Development of Functionalization Reactions of p-Benzyne toward Application in Organic Synthesis

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K14617
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 中塚 宗一郎 京都大学, 理学研究科, 特定研究員 (20845383)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ベンザイン / ホウ素化反応 / エンジイン / 正宗・バーグマン環化 / 計算化学 / 有機ホウ素化合物

Outline of Annual Research Achievements

o-ベンザインは，芳香環を迅速に官能基化できる合成戦略上の利点から，複雑な天然物の多段階合成における中間体として，あるいはアセン類や高歪分子の合成手法として確立されている。一方，o-ベンザインの異性体であるp-ベンザインは，理論と実験の両面から盛んに研究されてきたが，p-ベンザインを捕捉する研究は1,4-シクロヘキサジエンからの脱水素や四塩化炭素からの脱塩素による官能基化に限定されている。
2022年度は，2021年度に合成したp-ベンザインの4重ホウ素化体の誘導体化検討を進めるべく、グラムスケールでの大量合成を行い、誘導体化検討を進めた。その結果、酸性、塩基性条件下のいずれにおいても、徐々に脱ホウ素化が進行することが明らかとなった。一方、本反応について量子化学計算を利用した反応メカニズムの解明を行った。その結果、2重ホウ素化と4重ホウ素化の選択性が基質の構造によって逆転することを見出した。また、その過程で4重ホウ素化体が立体障害により不安定化していることが示唆されたため、より立体障害の少ない基質を用いた4重ホウ素化を試みた。
本研究では、p-ベンザインの4重ホウ素化反応を開発した。一挙に4つの炭素―ホウ素結合を形成する本反応の反応機構について、理論と実験の両面からアプローチすることで遷移状態の構造とその活性化障壁を解明した。一方で、4重ホウ素化生成物の単結晶X線結晶構造解析による同定にも成功した。