5. Wang, G.-W.; Komatsu, K.; Murata, Y.; Shiro, M., Nature 1997, 387, 583.
Tan, D.; Garcia, F., Chem. Soc. Rev. 2019, 48, 2274-2292; Robertson, J. C.; Coote, M. L.; Bissember, A. C., Nature Reviews Chem.
2019, 3, 290-304; Bolm, C.; Hernandez, J. G., Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 3285-3299.; Tan, D.; Friščić, T., Eur. J. of Org. Chem. 2018, 2018, 18-33;
Howard, J. L.; Cao, Q.; Browne, D. L., Chem. Sci. 2018, 9, 3080-3094.; Andersen, J.; Mack, J., Green Chem. 2018, 20, 1435-1443.; Hernandez, J. G.;
Bolm, C., J. Org. Chem. 2017, 82, 4007-4019.; Zhu, S. E.; Li, F.; Wang, G. W., Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 7535-70.; Wang, G. W., Chem. Soc. Rev. 2013,
42, 7668-700.; James, S. L.; Adams, C. J.; Bolm, C.; Braga, D.; Collier, P.; Friscic, T.; Grepioni, F.; Harris, K. D.; Hyett, G.; Jones, W.; Krebs,
A.; Mack, J.; Maini, L.; Orpen, A. G.; Parkin, I. P.; Shearouse, W. C.; Steed, J. W.; Waddell, D. C., Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 413-47.;.Friščić, T., J.
Mat. Chem. 2010, 20.;.Kaupp, G., CrystEngComm 2009, 11, 388-403.
Reviews
ボールミルを用いた反応
C60の二量化(小松・Wang)
SUS304 による還元(左治木)
5
Sawama, Y.; Sajiki, H. et al, ChemSusChem 2015, 8, 3773.
Sawama, Y.; Yasukawa, N.; Ban, K.; Goto, R.; Niikawa, M.; Monguchi, Y.; Itoh, M.; Sajiki, H., Org Lett 2018, 20, 2892.
KCN
(20 equiv)
ball-milling,
30 min
under N2
C60
18 %
▶ 有機合成への本格的な応用は未知数
PhPh
Ph Ph
O
Ph
Ph
HH
H H
Ph Ph
OHHplanetary ball mill
SUS 304 ball, H2O
6. ボールミルのセットアップ
6. Grinding started. 5. The jar was placed
in Retch MM 400.
4. The jar was
closed.
3. Olefin was added
via syringe.
2. Chemicals were
added.
1. Ball was added
in the milling jar.
6
8. Cl + H2N
Na(O-t-Bu) (2.0 equiv)
milling (30 Hz), Na2SO4
in air, 3 hLiquid
(1.2 equiv)
NH
54%
Pd(OAc)2
(2 mol%)
XPhos (4 mol%)
Me
Me iPr
iPrCy2P
iPr
XPhos
Liquid
C–N クロスカップリング反応
ボールミルを用いたクロスカップリング反応は報告があった。
8
Shao, Q.-L.; Jiang, Z.-J.; Su, W.-K. Tetrahedron Lett. 2018, 59, 2277.
Br + OHN
N N
R R
R R
Pd
N
Cl Cl
K(O-t-Bu) (2.0 equiv)
milling (30 Hz), sand
in air, 3 h
Liquid
(1.2 equiv)
91%
(1 mol%)Cl
Liquid R = i-pent
ON
Cao, Q.; Nicholson, W. I.; Jones, A. C.; Browne, D. Org. Biomol. Chem. 2019, 17, 1722.
O2N Br + (HO)2B
10%, Pd/C (1.5 mol%)
Cs2CO3
(1.5 equiv)
neat, 100 °C, 24 h
92 %
O2N
solid solid
Y.Monguchi, Y. Fujita, S. Hashimoto, M. Ina, T. Takahashi, R. Ito, K. Nozaki, T. Maegawa, H. Sajiki
Tetrahedron, 2011, 67, 8628.
