X線結晶構造解析ができても構造決定は慎重に

臨床試験の化合物の化学構造が誤っていた では、X線結晶構造解析を決め手のひとつとして構造のミスアサインが明らかとなった事例を取り上げました。今回は、X線結晶構造解析を用いた構造決定が実は誤っていたというケースを紹介します。

2005年に Ming-Jung Wu らは、エンジインとアジ化ナトリウムの反応により 1H-benzotriazole が構築されることを報告しました(下図)[論文1]。生成物の1つのX線結晶構造解析に成功し、"The structure of 2a was unambiguously determined by single-crystal X-ray analysis (Figure 1)." としています。



一方、上の論文を見て興味をもった Anna V. Gulevskaya らは、2010年に、ヘテロ芳香環に組み込まれたエンジインに対して同様の反応を試みたところ 1H-benzotriazole ではなく [1,2,3]triazolo[1,5-a]pyridine ができたと報告しました(下図。上図とは窒素原子の位置が違います)[論文2]。2つの生成物のX線結晶構造解析に成功し、"The structure of 9c was unambiguously determined by single-crystal X-ray analysis (Fig. 2)." としています。



さて、[論文1] と [論文2] で生成物の環構造(窒素原子の位置)が異なるのは、基質の違いによって異なる環化形式を取ったのでしょうか?それともどちらかの構造が間違っているのでしょうか?X線結晶構造解析では、場合によっては窒素原子と炭素原子の区別が困難なので、どちらかがミスアサインしている可能性があります。

2014年になって、[論文2] の著者らから、[論文1] の構造(1H-benzotriazole)は誤りで [論文2] の構造([1,2,3]triazolo[1,5-a]pyridines)が正しいという報告がありました [論文3]。[論文1] に基質を合わせて実験し、構造決定の根拠として次の3点が挙げられています。

・ NMR: HMBCで下図の青矢印で示した相関が観測されたこと。
・ 結晶解析: X線結晶構造解析で R-factor が 1H-benzotriazole よりも [1,2,3]triazolo[1,5-a]pyridine の方が良好であったこと。
・ 計算化学: 反応メカニズムでは最初にアルキンとアジドの [3 + 2] 付加環化反応が起き、その後トリアゾール環の炭素原子がもうひとつのアルキンに環化反応することで 1H-benzotriazole が、トリアゾール環の窒素原子がもうひとつのアルキンに環化反応することで [1,2,3]triazolo[1,5-a]pyridines
が生成するが、量子化学計算で [1,2,3]triazolo[1,5-a]pyridines 生成がはるかに有利なこと。



おそらく [論文1] の著者らは何らかの拍子に生成物の構造を 1H-benzotriazole だと思い込んでしまったために構造決定の誤りに気付かなかったものと思われます(それでも反応機構的にちょっとおかしい気はしますが・・・)。X線結晶構造解析は構造決定の強力なツールですが、それだけで安心してしまうと上記のようなケースにつながることもあります。X線結晶構造解析ができても構造決定は慎重に。

[論文1] Reaction of (Z)-1-aryl-3-hexen-1,5-diynes with sodium azide: synthesis of 1-aryl-1H-benzotriazoles. Org. Lett. 2005, 7, 475. DOI: 10.1021/ol047563q
[論文2] A novel tandem cyclization of condensed 2,3-dialkynylpyrazines into [1,2,3]triazolo[1′,5′;1,2]pyrido[3,4-b]pyrazines promoted by sodium azide. Tetrahedron 2010, 66, 146. DOI: 10.1016/j.tet.2009.11.039
[論文3] Heterocyclization of Enediynes Promoted by Sodium Azide: A Case of Ambiguity of X-ray Data and Structure Revision. Org. Lett. 2014, 16, 1582. DOI: 10.1021/ol500125j

気ままに有機化学 2014年10月28日 | Comment(0) | 論文 (その他)
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