Development of Novel Boration Reactions based on Design and Control of Transition States

• Project/Area Number: 18K19390
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 47:Pharmaceutical sciences and related fields
• 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), 特任准教授 (40633392)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2019: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2018: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
• Keywords: ホウ素 / ケイ素 / 遷移状態 / ヘテロ元素 / π 共役系 / 複素芳香環 / 機能性材料 / ケミカルスペース / ジボリル化 / ボラフェナレン / B-PAH / 蛍光 / π共役系 / アルキン / カルボホウ素化 / 遷移状態制御

Outline of Final Research Achievements

Boron has been attracting much attention in the field of materials science and medicinal chemistry since it can form stable chemical bondings with carbon. I have worked on the studies focusing on boron-introducing methodologies to conjugated π-electron systems, that are the most important and fundamental chemical units in the above mentioned research fields. Theoretical chemistry-assisted minute designs of transition states of the targeted boration reactions enabled the synthesis of unprecedented boron-containing extended stilbene and 1-boraphenalenes. A novel hydrosilylation methodology leading to the formation of functionalized sila-aromatics was also discovered relatedly.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまでの機能性材料や医薬分子は炭素、酸素、水素、窒素をはじめとする基本的な元素で構築されてきたが、周期表横断型-縦断型の元素化学は多種多様の元素同士の無限の組み合わせにより、これまでにない機能をもたらすことができると考えられる。今回、本研究支援を基に申請者らは旧来の「求電子的」な手法に対し、「求核的」なアプローチにて芳香環をはじめとする π 共役系分子へのホウ素およびケイ素導入反応を開発し、従来法では合成することができなかった様々な骨格構築に成功した。こうして拓いた新しい化学空間は、新しい機能性材料や医薬品の探索研究に大きく貢献していくものと考えられる。

Research Products

• [Journal Article] Nucleophilic Activation of Hydrosilanes via a Strain-Imposing Strategy Leading to Functional Sila-aromatics (2021)
  • Author(s): Ikeuchi Toshiya、Hirano Keiichi、Uchiyama Masanobu
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 143 Issue: 13 Pages: 4879-4885
  • DOI: 10.1021/jacs.0c12619
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Inter‐Element Boration Reactions of Carbon‐Carbon Multiple Bonds via Lewis‐Basic Activation of Boron Reagents (2021)
  • Author(s): Hirano Keiichi、Uchiyama Masanobu
  • Journal Title: Advanced Synthesis & Catalysis Volume: 363 Issue: 9 Pages: 2340-2353
  • DOI: 10.1002/adsc.202001610
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nucleophilic Diboration Strategy Targeting Diversified 1‐Boraphenarene Architectures (2020)
  • Author(s): Hirano Keiichi、Morimoto Kensuke、Fujioka Shota、Miyamoto Kazunori、Muranaka Atsuya、Uchiyama Masanobu
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 59 Issue: 48 Pages: 21448-21453
  • DOI: 10.1002/anie.202009242
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Intramolecular Benzyne-Phenolate [4+2] Cycloadditions (2020)
  • Author(s): Takikawa Hiroshi、Nishii Arata、Takiguchi Hiromu、Yagishita Hirotoshi、Tanaka Masato、Hirano Keiichi、Uchiyama Masanobu、Ohmori Ken、Suzuki Keisuke
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: Just Accepted Issue: 30 Pages: 12440-12444
  • DOI: 10.1002/anie.202003131
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lipshutz-type Bis(amido)argentate for Directed ortho Argentation (2020)
  • Author(s): Noriyuki Tezuka, Keiichi Hirano, Andrew J. Peel, Andrew E. H. Wheatley, Kazunori Miyamoto, Masanobu Uchiyama
  • Journal Title: Chemical Sciences Volume: 11 Issue: 7 Pages: 1855-1861
  • DOI: 10.1039/c9sc06060j
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Direct, Chemo-, and Regioselective Cross-Coupling Reaction of Arenes via Sequential Directed ortho Cuprations and Oxidation (2019)
  • Author(s): Tezuka Noriyuki、Hirano Keiichi、Uchiyama Masanobu
  • Journal Title: Organic Letters Volume: 21 Issue: 23 Pages: 9536-9540
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.9b03719
  • Peer Reviewed
• [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
• [Presentation] 求核的ホウ素化による 1-ボラフェナレン合成の新戦略 (2020)
  • Author(s): 藤岡昌汰、森本賢介、平野圭一、内山真伸
  • Organizer: 日本薬学会第 141 年会（2021）
• [Presentation] 多彩なシロール類の合成を指向した新規 trans 選択的ヒドロシリル化反応の開発 (2020)
  • Author(s): 池内俊也、平野圭一、内山真伸
  • Organizer: 日本薬学会第140年会
• [Presentation] 求核的ホウ素化を基盤とするホウ素ドープ芳香族炭化水素類の新規合成法開発 (2020)
  • Author(s): 森本賢介、藤岡昌汰、平野圭一、内山真伸
  • Organizer: 日本化学会 第100春季年会（2020）
• [Presentation] 遷移金属触媒を用いないアルキンのヒドロシリル化による含ケイ素環状化合物の合成 (2019)
  • Author(s): 池内俊也、平野圭一、内山真伸
  • Organizer: 第9回CSJ化学フェスタ2019
• [Presentation] ホウ素ドープ芳香族炭化水素類を自在にデザインする新規合成戦略 (2019)
  • Author(s): 森本賢介、平野圭一、内山真伸
  • Organizer: 第45回反応と合成の進歩シンポジウム
• [Presentation] 多様な 1-ボラフェナレン類の合成を指向したアルキンの求核的ジボリル化反応 (2019)
  • Author(s): 森本 賢介、平野 圭一、内山 真伸
  • Organizer: 日本薬学会第 139 年会
• [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] 含ホウ素環状化合物合成の新展開と機能解析 (2018)
  • Author(s): 平野 圭一、永島 佑貴、野上 摩利菜、森本 賢介、原田 康平、谷岡 卓、村中 厚哉、内山 真伸
  • Organizer: 第 48 回複素環化学討論会