The Salting-Out Effect Enables Electrochemical Selective 1,2-Diazidation of Conjugated and Simple Olefins by Aryl Iodine Catalysis

二重結合を持つ一対の炭素原子（綱渡りの上のワイヤーのようなもの）を想像してみてください。あなたは、そのワイヤーの両側に、重くてカラフルな旗（「アジド基」と呼ばれます）を二つ吊るしたいと考えています。ただし、ワイヤーを切断したり、綱渡りをする人を落としたりすることなく行いたいのです。これは、化学者が「1,2-ジアジド化」と呼んでいるものです。通常、これを行うことは、まるで巨大で不器用なハンマーのような、高価で危険な化学物質を使って傑作を描こうとするようなものです。また、後始末が大変な重金属触媒も必要になります。

しかし、合肥工業大学、コーネル大学、および鄭州大学の研究チームは、よりスムーズな方法を見つけ出しました。彼らは、重いハンマーの代わりに電気を使用し、小さく効率的なデリバリートラックのように機能する、特別な有機触媒を用いた「魔法の工場」を構築したのです。

魔法の工場のセットアップ
彼らの反応容器は、二階建ての家のようなものだと考えてください。一階は水で、「旗」（アジドナトリウム）が住んでいます。二階はアセトニトリルと呼ばれる液体で、「綱渡りをする人」（オレフィンまたは二重結合）がぶら下がっています。通常、これら二つのフロアは混ざり合いにくいため、旗が上のフロアへ上がって綱渡りのお飾りになることができません。

ここで、チームの秘策が登場します：

1. デリバリートラック（アリールヨウ化物）： 彼らは、アリールヨウ化物というシンプルで安価な分子を使用しています。これは、二つのフロアの間を走行できるシャトルバスのようなものです。このバスは、水の中から旗を拾い上げ、有機物のフロアへと運び、それらを綱渡りに取り付けられるよう手助けします。
2. 電気（電源）： 危険な化学酸化剤の代わりに、彼らはバッテリーを接続します。電気は、シャトルバスを動かすためのクリーンで目に見えない手として機能し、バスが旗を掴み、綱渡りに取り付けるのを助けます。
3. 「塩析（Salting-out）」効果（群衆管理）： これが最も素晴らしい部分です。彼らは、リン酸三カリウム（$K_3PO_4$）という特定の塩基を添加します。これは、クラブの入り口にいる用心棒のようなものです。用心棒が現れると、水と有機液体をさらに明確に分離させ、はっきりとした「二相系」を作り出します。この分離は非常に重要であり、旗の供給速度をちょうど良い具合に遅らせる役割を果たします。もし旗が到着するのが早すぎれば、互いに衝突したり、標的を外したりしてしまうからです。「塩析」効果によって、旗がゆっくりと着実に、かつ高い選択性を持って届けられるようになり、反応の効率が大幅に向上します。

実際に作り上げたもの
このセットアップを用いて、チームは多種多様な「綱渡りをする人」を装飾することに成功しました。

• アクロバットたち： 彼らは、1,3-ジエンや1,3-エンイン（二重結合と三重結合の両方を持つ分子）といった複雑なダンサーを取り上げ、完璧に二つの旗を加えました。彼らは三重結合を壊すことなく、単に二重結合の部分に旗を追加したのです。
• 日常的なウォーカーたち： 彼らは、臭素やケトン、さらにはコレステロールや糖分子の一部といった、凝ったグループが付いた単純なアルケンについても作業を行いました。
• 結果： 多くの場合、目的の生成物を41%から85%の収率で得られました。例えば、ある1,3-ジエンを用いた反応では77%の収率が得られ、別の1,3-エンインでは70%の収率が得られました。彼らはこれを3ミリモルまでスケールアップしても71%の収率を維持しており、この手法が堅牢であることを証明しました。

排除されたもの
何がうまくいかなかったかを知ることは、魔法がどのように機能するかを知る手がかりになります。

• 重金属なし： この論文は、これが「完全に金属フリー」のプロセスであることを明記しています。彼らは過去に、銅やマンガンなどの金属を使用したことがありますが、ここではそれらを必要としません。
• 自由ラジカルではない（ほとんどの場合）： 「ラジカル捕捉剤」（自由を飛び回るラジカルを捕まえる化学物質）を用いてテストを行ったところ、反応は完全には停止しませんでした。このことは、プロセスが、制御不能な自由ラジカル粒子が衝突して起こる現象によって主に駆動されているのではないことを示唆しています。むしろ、証拠は「カルボカチオン」経路を示しています。これは、シャトルバス（触媒）が旗を保持し、注意深く配置していく、制御されたステップ・バイ・ステップのダンスのようなものです。
• 水のみ、または溶媒のみでは不可： 水を取り除くと、旗が溶けないため反応が失敗することを発見しました。また、水の割合を増やしすぎた（1:1の混合）場合、反応効率は低下しました。水とアセトニトリルの比率（約3:7）が鍵となりました。
• 触媒なし？： もしアリールヨウ化物というシャトルバスを取り除くと、反応はほとんど起こりませんでした（収率10%未満）。また、電気を切ると、何も起こりませんでした。両方が不可欠なのです。

どの程度確信しているのか？
研究者たちは、「どのように」「なぜ」機能するかについて自信を持っていますが、慎重な言葉遣いをしています。

• 彼らは、実験を通じて、この反応が多くの異なる分子に対してうまく機能することを実証しました。
• 彼らは、メカニズムとして、アリールヨウ化物が電気によって酸化されてアジドを掴み、特殊な中間体を形成して、それが二重結合を攻撃することを示唆しています。
• 彼らは、中間体を捕捉する実験に基づき、反応が自由ラジカルではなく「カルボカチオン」中間体を経由することを提案しています。
• 彼らは、塩基添加剤の有無を比較することで、「塩析」効果が実在し、かつ必要であることを示しました。塩基がない場合、収率は大幅に低下しました（77%から45%へ）。

この結果を使って何ができるのか？
チームは、単に装飾されたウォーカーを作っただけではありません。これらの新しい分子が「レゴブロック」のようなものであることを示しました。

• 「クリックケミストリー」を用いて、これらの分子を他のパーツと組み合わせて、新しい環（ヘテロ環）を作ることができます。
• アジドの旗をアミン基に変える（1,2-ジアミンを作る）ことができます。これは医薬品を作る上で非常に重要です。
• さらに、二重結合を三角形の形（エポキシド）に変え、そこに三つ目の旗を加えることで、1,2,3-トリアジドを作ることも可能です。

要約すると、この論文は、よりクリーンで選択的な、複雑な分子を構築するための新しい方法を提示しています。彼らは危険な化学物質を電気に置き換え、「塩析」という巧妙なトリックを用いて反応速度を制御しました。著者らは、このプロセスを「非対称（アシンメトリック）」にする（分子の特定の鏡像体を作る）ためにはさらなる研究が必要であると述べていますが、価値のある化学的ビルディングブロックを作るための新しい扉を、見事に開きました。