ホウ素の構造

Nature Communications volume 13、記事番号: 2624 (2022) この記事を引用

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十分に発達した炭素立体形成化学と比較して、ホウ素立体形成化合物の構築は未開発であり、依然として困難である。 ここでは、これまではとらえどころのなかったホウ素立体化合物の触媒的エナンチオ選択的構築が、エナンチオ選択的非対称 B-H 結合挿入反応によって達成されました。 キラル銅触媒下での 2-アリールピリジン-ボランと多用途ジアゾ化合物との B-H 結合挿入反応により、優れたエナンチオ選択性を備えたホウ素立体化合物が得られます。 さらに、この反応の合成の有用性は、スケーラビリティと下流の変換によって実証されています。 DFT 計算により、反応機構と立体選択性の起源についての洞察が得られます。

ホウ素は、有機化学における重要な半金属元素です。 ホウ素は通常、炭素立体中心を持つ三配位キラル有機ホウ素化合物を形成し、これは光学活性分子にアクセスするための重要な合成試薬として機能します1、2、3、4、5。 さらに、三配位有機ホウ素化合物は軸性キラル骨格として設計することもでき、CB 結合軸を持つキラル有機ホウ素化合物を不斉触媒的に調製する取り組みは、それぞれ私たちのグループ 6 と Tan & Zhang のグループ 7 によって達成されました (図 1A)。 三配位有機ホウ素化合物は、ルイス塩基または求核試薬から電子を受け取り、四面体幾何学を有する四配位有機ホウ素化合物を形成できる空の p 軌道を持っています8、9、10、11、12、13、14、15。 四配位有機ホウ素化合物の 4 つの置換基がすべて異なる場合、ホウ素原子は炭素、ホスフィン 16、17、18、19、硫黄 20、21、22、またはケイ素 23、24 中心と同様の立体中心でもあります。 実際、ホウ素立体形成化合物は天然物 25 や材料 26,27 にも見られます (図 1B)。 ホウ素立体形成化合物の重要性にもかかわらず、そのようなキラル化合物を構築するためのエナンチオ選択的触媒法はとらえどころがなく、これまでのところ、He et al.によって報告されたエナンチオ豊富なプロトコールは1つだけです。 CuAAC クリックケミストリーによるジアセチル化四配位ホウ素種の非対称化によって達成されるこのようなホウ素立体化合物を入手するための方法 (図 1C)28、それらに対する他の既知のアプローチはキラル分割またはキラル基質誘導プロセスに限定されています 29,30 、31、32、33、34、35、36、37、38。 注目すべき点は、ホウ素原子のサイズが小さいため（炭素、窒素、硫黄、リンなどの立体中心を明らかにする可能性がある非常に知られている原子と比較して）、エナンチオ選択的反応部位が直接存在する場合は困難になるでしょう。ボロンそのもの。 したがって、それは大きな余地を残し、多様な構造を有するホウ素不斉化合物の触媒的エナンチオ選択的合成の開発を非常に魅力的であると同時に困難なものにする。

A キラル有機ホウ素化学の現状。 B 天然生成物および材料中のホウ素不規則化合物。 C ホウ素立体形成化合物の合成のための非対称 CuAAC (He et al.)。 D ホウ素立体形成化合物に対する触媒的非対称 BH 挿入 (この研究)。

エナンチオ選択的非対称化は、キラル分子にアクセスするための最も頻繁に研究される戦略の 1 つとして浮上しています 39,40,41,42,43,44。 既知の戦略とは異なり、ホウ素原子上に直接ホウ素立体中心を構築するには、2 つの同一の反応部位を持つ適切で安定した四配位有機ホウ素基板がこの目標の成功の鍵となります。 一方、カルベンによる B-H 結合挿入反応は、新しい CB 結合を構築するための効率的なアプローチになります 45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57 。 この触媒プロセスは Curran48 と Zhou & Zhu49 によって開拓され、後者 2 人はホスフィン - ボラン付加物 (M2HP・BH3) の B - H 結合へのカルベンの不斉挿入を初めて達成しました。 最も注目すべきことは、標的生成物は 2 つの同じ BH 結合を持つ安定な 4 配位有機ボランであり、我々の要件を完全に満たしており、我々の目的にとって理想的な出発材料として機能する可能性があります。 この知識に基づいて、我々は、金属触媒によるエナンチオ選択的非対称BH結合挿入により、このような四配位ボラン(L・BH2R)とジアゾ化合物を挿入すると、所望のエナンチオ富化ホウ素立体化合物(L・B*HRR')をホウ素原子上に直接与えることができると想像している。 。 しかし、この化学はいくつかの大きな課題に直面するでしょう: (1) 現在の BH 結合挿入反応は主に四配位ボランの最初の BH 結合 (L・BH3) で起こり、四配位ボランの 2 番目の BH 結合 (L・BH2R) は相対的に起こります。不活発でほとんど調査されない48。 (2) 既知の四配位有機ブラン (L・BH2R) は直鎖状であり、不安定な性質を持っているため、仮説の成功には四配位ボラン基質に適した骨格の選択が不可欠と考えられます。 (3) 我々の知る限り、BX (X = C、H、O、N、P) 結合がホウ素立体形成化合物の構築に直接関与しているという前例の報告はありません。 我々の以前の報告に触発されて、N含有配位子を有する環状四配位ホウ素は堅固な足場を提供し、これによりエナンチオ富化ホウ素立体形成化合物の構築の実現可能性が高まるであろう58。