▶ 加熱が必要
9. ボールミル・固体と液体の反応性の違い
液体と固体の基質の反応
9
H
N+
5 mol % Pd(OAc)2
5 mol % t-Bu3P
Na(O-t-Bu) (1.5 equiv)
1.5 mL jar, 3 mm ball
milling (30 Hz)
99 min
Br
1.0 equiv
N
Liquid 95%
+
5 mol % Pd(OAc)2
5 mol % t-Bu3P
Na(O-t-Bu) (1.5 equiv)
1.5 mL jar, 3 mm ball
milling (30 Hz)
99 min
Br
Solid
H
N
1.0 equiv
N
28%
Pd(OAc)2/t-Bu3P catalytic system for the C-N cross-coupling reaction in solution:
Hartwig, J. F.; Kawatsura, M.; Hauck, S. I.; Shaughnessy, K. H.; Alcazar-Roman, L. M. J. Org. Chem. 1999, 64, 5575.
▶ 固体同士ではうまく反応しない
固体と固体の基質同士の反応
瀬尾 珠恵さん
(D1)
11. 固体同士のC–N クロスカップリングに成功
+
5 mol % Pd(OAc)2
5 mol % t-Bu3P
Na(O-t-Bu) (1.5 equiv)
1.5 mL jar, 3 mm ball
additive (0.20 µL/mg)
milling (30 Hz)
99 min
Br
H
N
1.0 equiv
N
NMR yield (%)
11
46% 96% 99% 54%
16%
Me
Me
▶ オレフィンの添加により収率が劇的に向上した!
89%
Me
Me
98%
Me
92%no
additive
28%
*Liquid-assisted-grinding (LAG) additive 62 μL = 0.20 μL/mg x 308.4 mg (weight of solid reactants)
Kubota, K.; Seo, T.; Koide, K.; Hasegawa, Y.; Ito, H. Nature Commun. 2019, 10, 111.
瀬尾 珠恵さん
(D1)
12. 固体同士のC–N クロスカップリングの一般性 12
+
5 mol% Pd(OAc)2
5 mol% t-Bu3P
Na(O-t-Bu) (1.5 equiv)
1,5-cod (0.20 µL mg
−
1
)
in air (closed)
ball mill (30 Hz), 99 min
Ar2
Ar3
Ar1
Br
N
H Ar1
Ar2
Ar3
N
71% 80%
N N
99%
N
55% 96% 90%
N N N
Kubota, K.; Seo, T.; Koide, K.; Hasegawa, Y.; Ito, H. Nature Commun. 2019, 10, 111.
N
OMe
OMe
75%
瀬尾 珠恵さん
(D1)
13. 固体同士のC–N クロスカップリング:一般性 13
Kubota, K.; Seo, T.; Koide, K.; Hasegawa, Y.; Ito, H. Nature Commun. 2019, 10, 111.
N
NH
N
HN
N
N
Me Me
Me
Me
55%
OMe
MeO
OMe
MeO
B
62%
N
N
82%
N
S
55%
N
O
O
57%
N
瀬尾 珠恵さん
(D1)
14. スケールアップも容易 14
Kubota, K.; Seo, T.; Koide, K.; Hasegawa, Y.; Ito, H. Nature Commun. 2019, 10, 111.
+
2 mol % Pd(OAc)2
2 mol % t-Bu3P
Na(O-t-Bu) (1.5 equiv)
25 mL jar, 10 mm ball x 2
1.5-cod (0.20 µL/mg)
milling (30 Hz)
99 min
Br
H
N
1.0 equiv
N
Me
Me
92%
2.567 g
7 mmol
1.970 g
Me
Me
瀬尾 珠恵さん
(D1)
15. 溶けにくい基質で反応速度が下がらない 15
Kubota, K.; Seo, T.; Koide, K.; Hasegawa, Y.; Ito, H. Nature Commun. 2019, 10, 111.
