ボロン酸

ボロン酸は、ホウ酸（B(OH) ₃）に関連する有機化合物であり、3つのヒドロキシル基（−OH ）の1つがアルキルまたはアリール基（一般式R−B(OH) ₂のRで表される）に置き換えられています。^[1]炭素-ホウ素結合を含む化合物であるため、このクラスのメンバーは、より大きなクラスの有機ボランに属します。

ボロン酸はルイス酸として作用する。そのユニークな特徴は、糖、アミノ酸、ヒドロキサム酸など（隣接、（1,2）または場合によっては（1,3）置換ルイス塩基供与体（アルコール、アミン、カルボキシレート）を持つ分子）と可逆的な共有結合錯体を形成できることである。ボロン酸のp Ka_は約9であるが、p Kaが_約7の四面体ボロネート錯体を形成することができる。それらは、蛍光検出のために糖に結合するか、膜を越えた糖の選択的輸送のために、分子認識の分野で時々使用される。

ボロン酸は、主に鈴木カップリングにおける化学構成要素や中間体として有機化学で広く使用されています。その化学における重要な概念は、その有機残基の遷移金属への 金属交換です。

ボロン酸基を持つ化合物ボルテゾミブは、化学療法で使用される薬剤です。この分子のホウ素原子は、タンパク質を分解する特定のプロテアソームを阻害するため、重要な部分構造です。ボロン酸は活性部位のセリンに結合することが知られており、豚膵臓リパーゼ^[2] 、サブチリシン^[3]、プロテアーゼKex2 ^[4]の阻害剤の一部です。さらに、ボロン酸誘導体は、 Rasサイクル内の抗がん剤ターゲットであるヒトアシルタンパク質チオエステラーゼ1および2の阻害剤のクラスを構成します。^[5]

1860年、エドワード・フランクランドはボロン酸の合成と単離を初めて報告した。エチルボロン酸は2段階のプロセスで合成された。まず、ジエチル亜鉛とトリエチルボレートが反応してトリエチルボランが生成される。この化合物は次に空気中で酸化されてエチルボロン酸を形成する。 ^{[6] [7] [8]}現在ではいくつかの合成経路が一般的に使用されており、空気中で安定なボロン酸が多数市販されている。

ボロン酸は一般に融点が高く、水分子の損失によって無水物を形成しやすく、典型的には環状三量体を形成します。

ボロン酸はいくつかの方法で得ることができる。最も一般的な方法は、リチウムまたはマグネシウム（グリニャール）ベースの有機金属化合物とホウ酸エステルとの反応である。^{[9] [10] [11] [12]}例えば、フェニルボロン酸はフェニルマグネシウム臭化物とトリメチルホウ酸から加水分解されて生成される^[13]。

PhMgBr + B(OMe) ₃ → PhB(OMe) ₂ + MeOMgBr

PhB(OMe) ₂ + 2 H ₂ O → PhB(OH) ₂ + 2 MeOH

もう一つの方法は、アリールシラン（RSiR ₃）と三臭化ホウ素（BBr ₃）を反応させてRBBr _2に金属交換し、その後酸性加水分解する方法です。

3番目の方法は、パラジウム触媒によるアリールハライドおよびトリフラートとジボロニルエステルとのカップリング反応で、宮浦ホウ素化反応として知られる。この方法ではエステルの代わりにジボロン酸またはテトラヒドロキシジボロン（[B(OH ₂ )] ₂ ）を使用する。^{[14] [15] [16]}

ボロン酸エステルはボロン酸とアルコールの間で形成される エステルです。

これらの化合物は、ホウ酸エステル^[17]をアルコールやジオールと縮合させることで得られる。フェニルボロン酸は、トリフェニル無水物またはトリフェニルボロキシンと呼ばれる環状三量体に自己縮合することができる。^[18]

C–O–B–O–C 結合を含む 5 員環構造を持つ化合物はジオキサボロランと呼ばれ、 6 員環を持つ化合物はジオキサボリナンと呼ばれます。

ボロン酸は有機化学において鈴木反応で使用されます。この反応では、ホウ素原子のアリール基がパラジウムのアルコキシ基と交換されます。

チャン・ラムカップリングでは、アルキル、アルケニルまたはアリールボロン酸が、酢酸銅(II )などのCu(II)と酸素およびピリジンなどの塩基を含むN-HまたはO-H化合物と反応し^{[19] [20]} 、例えば2-ピリドンとトランス-1-ヘキセニルボロン酸 の反応で、新しい炭素-窒素結合または炭素-酸素結合を形成します。

反応機構の順序は、アミンの脱プロトン化、アミンの銅(II)への配位、金属交換反応(アルキルホウ素基の銅への転移、酢酸銅基のホウ素への転移)、酸素によるCu(II)のCu(III)への酸化、そして最後にCu(III)からCu(I)への還元的脱離と生成物の形成です。触媒システムでは、酸素によってCu(II)触媒も再生されます。

