Development of Metal Complexes with High Catalytic Efficiency Using Unique Ligand Effects

• Project/Area Number: 15H03802
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Synthetic chemistry
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Ohkuma Takeshi 北海道大学, 工学研究院, 教授 (50201968)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000); Fiscal Year 2017: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2016: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2015: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
• Keywords: 触媒的不斉合成 / 不斉水素化反応 / 不斉異性化反応 / 不斉シアノ化反応 / 部分水素化反応 / ルテニウム錯体 / エナンチオ選択性 / ナノ粒子 / 合成化学 / 触媒・化学プロセス / 不斉合成 / 分子認識 / 有機工業化学

Outline of Final Research Achievements

1) A novel chiral Ru catalyst precisely controlled chemoselectivity in the asymmetric hydrogenation of γ- and δ-keto esters into the hydroxyl esters (lactones) or diols by changing the reaction conditions. The enantioselectivity reached 99%. 2) Asymmetric hydrogenation of aromatic N-benzylimines catalyzed by a Ru complex afforded the chiral amines in up to 95% ee. 3) A Ru-catalyzed asymmetric isomerization of allylic alcohols into the chiral aldehydes achieved turnover number (TON) of >1000 and optical yield of >99%. 4) Asymmetric cyanation of alkynyl ketones and alkynyl imino esters with chiral Ru-Li combined catalysts gave the corresponding cyanated products in up to 97% ee. The TON of this reaction reached 2000. 5) Newly devised Pd nanoparticles catalyzed semihydrogenation of alkynes into the (Z)-alkenes in homogeneous phase. The TON of 20,000 and the selectivity of 99% were achieved.

Research Products

• [Journal Article] Enantioselective Cyanosilylation of Alkynyl Ketones Catalyzed by Combined Systems Consisting of Chiral Ruthenium(II) Complex and Lithium Phenoxide (2018)
  • Author(s): Ohkuma Takeshi、Kurono Nobuhito、Sakaguchi Yusuke、Yamauchi Kohei、Yurino Taiga
  • Journal Title: Advanced Synthesis & Catalysis Volume: 360 Issue: 7 Pages: 1517-1522
  • DOI: 10.1002/adsc.201701593
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Contribution of Unique Heterocyclic Frameworks by Photochemical Reaction of 5- And 6-Membered Heteroaromatics (2018)
  • Author(s): Arai Noriyoshi、Ohkuma Takeshi
  • Journal Title: Heterocycles Volume: published online
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chemoselectivity Control in the Asymmetric Hydrogenation of γ- and δ-Keto Esters into Hydroxy Esters or Diols (2017)
  • Author(s): Arai Noriyoshi、Namba Takanori、Kawaguchi Kei、Matsumoto Yuki、Ohkuma Takeshi
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 57 Issue: 5 Pages: 1386-1389
  • DOI: 10.1002/anie.201711363
  • NAID: 120006550169
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Photochemically Promoted Aza-Diels-Alder-Type Reaction: High Catalytic Activity of the Cr(III)/Bipyridine Complex Enhanced by Visible Light Irradiation (2017)
  • Author(s): Arai Noriyoshi、Ohkuma Takeshi
  • Journal Title: The Journal of Organic Chemistry Volume: 82 Issue: 14 Pages: 7628-7636
  • DOI: 10.1021/acs.joc.7b00838
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] キラルテクノロジー：不斉水素化反応 (2017)
  • Author(s): 大熊 毅
  • Journal Title: 化学工学 Volume: 81 Pages: 666-669
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 基礎講座：有機合成化学 (1) 有機化学物のつくりかた事始め (2017)
  • Author(s): 新井則義、大熊 毅
