反応機構は、まずホスフィンがアゾジカルボン酸エステルにマイケル付加、生じたアニオンがカルボン酸のプロトンを引っこ抜く一方、活性化されたホスフィンが水酸基からの攻撃を受けることで水酸基が活性化されたアルコキシホスホニウムイオン種となり、これがカルボン酸などの求核剤からのSN2反応を受けることにより、立体化学が反転した求核置換反応が起こる、という仕組みです。求核種にカルボン酸を用いれば水酸基の立体反転に、その他の求核剤を用いた場合でも水酸基からの直接的置換反応として広く利用されています。
用いられるアゾジカルボン酸類は一般にジエチルエステルであるDEAD、ジイソプロピルエステルのDIADの2つですが、爆発性が報告されていることから安全のためにDIADが使われることが多いです。爆発を体験したことはないですが、しばらく使ってないDEADのビンの蓋をあけると炭酸飲料並みにプシューって音を立てることもあるのでやっぱし潜在的な危険を孕んだ試薬なんだなと思っています。なお、光延反応の求核種のpKaによってはこれらでは進行しない(or余計な反応が進む)ので、その場合には伊藤-角田改良光延試薬(ADDPなど)を用いる必要があります。
(また余談ですが"DEAD"を「デッド」っていうと光延先生が怒る、って話を聞いたことあるんですが、本当でしょうか。みんなデッドデッド言ってるけど)
欠点としては途中で反応が進まなくなったりしたとしても、適当に足りない試薬を足したところで反応が進まないことが多いこと。この反応は試薬を入れる順序と滴下速度がかなり重要なので、もし途中で止まった場合にはホスフィンとジアゾ試薬をセットで追加していかないと上手くいきません(※個人の感想です。まあ後から追加してもダメなこと多いんだけど)。
それ以上に、最大の欠点は「処理がめんどくさい」こと。反応機構を見ても分かるようにホスフィン(普通はtriphenylphosphine)は中途半端な極性・無駄に良い結晶性で悪名高いホスフィンオキシドとなって出てきます。これだけでもうっとおしいのにジアゾ試薬の還元体であるヒドラジンもまたさらに中途半端な極性を持っているのでダブルで邪魔しにかかってきます。しかも光延反応は割と試薬を過剰に使うことが多いのでこれらが大量に生じることになります。ホスフィンオキシドはポリマー担持させたりといった改良法はありますがまあ基本は気合いで(ぉ。もうひとつのヒドラジンエステルの方の改良法としてはDMEADが知られています。この試薬は光延反応後の還元体が水溶性であるため分液処理で除けるというメリットがあります。また、一般の基質にどこまで使えるのかは分かりませんが、超原子価ヨウ素を再酸化剤として用いることでジアゾ試薬を触媒量に減らした手法も報告されています。
カルボン酸以外の例としては、分子内であればアルコールでもイケる場合があります(アリル位とか)。他では光延アジド化が有名どころでしょう。その際のアジドソースにはDPPAが用いられます。さらに電子密度を低下させることで強塩基だけで水酸基のアジド化を進行させる試薬もあります。もっともこれは光延反応とは言いませんが。
光延反応を用いてヒドロキサム酸を導入し、オキシムに換える方法も報告されています。
また、特定の基質で見ることが多いですが、光延反応によるハロゲン化も知られており、ヨウ素化の場合にはヨウ素そのものではなくMeIが求核剤として添加されています。
他にも、アリルアルコールに対して光延反応を用いてヒドラゾンを導入し、還元的なオレフィンの転位を起こすMyers-Movassaghiの手法も、便利な還元法として知られています。
この様に立体反転を伴っていろんな官能基を導入できる光延反応ですが、分子内反応にも用いられており、特に大環状マクロラクトン化の際にも効果を発揮します。山口法、椎名法、Keck法などがメジャーどころですが、カルボン酸側を活性化させるこれらとは異なり、水酸基を活性化させるのでマクロラクトン化した際の水酸基の立体化学は逆転するため、基質合成の段階で逆立体を合成しておく必要があります。この手法も色々な天然物の全合成に用いられています。
とまあ、色々紹介していったらそれだけでえらい長くなったので、次回に続きます。↓
光延"反転"の話
光延反応の総説とか
①Mitsunobu and Related Reactions: Advances and Applications (Review)
Swamy, K. C. K, et al. Chem Rev. 2009, 109, 2551-2651.
②ジフェニルリン酸アジド(DPPA)－この35 年
塩入孝之 TCIメール 2007,134
(PDF注意)
③新光延試薬
角田鉄人, 加来裕人, 伊東しょう TCIメール 2004, 121
(PDF注意)
東京化成工業の田中と申します。
以前より貴サイトにおきまして弊社サイトの記事を掲載いただき、
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この度弊社TCIメールのURLが変更になりました関係で貴サイトで掲載いただいております弊社リンク先がエラーとなっております。
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突然のご連絡で大変失礼致しました。
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TCIメールへのリンク先ですが先日変更し、現在はアクセスできるようになっております。
メールアドレスの記載がございませんでしたのでこちらで修正をさせていただきましたが、ホームページに連絡用メールアドレスを記載しておりますので(hotmailですが・・・)、もし他に何かございましたらそちらまでご連絡いただければ幸いです。
その上で、今さらながら、冒頭の「ヒドラゾン」→「アゾジカルボン酸（ジ）エステル」ではないでしょうか。
あ、ほんとだ。ありがとうございます。修正しました。
なんで今まで気づかなかったんだろ。