析により明らかにされている。どのようなアリルアルコールの配置が反応に影響を与えるかは、基質の二重結合の配置や置換基の位置によって異なることが研究により示されており、これが選択性に直接関与している。

特に、基質のアリルアルコールの配置が南北方向で、ヒドロキシル基を含む置換基が南東側に位置すると仮定した場合、D体（−体）を用いると、二重結合の手前からエポキシ化反応が進行する。このため、適切な基質の選択が反応の成否に影響を与える可能性が高い。

合成の多様性

香月・シャープレスエポキシ化は幅広いオレフィン的アルコールの合成に実践され、様々な天然物合成の中間体が生成されてきた。たとえば、メチマイシンやエリスロマイシンなどの天然物の合成が行われており、この技法により特定のジアルキル酒石酸エステルがオレフィンに付加することができる。これにより、一般的な反応物の合成の制約から解放され、より多様な化合物の合成が可能となる。

ただし、この反応の大きな欠点はアリルアルコールの存在が必須であることだ。これを克服するために、ジェイコブセン・香月エポキシ化などの新しいアプローチが提案され、生体分子の合成や薬剤の開発に寄与している。対照的に、シャープレス酸化や香月・シャープレスエポキシ化は、化学合成のキャンペーンでの強力な振る舞いを見せており、今後もさらなる研究と応用が期待される。

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