  • Journal Title: 現代化学 Volume: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 基礎講座：有機合成化学 (2) あの身近な化合物はこうやってつくられた (2017)
  • Author(s): 新井則義、大熊 毅
  • Journal Title: 現代化学 Volume: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Double Asymmetric Hydrogenation of Linear β,β-Disubstituted α,β-Unsaturated Ketones into γ-Substituted Secondary Alcohols with Dual Catalytic Systems (2017)
  • Author(s): Noriyoshi Arai, Hironori Satoh, Ryo Komatsu, Takeshi Ohkuma
  • Journal Title: Chemistry - A European Journal Volume: 56
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Advancement in Catalytic Asymmetric Hydrogenation of Ketones and Imines, and Development of Asymmetric Isomerization of Allylic Alcohols (2016)
  • Author(s): Takeshi Ohkuma, Noriyoshi Arai
  • Journal Title: The Chemical Record Volume: 16 Issue: 6 Pages: 2801-2819
  • DOI: 10.1002/tcr.201600101
  • NAID: 120006366479
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Efficient Chemoselective Hydrogenation of Organic Azides Catalyzed by Palladium Nanoparticles with Alkyne-Derived Homogeneous Supports (2016)
  • Author(s): Noriyoshi Arai, Nozomi Onodera, Takeshi Ohkuma
  • Journal Title: Tetrahedron Letters Volume: 57 Issue: 37 Pages: 4183-4186
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2016.08.002
  • NAID: 120006517681
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 光による分子活性化を利用した含ヘテロ多環系骨格構築手法の開発 (2016)
  • Author(s): 新井則義, 大熊 毅
  • Journal Title: 有機合成化学協会誌 Volume: 74 Pages: 360-371
  • NAID: 130005150748
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Catalytic Asymmetric Cyanation Reactions (2016)
  • Author(s): Nobuhito Kurono, Takeshi Ohkuma
  • Journal Title: ACS Catalysis Volume: 6 Issue: 2 Pages: 989-1023
  • DOI: 10.1021/acscatal.5b02184
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Hydrogenation of Nitroarenes with Palladium Nanoparticles Stabilized by Alkyne Derivatives in Homogeneous Phase (2015)
  • Author(s): Noriyoshi Arai, Nozomi Onodera, Atsushi Dekita, Junichi Hori, Takeshi Ohkuma
  • Journal Title: Tetrahedron Letters Volume: 56 Issue: 25 Pages: 3913-3915
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2015.04.116
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] ケトン類およびイミン類の環境調和型不斉水素化触媒の開発と応用 (2015)
  • Author(s): 大熊 毅
  • Journal Title: ファルマシア Volume: 51 Pages: 295-299
  • NAID: 130007448048
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Development of Asymmetric Reactions Catalyzed by Ruthenium Complexes with Two Kinds of Ligands (2018)
  • Author(s): Ohkuma Takeshi
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
  • Invited
• [Presentation] アルキン誘導体安定化パラジウムナノ粒子触媒を用いたα-ケトエステル類の還元的アミノ化反応 (2018)
  • Author(s): 宇佐見 宙樹、新井 則義、大熊 毅
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] 形式的動的速度論分割を伴うアリルアルコールの不斉水素化反応 (2018)
  • Author(s): 岡部 祐貴、新井 則義、大熊 毅
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] Ag触媒を用いたベンジル位イソシアノ化反応の開発 (2018)
  • Author(s): 丹下 裕司、百合野 大雅、大熊 毅
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] Preparative Method for Tetrahydroquinolines using Povarov-type Reaction Photochemically Catalyzed by Cr(III)/bipyridine Complex (2018)
  • Author(s): Arai Noriyoshi、Ohkuma Takeshi
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] Pd触媒を用いたアリルイソシアニドの新規合成法の開発 (2017)
  • Author(s): 谷 隆太朗、百合野大雅、大熊 毅
  • Organizer: 日本化学会第９７春季年会
  • Place of Presentation: 慶応義塾大学 日吉キャンパス (横浜市港北区)