N
N
N
N
OMe
OMe
OMe
OMeMeO
MeO
MeO
MeO
Br
Br
Br
Br
+
N
MeO
OMeH
5.0 equiv
15 mol % Pd(OAc)2
15 mol % t-Bu3P
Na(O-t-Bu) (5.0 equiv)
1,5-cod (0.2 mL/mg)
under air (closed)
ball mill (30 Hz), 99 min
89%
15 mol % Pd(OAc)2
45 mol % t-Bu3P
Na(O-t-Bu) (5.2 equiv)
toluene, under N2
110 °C, 2 days
60%
Hole-transporting material for
perovskite solar cells
ボールミル:短時間・室温
旧来の溶液系:長時間・高温
瀬尾 珠恵さん
(D1)
16. 鈴木カップリングでもオレフィンの添加が有効 16
+
3 mol % Pd(OAc)2
4.5 mol % DavePhos
CsF (3.0 equiv)
additive (0.12 µL/mg)
H2O (3.7 equiv)
milling (25 Hz), 99 min
Br
(HO)2B
NMe2
NMe2
NMR yield (%)0.3 mmol 1.2 equiv
no
additive
26%
22% 88% 97% 33%
76%
Me
Me
20%
Me
87% 87%
90%
90%
*Liquid-assisted-grinding (LAG) additive 33 μL = 0.12 μL/mg x 273.4 mg (weight of solid reactants)
Seo, T.; Ishiyama, T.; Kubota, K.; Ito, H. Chem. Sci. 2019, 10, 8202.
▶ オレフィンの添加により収率が劇的に向上した
瀬尾 珠恵さん
(D1)
P
Me2N
Cy
Cy
DavePhos
17. 鈴木カップリングでもオレフィンの添加が有効 17
Seo, T.; Ishiyama, T.; Kubota, K.; Ito, H. Chem. Sci. 2019, 10, 8202.
59%
81%
84%
N
N
NS
N
60%
67%
92%
▶ 完全にオープンの条件で仕込むことができる
▶ 現在 100グラムスケール・<1 mol% 触媒でも反応がうまくいくことを確認
18. 1,5-cod の効果:パラジウム錯体の安定化 18
Seo, T.; Ishiyama, T.; Kubota, K.; Ito, H. Chem. Sci. 2019, 10, 8202.
without 1,5-cod
TEM image
SS 31PNMR
with 1,5-cod
TEM image
SS 31PNMR
Monomeric
intermediate
Pd NP 生成抑制
Free DavePhos
Pd NP の形成
▶ 「高濃度」条件下で起こりやすいPd(0)の凝集による不活性化を防いでいる。
23. モノ選択的クロスカップリング 23
Seo, T.; Kubota, K.; Ito, H. J. Am. Chem. Soc. 2020, Just Accepted.
▶ 溶液系では7割程度、不必要なジカップリング体が生成する
▶ ボールミル反応では、90:10 の選択性、収率も高い
Br
Br
(HO)2B
NMe2
2b
1.2 equiv
1d
liquid
Pd(OAc)2
(3 mol %)
tBuXPhos (4.5 mol %)
CsF (3.0 equiv)
H2O (3.7 equiv)
Br
3d 4d
+
NMe2
NMe2
NMe2
in ball mill: 78%, 3d/4d = 90:10
in toluene: 43%, 3d/4d
= 30:70
Br
3d 4d
+
NMe2
NMe2
NMe2
24. 適用範囲の確認:o-, m-, p-, hetero 24
Seo, T.; Kubota, K.; Ito, H. J. Am. Chem. Soc. 2020, Just Accepted.
25. モノ選択的クロスカップリング 25
Seo, T.; Kubota, K.; Ito, H. J. Am. Chem. Soc. 2020, Just Accepted.
