Solid-state Alder-ene reaction of 1-hexene under high pressure

高圧下における1-ヘキセンの固相アルダー-エン反応

Xu, J.*; Lang, P.*; Liang, S.*; Zhang, J.*; Fei, Y.*; Wang, Y.*; Gao, D.*; 服部 高典   ; 阿部 淳*; Dong, X.*; Zheng, H.*; Li, K.*

Xu, J.*; Lang, P.*; Liang, S.*; Zhang, J.*; Fei, Y.*; Wang, Y.*; Gao, D.*; Hattori, Takanori; Abe, Jun*; Dong, X.*; Zheng, H.*; Li, K.*

アルダー-エン反応は、アルケンとアリル水素との化学反応であり、C-C結合を構築する効率的な方法である。従来、この反応には触媒、高温、あるいは光触媒が必要であった。本研究では、触媒を用いずに室温下で加圧することで成功した1-ヘキセンのアルダー-エン反応を報告する。1-ヘキセンは4.3GPaで結晶化し、18GPaで重合してオレフィンを形成する。ガスクロマトグラフィー-質量分析法により、1-ヘキセンが高圧下でのアルダー-エン反応により二量体を生成することを発見した。その場中性子回折から、この反応過程はトポケミカル則に従わないことがわかった。理論計算により、1つのC-H 結合と2つのアルケン結合を含む6員環遷移状態が示され、そのエネルギーは20GPaまで圧縮すると明らかに減少した。本研究は、触媒を用いずに室温でアルダー-エン反応を実現する新規かつ有望な方法を提供し、この重要な反応の応用を拡大するものである。

The Alder-ene reaction is a chemical reaction between an alkene with an allylic hydrogen, and it provides an efficient method to construct the C-C bond. Traditionally, this reaction requires catalysts, high temperatures, or photocatalysis. In this study, we reported a high-pressure-induced solid-state Alder-ene reaction of 1-hexene at room temperature without a catalyst. 1-Hexene crystallizes at 4.3 GPa and polymerizes at 18 GPa, forming olefins. By exploring gas chromatography-mass spectrometry, we discovered that 1-hexene generates dimeric products through the Alder-ene reaction under high pressures. The in situ neutron diffraction shows that the reaction process did not obey the topochemical rule. A six-membered ring transition state including one C-H bond and two alkene bonds was evidenced by the theoretical calculation, whose energy obviously decreased when compressed to 20 GPa. Our work offers a novel and promising method to realize the Alder-ene reaction at room temperature without a catalyst, expanding the application of this important reaction.