ヘック反応

ヘック反応
にちなんで名付けられました	リチャード・F・ヘック
反応の種類	カップリング反応
識別子
有機化学ポータル	ヘック反応
RSCオントロジーID	RXNO:0000024

ヘック反応（溝呂木-ヘック反応とも呼ばれる）^{[ 1 ]}は、不飽和ハロゲン化物（またはトリフラート）とアルケンが塩基とパラジウム触媒の存在下で反応して置換アルケンを生成する化学反応である。この反応は溝呂木勉とリチャード・F・ヘックにちなんで名付けられた。ヘックはこの反応の発見と開発により、2010年のノーベル化学賞を根岸英一と鈴木明と共同受賞した。この反応は、Pd(0)/Pd(II)触媒サイクルに従う炭素-炭素結合形成反応の最初の例であり、他のPd(0)触媒クロスカップリング反応に見られるのと同じ触媒サイクルである。ヘック反応はアルケンを置換する方法である。^[²^]^[³^]^[⁴^]^[⁵^]

歴史

溝呂木勉（1971）による最初の反応では、メタノール中でヨードベンゼンとスチレンを120 ℃（オートクレーブ）で酢酸カリウム塩基と塩化パラジウム触媒を用いてカップリングさせ、スチルベンを生成することが記述されている。この研究は、藤原（1967）によるアレーン（Ar–H）とアルケンのPd(II)媒介カップリングに関する以前の研究^[⁶^]^[⁷^{] 、および化学量論量のパラジウム(II)種を用いてアリール水銀ハロゲン化物（ArHgCl）とアルケンをカップリングさせるヘック（1969）による以前の研究}^[⁸^]の拡張である。

1972年、ヘックは溝呂木の論文を認め、独自に発見した研究の詳細を述べた。ヘックの反応条件は、触媒（酢酸パラジウム）、触媒量（0.01当量）、塩基（立体障害アミン）、溶媒の有無の点で異なっている。^{[ 9 ]}^{[ 10 ]}

1974年にヘックは、ホスフィン配位子が反応を促進することを示した。^{[ 11 ]}

触媒および基質

この反応はパラジウム錯体によって触媒される。代表的な触媒および触媒前駆体としては、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム(0)、塩化パラジウム、酢酸パラジウム(II)などが挙げられる。代表的な支持配位子としては、トリフェニルホスフィン、PHOX、BINAPなどが挙げられる。代表的な塩基としては、トリエチルアミン、炭酸カリウム、酢酸ナトリウムなどが挙げられる。

アリール求電子剤は、ハロゲン化物（Br、Cl）またはトリフラート、あるいはベンジルハロゲン化物またはビニルハロゲン化物であってもよい。アルケンは少なくとも1つのsp2-CH結合を含まなければならない^。電子求引性置換基は反応を促進するため、アクリレートが理想的である。^{[ 12 ]}

反応機構

このビニル化のメカニズムには有機パラジウム中間体が関与している。必要なパラジウム(0)化合物は、パラジウム(II)前駆体からその場で生成されることが多い。 ^{[ 13 ]}^{[ 14 ]}

例えば、酢酸パラジウム(II)はトリフェニルホスフィンによってビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0) ( 1 )に還元され、同時にトリフェニルホスフィンはトリフェニルホスフィンオキシドに酸化される。ステップAは、パラジウムがアリール-ブロミド結合に挿入される酸化的付加である。生成したパラジウム(II)錯体はアルケン( 3 )に結合する。ステップBでは、アルケンがPd-C結合にシン付加ステップで挿入される。ステップCは、β-水素脱離(ここでは矢印は逆方向を示している)を伴い、新しいパラジウム-アルケンπ錯体( 5 )が形成される。この錯体は次のステップで破壊される。最終ステップDでは、炭酸カリウムによるパラジウム(II)化合物の還元的脱離によってPd(0)錯体が再生される。反応の過程で炭酸塩は化学量論的に消費され、パラジウムは真の触媒として触媒量で使用される。同様のパラジウムサイクルは、異なる場面と登場人物でワッカー法でも見られる。

このサイクルはビニル化合物に限定されず、薗頭カップリングでは反応物の一つがアルキンであり、鈴木カップリングではアルケンがアリールボロン酸に置き換えられ、スティル反応ではアリールスタンナンに置き換えられます。このサイクルは、例えばアリールハライドと有機亜鉛化合物との根岸カップリングのように、他の第10族元素であるニッケルにも及びます。白金は炭素と強い結合を形成するため、この種の反応では触媒活性を示しません。

立体選択性

このカップリング反応は立体選択的であり、パラジウムハロゲン化物基と嵩高い有機残基が回転ステップで反応シーケンス中に互いに離れていくため、トランスカップリングを起こしやすい。ヘック反応は工業的にナプロキセンと日焼け止め成分オクチルメトキシシンナメートの製造に用いられている。ナプロキセンの合成には臭素化ナフタレン化合物とエチレンとのカップリングが含まれる：^{[ 15 ]}

バリエーション

イオン液体のヘック反応

イオン液体の存在下では、リン配位子が存在しない状態でヘック反応が進行する。ある改良法では、酢酸パラジウムとイオン液体(bmim)PF6_が逆相シリカゲルの空洞内に固定化される。^{[ 16 ]}この方法では、反応は水中で進行し、触媒は再利用可能となる。

ヘックオキシアリール化

ヘックオキシアリール化の変形では、シン付加中間体のパラジウム置換基がヒドロキシル基に置換され、反応生成物にはジヒドロフラン環が含まれる。^{[ 17 ]}

アミノヘック反応

アミノヘック反応では、窒素-炭素結合が形成される。一例として、^{[ 18 ]}強い電子吸引基を持つオキシムがジエンの末端と分子内反応を起こし、ピリジン化合物を形成する。触媒はテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)であり、塩基はトリエチルアミンである。

参考文献

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外部リンク

有機化学に関する記事（organic-chemistry.org）に掲載されているヘック反応についての記事

[1] Drahl, Carmen (2010年5月17日). 「名前、歴史、そして遺産」 . Chem. Eng. News . 88 (22): 31–33 . doi : 10.1021/cen-v088n020.p031 . 2011年6月4日取得。

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歴史