計算化学 ソフトウェア

計算例１．Diels-Alder反応

Diels-Alder反応は置換基による立体的選択性があり、生成物としてendo付加体とexo付加体が考えられる。下記の分子について計算したところ、endo付加体が生成される経路の方がエネルギー的に優位であることが予測される。この傾向は実験事実と一致している。

反応機構	予測された活性化エネルギー	実験で得られる生成物
exo型付加	26 kcal/mol (計算時間：21秒) DFT(Reaction plus Pro)では 17 kcal/mol (計算時間：2時間28分55秒)	-
endo型付加	19 kcal/mol (計算時間：18秒) DFT(Reaction plus Pro)では 14 kcal/mol (計算時間：1時間30分8秒)	○

計算例２．Friedel-Craftsアシル化反応

Friedel-Craftsアシル化反応では、いくつかの異性体が考えられる。置換する部位を変えて反応機構を検討したところ、計算では1位水素の置換体が優位であると予測された。この傾向は実験事実と一致している。

1位水素置換

2位水素置換

反応機構	予測された活性化エネルギー	実験で得られる生成物
1位水素置換	2 kcal/mol (計算時間：1分30秒)	○
2位水素置換	23 kcal/mol (計算時間：1分34秒)	-

計算例３．一置換シクロブテンの開環反応

シクロブテンの開環反応では、cis体とtrans体の２通りの生成物が考えられるが、どちらが優位かは置換基によって異なる。計算では、R=OLiの場合はoutward回転が、R=BH2の場合はinward回転が優位であると予測され、この傾向は実験事実と一致している。

R = OLi の場合

inward回転

outward回転

反応機構	予測された活性化エネルギー	実験で得られる生成物
inward回転	29 kcal/mol (計算時間：12秒)	-
outward回転	23 kcal/mol (計算時間：5秒)	○

R = BH2 の場合

proximal付加

distal付加

反応機構	予測された活性化エネルギー	実験で得られる生成物
inward回転	21 kcal/mol (計算時間：10秒)	○
outward回転	32 kcal/mol (計算時間：6秒)	-

参考文献：P. S. Lee, X. Zhang, K. N. Houk, J. Am. Chem. Soc. 125, 5072 (2003)

計算例４．ベンザインの [3+2] 環化付加反応

ベンザインへアジドが付加する反応では、ベンザインの置換基によって選択性が逆転する。計算では、R=Bpinではproximal体が生成される経路が優位、R=SiMe3ではdistal体が生成される経路が優位と予測された。この傾向は実験事実と一致している。

ホウ素ベンザイン(R = Bpin) の場合

proximal付加

distal付加

反応機構	予測された活性化エネルギー	実験で得られる生成物
proximal付加	6 kcal/mol (計算時間：1分16秒)	○
distal付加	8 kcal/mol (計算時間：1分26秒)	-

ケイ素ベンザイン(R = SiMe3) の場合

proximal付加

distal付加

反応機構	予測された活性化エネルギー	実験で得られる生成物
proximal付加	10 kcal/mol (計算時間：2分9秒)	-
distal付加	8 kcal/mol (計算時間：57秒)	○

参考文献：井川貴詞　上原記念生命科学財団研究報告集 26 (2012) 「17. 多官能性縮合複素環化合物の革新的合成」

計算例５．Mizoroki-Heck反応

Mizoroki-Heck反応では、有機パラジウム中間体が生成した後、元二重結合のC-C軸回転により、cis体/trans体の生成経路が考えられる。計算では、trans体が生成される反応機構が優位であると予測された。この傾向は実験事実と一致している。

cis体生成

trans体生成

反応機構	予測された活性化エネルギー	実験で得られる生成物
cis体生成	27 kcal/mol, 25 kcal/mol (計算時間：1分20秒)	-
trans体生成	17 kcal/mol, 21 kcal/mol (計算時間：1分49秒)	○

計算例６．Pd触媒クロスカップリング反応

Pd錯体とチオフェンの反応では、チオフェンの2位水素と3位水素が置換される可能性が考えられる。それぞれの反応機構を計算したところ、2位水素置換が優位であると予測された。この傾向は実験事実と一致している。

2位水素置換

3位水素置換

反応機構	予測された活性化エネルギー	実験で得られる生成物
2位水素置換	23 kcal/mol (計算時間：3分16秒)	○
3位水素置換	26 kcal/mol (計算時間：2分31秒)	-

参考文献：S. I. Gorelsky, D. Lapointe, K. Fagnou, J. Am. Chem. Soc. 130, 10848 (2008)