Liebeskind-Sroglカップリングでは、チオールエステルがボロン酸とカップリングしてケトンが生成されます。

ボロン酸有機残基は金属との共役付加においても求核剤となる。ある研究では、アリルボロン酸のピナコールエステルがジベンジリデンアセトンと共役付加反応を起こすことが報告されている。^[21]

この反応の触媒系はトリス（ジベンジリデンアセトン）ジパラジウム（0） /トリシクロヘキシルホスフィンである。

もう一つの共役付加反応は、シクロオクタジエンロジウムクロリド二量体触媒によるグラミンとフェニルボロン酸の付加反応である：^[22]

ボロン酸エステルは塩基と過酸化水素で対応するアルコールに酸化される（例としてカルベノイドを参照）。

• ボロン酸エステルの相同化では、ボロネート中のホウ素のアルキル基が炭素にシフトする： ^[23]

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  ボロン酸エステルの同族化
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  認証申請

この反応では、ジクロロメチルリチウムがボロン酸エステルをボロネートに変換します。次に、ルイス酸が塩素基を置換してアルキル基の転位を引き起こします。最後に、グリニャール試薬などの有機金属試薬が2 番目の塩素原子を置換し、CB 結合に RCH ₂基が挿入されます。ボロネートアルキルの移動を特徴とする別の反応は、ペタシス反応です。

アリルボロン酸エステルは、桜井反応におけるシリコンペンダントと非常によく似た求電子アリルシフトを起こす。ある研究では、ジアリル化試薬が両方を組み合わせたものである^{[24] [注1]} :

ボロン酸エステルをボロン酸とアルコールに戻す加水分解は、塩化チオニルとピリジンを用いた特定のシステムで達成できる。^[25]アリールボロン酸またはエステルは、室温でヒドロキシルアミンと反応させることにより、対応するフェノール に加水分解される可能性がある。 ^[26]

二ボロン化合物ビス(ピナコラト)ジボロン^[27]は、イリジウム触媒[IrCl(COD)] _{2 （}クラブトリー触媒の改良型）と塩基4,4′-ジ-tert-ブチル-2,2′-ビピリジンを用いて、例えばベンゼンとのCHカップリング反応で芳香族複素環[ 28 ]または単純なアレーン[ ^29]と反応してアリールボロネートエステルを生成する。

一つの改良法では、安価なピナコルボランを大過剰に使用せず、当量のみでアレーンを反応させる。^[30]

通常の求電子芳香族置換反応（EAS）では電子効果が支配的であるのに対し、この反応では位置選択性はイリジウム錯体の立体的大きさによってのみ決定される。これはm-キシレンのメタ臭素化に利用されており、標準的なAESではオルト生成物が得られる：^{[31] [注2]}

プロト脱ホウ素化は、ボロン酸（または他の有機ボラン化合物）の陽子分解を伴う化学反応であり、炭素-ホウ素結合が切断され、炭素-水素結合に置き換えられます。プロト脱ホウ素化は、望ましくない副反応としてよく知られており、ボロン酸を利用する金属触媒カップリング反応（鈴木反応を参照）によく伴います。特定のボロン酸の場合、プロト脱ホウ素化を受ける傾向は非常に多様であり、使用される反応条件やボロン酸の有機置換基などのさまざまな要因に依存します。

アルコールや酸に見られるボロン酸とヒドロキシル基との間の共有結合による相互作用は、水溶液中では迅速かつ可逆的である。ボロン酸と糖類に存在するヒドロキシル基との間に確立される平衡は、糖類用のさまざまなセンサーの開発にうまく利用されてきた。^[33]この動的共有結合戦略^[34]の主な利点の1つは、ボロン酸が水性媒体中で中性種を結合するという課題を克服する能力にある。正しく配置されていれば、これらの超分子システム内に第三級アミンを導入することで、生理学的pHで結合が起こり、光誘起電子移動を介した蛍光発光などのシグナル伝達機構によって結合イベントを報告 できるようになる。

この研究の潜在的な応用としては、糖尿病の管理に役立つ血糖値モニタリングシステムが挙げられる。センサーは光学的応答を採用しているため、最小限の侵襲性でモニタリングが可能であり、その一例は、眼液内の血糖値を検出するためにボロン酸ベースのセンサー分子を含むコンタクトレンズの研究である。^[35]

一般的に使用されているボロン酸とその誘導体の中には、エームス試験で陽性反応を示し、化学的変異原として作用するものがある。変異原性のメカニズムは、大気中の酸素によるボロン酸の酸化による有機ラジカルの生成に関与していると考えられている。^[36]

• ボロン酸データベース