Merging Theoretical and Experimental Chemistry towards Introduction of Fluorinated Functional Groups

• Project/Area Number: 16H06214
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Chemical pharmacy
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Hirano Keiichi 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 助教 (40633392)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥25,610,000 (Direct Cost: ¥19,700,000、Indirect Cost: ¥5,910,000); Fiscal Year 2018: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2017: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000); Fiscal Year 2016: ¥14,170,000 (Direct Cost: ¥10,900,000、Indirect Cost: ¥3,270,000)
• Keywords: フッ素 / 芳香族メタル化 / 銅 / 銀 / 芳香環 / メタル化 / パーフルオロアルキル化 / パーフルオロアルキル / 銅アート / 銀アート / 医薬品 / 機能性分子 / 理論化学

Outline of Final Research Achievements

Efficient chemical processes for introduction of fluorine-containing functional groups are of highly importance since fluorine is widely found among pharmaceuticals and functional materials. We have conducted a research dealing with aromatic perfluoroalkylation on the basis of deprotonative matalation of arenes with transition metal-based amide ate bases. Arylcopper species generated by deprotonative metalation were found to be perfluoroalkylated in combination with perfluoroalkyliodanes. In addition, we also worked on development of novel deprotonative metalation methodology in order to improve the process above. A silver ate base was newly designed and found to be highly reactive and chemoselective in deprotonative metalation reaction.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

申請者ら独自のアミド型銅アート塩基を用いた芳香環のメタル化反応を基盤として多種多様な（ヘテロ）芳香環に嵩高い RF 基を導入する手法の確立に取り組み一定の成果を得たが、高収率で目的物を得るには至らなかった。そこで全く新しいメタル化反応として、芳香環の直接的銀化反応を開発し、生じるアリール銀を用いる方針を立てた。申請者らが設計した TMP2Ag(CN)Li2 は複雑に官能基化された芳香環でも速やかに銀化できることを見出した。 アリール銀の発生法ならびに反応性の化学はまだまだ未開拓であるが、本成果により簡便にアリール銀が発生できるようになったので、これを契機に研究が活発化すると考えられる。

Research Products

• [Journal Article] Alkynylboration Reaction Leading to Boron-Containing π-Extended cis-Stilbenes as a Highly Tunable Fluorophore (2019)
  • Author(s): Nogami Marina、Hirano Keiichi、Morimoto Kensuke、Tanioka Masaru、Miyamoto Kazunori、Muranaka Atsuya、Uchiyama Masanobu
  • Journal Title: Organic Letters Volume: 21 Issue: 9 Pages: 3392-3395
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.9b01132
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Diaryl-λ3-chloranes: Versatile Synthesis and Unique Reactivity as Aryl Cation Equivalent (2019)
  • Author(s): Nakajima Misuzu、Miyamoto Kazunori、Hirano Keiichi、Uchiyama Masanobu
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 141 Issue: 16 Pages: 6499-6503
  • DOI: 10.1021/jacs.9b02436
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lewis 塩基によるホウ素試薬の活性化を基盤としたホウ素化反応の開発 (2018)
  • Author(s): 内山 真伸、平野 圭一
  • Journal Title: Organometallic News Volume: - Pages: 2-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 三重結合のトランス選択的官能基化 ～擬分子内型活性化によるトランス選択的エレメントホウ素化反応 (2018)
  • Author(s): 平野 圭一、内山 真伸
  • Journal Title: 化学 Volume: 73 Pages: 64-65
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 理論計算が拓く新反応開発 - 遷移金属を用いないアルキニルホウ素化反応 (2018)
  • Author(s): 平野圭一、内山真伸
  • Journal Title: 化学 Volume: 73 Pages: 64-65
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lewis 塩基によるホウ素試薬の活性化を基盤としたホウ素化反応の開発 (2018)
  • Author(s): 内山真伸、平野圭一
  • Journal Title: Organometallic News Volume: 1 Pages: 2-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mechanistic Study on Aryl-Exchange Reaction of Diaryl-λ3-iodane with Aryl Iodide (2017)
  • Author(s): Masumoto Yui、Miyamoto Kazunori、Iuchi Takuto、Ochiai Masahito、Hirano Keiichi、Saito Tatsuo、Wang Chao、Uchiyama Masanobu
  • Journal Title: J. Org. Chem. Volume: 83 Issue: 1 Pages: 289-295
  • DOI: 10.1021/acs.joc.7b02701
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Transition Metal-Free trans-Selective Alkynylboration of Alkynes (2017)
  • Author(s): Nogami Marina、Hirano Keiichi、Kanai Misae、Wang Chao、Saito Tatsuo、Miyamoto Kazunori、Muranaka Atsuya、Uchiyama Masanobu
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 139 Issue: 36 Pages: 12358-12361
  • DOI: 10.1021/jacs.7b06212
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Iodoarene-catalyzed oxidative transformations using molecular oxygen (2017)
  • Author(s): Miyamoto K.、Yamashita J.、Narita S.、Sakai Y.、Hirano K.、Saito T.、Wang C.、Ochiai M.、Uchiyama M.
  • Journal Title: Chem. Commun. Volume: 53 Issue: 70 Pages: 9781-9784
  • DOI: 10.1039/c7cc05160c
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 元素の特性を活かしたヘテロ原子導入法の開発：実験化学と理論計算のシナジー (2018)
  • Author(s): 平野 圭一
  • Organizer: オルガノメタリックセミナー
  • Invited
• [Presentation] 11 族元素アート錯体を利用した芳香族 C-H 結合の直接的変換反応の開発 (2018)
  • Author(s): 手塚 則亨、平野 圭一、内山 真伸
  • Organizer: 第 44 回反応と合成の進歩シンポジウム
• [Presentation] 新たな蛍光分子の創製を指向したアルキニルアミドのアルキニルホウ素化反応 (2018)
  • Author(s): 野上 摩利菜、森本 賢介、平野 圭一、谷岡 卓、宮本 和範、村中 厚哉、内山 真伸
  • Organizer: 第 29 回基礎有機化学討論会
• [Presentation] 求核的ホウ素を用いた新規含ホウ素環状化合物の合成開発とその応用 (2018)
  • Author(s): 森本 賢介、平野 圭一、内山 真伸
  • Organizer: 第 8 回 CSJ 化学フェスタ 2018
• [Presentation] ヘテロ原子導入反応を指向したアニオン型分子活性化法の開発 (2018)
  • Author(s): 平野 圭一
  • Organizer: 日本化学会第 98 春季年会
  • Invited
• [Presentation] 遷移状態制御による三重結合のアルキニルホウ素化反応 (2017)
  • Author(s): 野上摩利菜、平野圭一、内山真伸
  • Organizer: 第 43 回反応と合成の進歩シンポジウム
• [Presentation] Novel Accesses to Boron-containing Cycles and Related Structures (2017)
  • Author(s): Keiichi Hirano, Masanobu Uchiyama
  • Organizer: ISHC 2017, Regensburg
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 実験化学と理論計算化学が拓くヘテロ原子導入反応 (2017)
  • Author(s): 平野圭一
  • Organizer: フルオラス科学研究会第 10 回シンポジウムプログラム
  • Invited