ホウ素化

金属触媒を用いたC-H結合のホウ素化反応

金属触媒を利用したC-H結合のホウ素化反応は、遷移金属が関与する有機化学反応の一つであり、脂肪族や芳香族化合物のC-H結合を活性化させて有機ホウ素化合物へと変換する技術です。これにより、従来のホウ素化よりも経済的で豊富な炭化水素を原料として使用し、有機化合物の機能化を進めることができるため、注目されています。この技術は毒性のある副生成物の生成を抑制しつつ、生理活性を持つ新しい化合物の合成に寄与します。

ホウ素源としてよく用いられるのはボロン酸およびボロン酸エステルで、ボロン酸は3価のホウ素を含む有機化合物であり、主に1つのアルキル置換基と2つのヒドロキシ基を持っています。一方、ボロン酸エステルは1つのアルキル基と2つのエステル基から構成されています。これらの化合物は、結合しているアルキル基の種類によって分類され、特にビス(ピナコラート)ジボロンやビス(カテコラート)ジボロンが一般的な出発物質として用いられます。

ボロン酸やボロン酸エステルのホウ素原子は、空のp軌道を持つsp2混成状態であり、ルイス酸としての特性を示します。C–B結合はC–C結合よりもわずかに長く、結合エネルギーも低いため、反応性の低いC-H結合をC-B結合へと置き換える中間体として機能します。

脂肪族化合物のC-Hホウ素化

この分野で特に注目されるのは、ハートウィッグが報告した脂肪族C-Hホウ素化反応です。この反応では、アルカンに対してCp*Rh(η4-C6Me6)を触媒として用いることで、1級C-H結合を高い選択性でホウ素化します。このプロセスは、基質にヘテロ原子が存在しても、選択的にホウ素化が実現するため、非常に有用です。また、C-H結合の選択的なホウ素化は、立体的な要因や電子密度にあまり影響されず、多様な化合物に適用できることが特徴です。

芳香族化合物のC-Hホウ素化

芳香族化合物のC-Hホウ素化についても、多くの研究が行われており、特に不活性なC-H結合の触媒的ホウ素化の初めての例は、スミスとイバーソンによって報告されました。彼らの研究を基にしたハートウィッグのアプローチにより、効率的に芳香族化合物のホウ素化が実現しました。具体的には、4,4'-ジ-tert-ブチルジピリジンと[Ir(COD)(OMe)]2を用いた触媒系が開発され、芳香族C–H結合の位置選択性が向上しています。

複素芳香族化合物のC-Hホウ素化

複素環芳香族化合物に関しても、イリジウム触媒下でホウ素化が成功していますが、その際に電子効果が位置選択性に影響を及ぼすことが明らかとなっています。フランやピロール、チオフェンといった複素環化合物で、特にヘテロのα位にあるC-H結合が反応する傾向があります。

ホウ素化の応用

ホウ素化反応は、有機合成において非常に重要な役割を担っており、例えばコンプラナジンAの全合成に利用された事例があります。コンプラナジンAは、神経成長因子の合成に寄与し、アルツハイマー病の治療に向けた研究が進められています。このようにホウ素化は、医薬品の合成過程においても活用されています。

まとめ

金属触媒を用いたC-Hホウ素化反応は、対象とする化合物の構造に応じて多様な触媒が開発され、選択的な反応が可能です。この技術のおかげで、有機ホウ素化合物を介した新しい反応の開発や、既存の合成法の改良が進められています。今後もこの分野の研究が進むことで、より効率的な合成法の確立が期待されます。

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