Ar2
-B(OH)2
1,5-cod
ball milling
99 min
cat. Pd(OAc)2
cat. ligand
CsF, H2O
one-pot procedure
w/o work up
Ar3
-B(OH)2
ball milling
99 min
cat. Pd(OAc)2
cat. DavePhos
CsF, H2O
S
Me
O
F
F
OMe
S
Br
Ar1
Br
Ar2
Ar1
Ar3
91
first arylation
with tBuXPhos
second arylation
with DavePhos
first arylation with
tBuBrettPhos
second arylation
with DavePhos
9a
67% yield
(2 steps)
9b
61% yield
(2 steps)
PCy2
Me2N
DavePhos
S
OMe
OMe
OMe
OMe
10
54% yield
(2 steps)
anti-tumor-active
Combretastatin
A-4 analogue
second arylation
with DavePhos
first arylation
with tBuBrettPhos
瀬尾 珠恵さん
(D1)
32. B O
O
BF3F
+
V
BF4
B(pin)
R
5
(pin)B B(pin)
4
BF3B F
O
O
IV
−
N2
, −
BF4
N2BF4
R
I
1
R
メカノレドックス反応のアイデア 32
圧電材料
(チタン酸バリウム粒子)
有機化合物
機械的な力
電子の
やり取り
圧電材料が機械的な力によ
り歪み、ピエゾ電気を発生
ピエゾ電気が有機化合物に
移動し、反応を促進する。
−
N2
, −
BF4
N2BF4
R
I
1
X
−
HBF4
X
BF4
2
III
II
R R
X
R
H
3
X
R
SET from
BaTiO3
SET to
BaTiO3
SET from
BaTiO3
SET to
BaTiO3
33. モノ選択的クロスカップリング 33
O
N2BF4
ball milling
1a, diazonium salt
Cl O
2a, 15 equiv
BaTiO3
(5 equiv), 1 h
Cl
3a, NMR yield
1.5 mL jar, 5 mm ball
ball milling (20 Hz)
in air, 1 h
40%
反応後の様子
Pang Yadong
博士
BaTiO3無しでボールミル
▶ 反応しない
圧電性の無いセラミック(Al2O3, TiO2)
とボールミル
▶ 反応しない
BaTiO3と溶媒中で撹拌
▶ 反応しない
振動数を上げる(30Hz)
▶ 収率があがる(73%)
34. アリール化とボリル化、様々な基質に適用 34
3j
53% yield
3f
62% yield
3a
73% yield
3b
61% yield
3e
50% yield
3k
62% yield
3c
74% yield
3d
72% yield
3l
35% yield
3i
61% yield
3g
41% yield
3h
64% yield
47% yield
3ma/3mb
= 90:10
3n
27% yield
3o
66% yield
+
3ma 3mb
1
50% yield
3pa/3pb
= 86:14
+
3pa 3pb
O
Cl
O
Br
O
F
O
F3C
O
NC
O
O2N
O
O2N
O
NO2
O O
Me
O O
MeO
S
O2N
S
O2N
2
N
O2N
Boc
O
S
MeO
O
S
S
MeO
O S
S
MeO
O
1 2
5h
70% yield
(77% NMR)
5a
61% yield
(86% NMR)
5g
36% yield
(52% NMR)
5f
45% yield
(58% NMR)
5d
45% yield
(73% NMR)
5i
61% yield
(70% NMR)
5j
80% yield
(84% NMR)
Cl
B(pin)
Br
B(pin)
NC
B(pin)
F3C
B(pin)
B(pin)O2N B(pin)
B(pin)
MeO
B(pin)
5e
52% yield
(69% NMR)
O2N
B(pin)
Me
5c
70% yield
(85% NMR)
F
B(pin)
5b
59% yield
(75% NMR)
Pang Yadong
博士
35. 適用範囲の拡張 35
+
BaTiO3
(5 equiv)
O
8.0 mmol 71% yield
1.1 g
O
S
MeO
O
S
MeO
O
N2BF4
ball milling (30 Hz)
in air, 1 h
▶ フォトレドックス条件:反応しない
▶ メカノレドックス条件:反応する
溶けにくい・光を吸収する基質
スケールアップ・グラムスケール合成
反応後の様子
+
O2N
N2BF4
O2N
BaTiO3
(5 equiv)
MeCN (0.12 µL/mg)
43% yield
visible light
DMSO, rt, 2 h
no reaction
Eosin Y (1 mol %)
ball milling (30 Hz)
in air, 1 h