【原】可以从简单分子中短时间内制造有用物质 通过连接碳和金属的新方法实现合成效率的飞跃性提高

可以从简单分子中短时间内制造有用物质 通过连接碳和金属的新方法实现合成效率的飞跃性提高

概要 京都大学研究生院理学研究科依光英树教授、黑木尧同特定副教授、高桥郁也同博士后期课程学生的研究小组开发了使金属与炔烃(1)的三键结合的新方法，成功地简便地制备了难以得到的有用有机金属化合物。 在碳原子和金属原子之间有键的有机金属化合物是制造医药农药和功能性有机材料中极其重要的中间体(2)，在边缘支撑着现代社会。 制备天然不存在的有机金属化合物时，一般采用还原(注入电子)有机卤化物(3)的方法。 但是，存在很多无法用该方法制备的有机金属化合物。 因此，本研究小组通过向碳-碳三键注入电子的独特方法，以容易获得的炔烃为原料一举构建了2个碳-金属键，成功地制备了用传统方法难以制备的双重金属化烯烃(4)。 另外，还明确了这种新型有机金属化合物会发生崭新且有用的化学反应，明确了作为中间体的有用性。 根据本研究成果，可以期待有用物质的合成效率的飞跃性提高，同时也可以期待对可持续的物质生产流程构筑的巨大波及效果。 本成果将于2023年1月3日(星期二) (日本时间)在线刊登在国际学术杂志《NatureSynthesis》上。

1 .背景 在碳原子和金属原子之间有键的有机金属化合物是制造有用有机物质的极其重要的中间体。 有机金属化合物的历史很悠久，法国的格利雅博士于1900年发现了碳和镁之间具有键的“格利雅反应剂(有机镁化合物)”的调制方法，开拓了有机金属化合物的化学，于1912年获得了诺贝尔化学奖(图1上段 ) 。另外，1972年京都大学已故熊田诚博士和玉尾皓平博士发现的、2010年已故根岸英一博士和铃木章博士获得诺贝尔化学奖的交叉耦合反应(5)是使用以格利雅反应剂为首的有机金属化合物，可以自由地制作碳-碳之间的键的极其有用的反应(图1下段)。 有机金属化合物至今仍广泛用于医药农药和有机材料的制造。一般来说，有机金属化合物不是天然存在的，所以为了制备有用的有机金属化合物，化学家开发了各种各样的方法。 但是，这些调制方法大部分都是以碳原子和卤原子之间具有键的有机卤化物为起始原料，用镁金属等将其还原(注入电子)的方法。 但是，有很多无法用这种“以卤素为目标”的方法制备的有机金属化合物。 因此，本研究小组认为，如果能开发出有机金属化合物的新制备方法，就有望扩大可合成的有用物质的种类和大幅度提高合成效率，于是发起了JST-CREST-创新反应“基于向不饱和键注入电子的高度官能团化法的创造”，进行了研究。

图1 :有机金属化合物的历史和重要性(上段:有机金属化合物化学先锋格氏反应剂，下段:使用有机金属化合物自由形成碳-碳键的交叉偶联反应)

2 .研究方法成果 研究小组构想了“以碳-碳三键为标记”的手法，开发了通过在使金属卤化物(6)共存的状态下向三键注入电子，从容易得到的炔烃中制备有机金属化合物的新手法(图2 )。 用共存的金属卤化物迅速捕捉金属钠微粒强力电子注入产生的不稳定活性化学物种(7)并使其稳定化是成功的关键。 使用该方法可以一举构建两根碳-金属键，成功地制备了以卤素为目标的方法无法制备的二镁化烯烃1和二铝化烯烃2。 双重镁化烯烃1可以看作是“双头的格利雅反应剂”。 实际上，通过以这两条碳-镁键为起点的化学反应，很容易合成出了各种各样的烯烃分子群。 明确了1作为制造有机化合物的中间体的有用性(图3上段)。

图2 :现有方法与本次方法的比较(用现有的由有机卤化物的金属化不能制备的、通过从金属钠微粒向炔烃的电子注入和后续的金属化可以实现的双重金属化烯烃制备的新方法)

他们还发现，双铝化烯烃2会引起与上述有机镁化合物完全不同的意想不到的化学反应。 也就是说，发现与羰基化合物(8)的反应不会发生与铝化合物结合的碳，分子内的苯环(9)会发生非芳香族化( 10 ) (图3下段)。 以“龟甲”而闻名的苯环是非常稳定的骨架，但我们发现了它被破坏的崭新反应。 通过计算机模拟分析了这种意想不到的化学反应为什么会发生，表明这是双层铝化烯烃骨架所特有的反应。 此外，还证实了该反应的产物可用于复杂骨架的合成，显示了其作为医药中间体的潜能。

