David W. C. MacMillan, 第六回：2015～2017 より深い協働触媒系から応用へ

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可視光レドックス触媒を用いた多触媒系の発展

第五回では可視光レドックス触媒とほかの触媒の協働反応の開発が始まる様子を追いかけた。
水素移動触媒や金属触媒で基質の拡張が行えることを示した。

2015年から2017年にかけても研究の中心は可視光レドックス触媒であるが、より複雑な反応系が探索されている。
また反応開発のみならず応用を志向した研究も展開されてきている。

三触媒協働反応

水素移動触媒がラジカル源を拡張でき、金属触媒はカップリングパートナーを拡張することができることを前回紹介した。
ならば可視光レドックス触媒・水素移動触媒・金属触媒の三触媒協働反応の開発を目指すの自然なことだ。

MacMillan groupから初めての三触媒協働反応は2016年の保護アミンのαアリール化(参考文献1)
水素移動触媒としてキヌクリジン、金属触媒としてニッケル触媒を協働させている。

図1. 三触媒協働反応：保護アミンのαアリール化 (参考文献1より引用)

アイデアはシンプルで、水素移動触媒の水素引き抜きで発生したラジカル種を有機金属種でトラップするというもの。その駆動力として可視光レドックス触媒を用いると・・・言うのは簡単ですが実際こんなきれいに回るとは・・・

なかなか信じがたいほど美しい反応ですね(^Ｏ^)/
アリール化の次にアルキル化が報告されている(参考文献2)がそれぞれScienceとNature。
んーさすがにやりすぎちゃう！？？(^_^;)
もちろん卓越した成果ですが。

当然のように三触媒系を種々の反応へ展開。
2017年にアルデヒドのC-Hアリール化を報告(参考文献3)

図2. アルデヒドとブロマイドのカップリング (参考文献3より引用)

なかなかほかの手法では難しい、ケトン合成のエレガントな解答だろう。(このような分子変換は溝呂木・ヘックではできないと書こうとしたらできた：関連記事)

他の三触媒も報告されていてる。
なんと有機触媒の復活。たまにでてくるのね、久しぶり！(^O^)
可視光レドックス触媒・有機触媒・水素移動触媒の協働反応でアルデヒドのα位にオレフィンを挿入する反応。(参考文献4)

図3. 光・有機・水素移動触媒協働反応 (参考文献4より引用)

非常に複雑な反応機構であるが反応はシンプル、原子効率100%。
当然不斉はばっちりかかる。

なんやこれ・・・芸術やろ(^Ｏ^;)

還元的脱離促進

ニッケル触媒によるC-O結合形成反応は一般的に難易度が高い。
というのもニッケル(II)アルコキサイド錯体が還元的脱離するのは吸熱的でエネルギー的に不利な反応だからである。
ここでニッケル(II)を酸化してニッケル(III)にするとすみやかな還元的脱離が起きることが知られている。(参考文献5)

MacMillan先生は2015年にこの酸化の駆動力に可視光レドックス触媒を適用。(参考文献6a)
温和な条件でアルコールとアリールハライドのカップリングを実現した。

図4.可視光レドックス触媒アシストによるニッケル触媒のC-O結合形成