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] ルテニウム錯体触媒によるポリ置換アセトフェノン類の不斉水素化 (2017)
  • Author(s): 川口 慶、新井則義、片山武昭、内海典之、村田邦彦、大熊 毅
  • Organizer: 日本化学会第９７春季年会
  • Place of Presentation: 慶応義塾大学 日吉キャンパス (横浜市港北区)
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] ルテニウム触媒による水素化を用いたα-アミノエステルの動的速度論分割 (2017)
  • Author(s): 上ヶ島一輝、小松 稜、新井則義、大熊 毅
  • Organizer: 日本化学会第９７春季年会
  • Place of Presentation: 慶応義塾大学 日吉キャンパス (横浜市港北区)
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] Pd触媒による直鎖型アリルイソシアニドの合成反応 (2017)
  • Author(s): 谷 隆太朗、百合野 大雅、大熊 毅
  • Organizer: 第111回有機合成シンポジウム
• [Presentation] ルテニウム触媒による水素化を用いたα-アミノエステルの動的速度論分割 (2017)
  • Author(s): 上ヶ島 一輝、小松 稜、新井 則義、大熊 毅
  • Organizer: 第29回万有札幌シンポジウム
• [Presentation] Double Asymmetric Hydrogenation of β,β-Disubstituted α,β-Unsaturated Ketones with Dual Catalytic Systems (2017)
  • Author(s): Ohkuma Takeshi、 Arai Noriyoshi
  • Organizer: 29th International Symposium on Chirality
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ru-KHMDS複合触媒を用いたアルデヒドのエナンチオ選択的トルフルオロメチル化反応 (2017)
  • Author(s): 山下 裕之、百合野 大雅、大熊 毅
  • Organizer: 日本化学会北海道支部2017年夏季研究発表会
• [Presentation] ルテニウム錯体触媒を用いたN-ベンジルイミン類の不斉水素化反応 (2017)
  • Author(s): 二村 美穂、新井 則義、大熊 毅
  • Organizer: 日本化学会秋季事業第7回CSJ化学フェスタ2017
• [Presentation] 形式的動的速度論分割を伴うアリルアルコール類の不斉水素化反応 (2017)
  • Author(s): 岡部 祐貴、新井 則義、大熊 毅
  • Organizer: 日本化学会秋季事業第7回CSJ化学フェスタ2017
• [Presentation] 形式的動的速度論分割を伴うアリルアルコール類の不斉水素化反応 (2017)
  • Author(s): 岡部 祐貴、新井 則義、大熊 毅
  • Organizer: 第６回錯体化学若手の会 北海道支部勉強会
• [Presentation] Asymmetric Hydrogenation and Isomerization Catalyzed by Chiral Ruthenium(II) Complexes (2017)
  • Author(s): Ohkuma Takeshi
  • Organizer: The 5th International Symposium on AMBITIOUS LEADER’S PROGRAM Fostering Future Leaders to Open New Frontiers in Meterials Science
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ルテニウム錯体触媒を用いたケトエステル類の不斉水素化反応 (2016)
  • Author(s): 川口 慶、難波孝則、新井則義、大熊 毅
  • Organizer: 第５回錯体化学若手の会 北海道支部勉強会
  • Place of Presentation: 北海道大学 (札幌市)
  • Year and Date: 2016-11-11
• [Presentation] ルテニウム(II)錯体触媒を用いたβ,β-二置換-α,β-不飽和ケトン類の連続不斉水素化反応 (2016)
  • Author(s): 小松 稜、佐藤裕典、新井則義、大熊 毅
  • Organizer: 第３３回有機合成化学セミナー
  • Place of Presentation: ヒルトンニセコビレッジ (北海道ニセコ町)
  • Year and Date: 2016-09-06
• [Presentation] ルテニウム錯体触媒を用いたケトエステル類の不斉水素化反応 (2016)
  • Author(s): 川口 慶、難波孝則、新井則義、大熊 毅
  • Organizer: 日本化学会北海道支部2016年夏季研究発表会
  • Place of Presentation: 室蘭工業大学 (室蘭市)
  • Year and Date: 2016-07-23
• [Presentation] オキサゾール類の光活性化を活用した立体選択的ピロリジン骨格構築手法の開発検討 (2016)
  • Author(s): 宇佐見宙樹、新井則義、大熊 毅
  • Organizer: 日本化学会北海道支部2016年夏季研究発表会
  • Place of Presentation: 室蘭工業大学 (室蘭市)
  • Year and Date: 2016-07-23
• [Presentation] ルテニウム(II)錯体触媒を用いたβ,β-二置換-α,β-不飽和ケトン類の連続不斉水素化反応 (2016)
  • Author(s): 小松 稜、佐藤裕典、新井則義、大熊 毅
  • Organizer: 第２８回万有札幌シンポジウム
  • Place of Presentation: 北海道大学 (札幌市)
  • Year and Date: 2016-07-02
• [Presentation] ルテニウム(ΙΙ)錯体触媒を用いたβ,β-二置換-α,β-不飽和ケトン類の連続不斉水素化反応 (2016)
  • Author(s): 小松 稜、佐藤裕典、新井則義、大熊 毅
  • Organizer: 日本化学会第９６春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学 京田辺キャンパス (京都市南区)
  • Year and Date: 2016-03-24
• [Presentation] Skewphos-diamine/Ru(II)錯体触媒を用いるN-ベンジルイミン類の不斉水素化反応 (2016)
  • Author(s): 山田莉奈、新井則義、松本祐樹、内海典之、堤 邦彦、大熊 毅
  • Organizer: 日本化学会第９６春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学 京田辺キャンパス (京都市南区)
  • Year and Date: 2016-03-24
• [Presentation] ルテニウム錯体触媒を用いたケトエステル類の不斉水素化反応 (2016)