图3 :新型有机金属化合物带来的有用的新物质新反应(上段:利用双镁化烯烃1作为"双头格利雅反应剂"的多彩烯烃分子群的合成，下段:双铝化烯烃2引起的苯环的非芳香族化反应)

3 .波及效果，今后的安排 相邻具有2个碳-金属键的有机金属化合物，虽然是非常有用的中间体，但其制备极其困难。 如果有效利用通过本研究容易制备的双重金属化中间体，可以期待以医药农药和功能性有机材料为首的有用有机物质的合成效率的飞跃性提高和合成工序的大幅缩短。 实际上，显示抗肿瘤活性的分子的简便合成也有了眉目，可以期待对构筑可持续的物质生产流程的巨大波及效果。 另外，以卤素为目标，以三键为目标直接产生有机金属化合物的本方法是颠复常识的。 以电子注入为基础的有机金属化合物新调制法的开发研究拉开帷幕，可以期待更加崭新的有机金属化合物不断被创造出来。

4 .关于研究项目 本研究由JST战略性创造研究推进事业CREST“[创新反应]为了构筑新的生产流程，通过电子和离子等的主动控制创造创新反应技术( JPMJCR19R4 )”、JSPS科学研究费补助金“基础研究A (JP19H00895 )”“特别研究员奖励费( JP20J22814 )”、在旭硝子财团的支持下实施。

<术语解释> (1)炔烃:具有碳-碳三键( C≡C )的有机化合物。 (2)中间体:化工行业中从单纯的起始原料制备复杂高附加值目标物质所经过的物质。 (起始原料→中间体A →中间体B → … →目标物质) (3)有机卤化物:具有碳原子和卤原子(氟原子、氯原子、溴原子、碘原子)键的有机化合物。 (4)烯烃:具有碳-碳双键( C=C )的有机化合物。 具有碳-碳双键的有用有机物质非常多。 (5)交叉偶联反应:使用钯等催化剂，有机金属化合物与有机卤化物反应。 发生碳-金属键和碳-卤素键的重组，生成碳-碳键。 (6)金属卤化物:具有金属原子和卤素原子键的化合物。 (7)活性化学物种:发生化学反应时瞬间产生的高能化合物。 非常不稳定，在化学反应中取出几乎是不可能的。 (8)羰基化合物:具有羰基( C=O )的有机化合物。 与有机金属化合物的金属结合的碳和羰基的碳发生反应，转换成有用的物质。 (9)苯环:由6个碳原子组成，经过特殊稳定化的环状骨架，称为芳香族性。 用在六角形内侧画了3条线的“龟甲”来表示。 ( 10 )非芳香族化:失去基于芳香族性的稳定化。 在能量上不利，一般很难非芳香族化。

<研究者评论> 向炔烃注入电子产生的活性化学物种非常不稳定，很难作为中间体有效利用。 在本研究中，在发生的同时，通过用金属卤化物捕捉这种“烈马”等活性化学物种，成功了。 今后，为了最大限度地发挥本方法中新可制备的有机金属化合物群的合成化学有用性，我们希望开发新反应。 (高桥郁也)

<论文标题和作者> 标题: Synthesis of trans-1,2-dimetalloalkenes through reductive anti-dimagnesiation anddialumination of alkynes 
(炔烃还原的反二镁化和二铝化合成反式1，2 -二甲基化烯烃)作者: Fumiya Takahashi，Takashi Kurogi，Hideki Yorimitsu (高桥郁也，黑木尧，依光英树) 刊登杂志: nature synthesis doi:10.1038/s 44160-022-00189-z (开放存取) 论文URL:https://www./articles/s 44160-022-00189-z <咨询方式> 依光英树 京都大学研究生院理学研究科教授 e-mail:yori [ at ] kuchem.Kyoto-u.AC.jp Twitter:[ at ] yori mitsu _ lab <新闻采访相关咨询方式> 京都大学总务部宣传科国际宣传室 tel:[phone]传真: [phone] e-mail:comms [ at ] mail2.ADM.Kyoto-u.AC.jp 科学和技术振兴机构宣传科 tel:[phone]传真: [phone] E-mail: jstkoho[at]jst.go.jp < JST业务相关咨询方式> 嶋林优子 科技振兴机构战略研究推进部绿色创新组 tel:[phone]传真: [phone] E-mail: crest[at]jst.go.jp