  • Author(s): 難波孝則、新井則義、松本祐樹、大熊 毅
  • Organizer: 日本化学会第９６春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学 京田辺キャンパス (京都市南区)
  • Year and Date: 2016-03-24
• [Presentation] Asymmetric Hydrogenation and Isomerization with Chiral Ru(II) Catalysts (2016)
  • Author(s): Takeshi Ohkuma
  • Organizer: 5th UK-Japanese Symposium on Asymmetric Catalysis
  • Place of Presentation: マンチェスター大学 (マンチェスター 英国)
  • Year and Date: 2016-03-14
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Double Asymmetric Hydrogenation of β,β-Disubstituted α,β-Unsaturated Ketones Catalyzed by Ruthenium(II) Complexes (2016)
  • Author(s): Ryo Komatsu, Hironori Satoh, Noriyoshi Arai, Takeshi Ohkuma
  • Organizer: The 4th Frontier Chemistry Center International Symposium
  • Place of Presentation: 北海道大学 (札幌)
  • Year and Date: 2016-02-23
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ルテニウム錯体触媒を用いたβ,β-二置換α,β-不飽和ケトン類の不斉水素化反応 (2015)
  • Author(s): 小松 稜、佐藤裕典、新井則義、大熊 毅
  • Organizer: 日本化学会北海道支部2015年夏季研究発表会
  • Place of Presentation: 北海道教育大学函館校 (函館)
  • Year and Date: 2015-07-18
• [Presentation] Skewphos-diamine/Ru(II)錯体触媒を用いるN-ベンジルイミン類の不斉水素化反応 (2015)
  • Author(s): 山田莉奈、新井則義、大熊 毅
  • Organizer: 日本化学会北海道支部2015年夏季研究発表会
  • Place of Presentation: 北海道教育大学函館校 (函館)
  • Year and Date: 2015-07-18
• [Presentation] Practical Asymmetric Hydrogenation of Sterically Congested Aromatic Ketones with Polysubstituents on Aromatic Rings (2015)
  • Author(s): Takeaki Katayama, Noriyoshi Arai, Takanori Nanba, Kunihiko Murata, Kunihiko Tsutsumi, Takeshi Ohkuma
  • Organizer: The 3rd International Symposium on Process Chemistry
  • Place of Presentation: 京都国際会館 (京都市左京区)
  • Year and Date: 2015-07-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Enantioselective Cyanation Catalyzed by Ru Complex/Li Compound Combined Systems (2015)
  • Author(s): Takeshi Ohkuma
  • Organizer: The 6th Japanese-Sino Symposium on Organic Chemistry for Young Scientists
  • Place of Presentation: 秋保リゾート ホテルクレセント (仙台市太白区)
  • Year and Date: 2015-07-06
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Skewphos-diamine/Ru(II)錯体触媒を用いるN-ベンジルイミン類の不斉水素化反応 (2015)
  • Author(s): 山田莉奈、新井則義、大熊 毅
  • Organizer: 第２７回万有札幌シンポジウム
  • Place of Presentation: 北海道大学 (札幌)
  • Year and Date: 2015-07-04
• [Book] 有機合成実験法ハンドブック 第２版 (2015)
  • Author(s): 新井則義、大熊 毅
  • Total Pages: 8
  • Publisher: 丸善
• [Remarks] 日本化学会平成29年度「学術賞受賞者」ページ
  • URL: http://www.chemistry.or.jp/news/information/29-7.html
• [Remarks] 北海道大学研究者ホームページ
  • URL: http://researchers.general.hokudai.ac.jp/profile/ja.NdPJqMJLAsv96qNLmm41Sg==.html
• [Remarks] 有機合成化学研究室ホームページ
  • URL: http://labs.eng.hokudai.ac.jp/labo/orgsynth/
• [Remarks] 北海道大学フロンティア化学教育研究センター センター長ホームページ
  • URL: http://labs.eng.hokudai.ac.jp/FCC/
• [Remarks] Noyori on the 15th Anniversary of Nobel Prize
• [Remarks] 不斉シアノ化触媒市販開始（日本曹達・関東化学）
  • URL: http://www.kanto.co.jp/products/siyaku/organic_synthesis/asymmetric_cat/asymmetric_cyanation.html
• [Remarks] 均一系パラジウムナノ粒子触媒による水素化反応 ―シスアルケンとアミン類の選択的合成―
  • URL: http://www.mcip.hokudai.ac.jp/cms/cgi-bin/index.pl?page=contents&view_category_lang=1&view_category=1419
• [Patent(Industrial Property Rights)] アリルイソシアニド類の製造方法 (2017)
  • Inventor(s): 大熊 毅, 百合野大雅
  • Industrial Property Rights Holder: 北海道大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2017-035319
  • Filing Date: 2017-02-27