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Aerobic C(sp3)-H functionalization for the synthesis of heterocyclic compounds

Research Project

Project/Area Number 21K06470
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 47010:Pharmaceutical chemistry and drug development sciences-related
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology (2023)
Tohoku University (2021-2022)

Principal Investigator

Kumada Kanako  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (30748504)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywords炭素-水素結合官能基化 / 複素環化合物 / 銅触媒 / 分子状酸素 / フェナントリジン / スルタム / イソキサゾリン / ベンゾラクトン / 遷移金属触媒
Outline of Research at the Start

遷移金属触媒を用いたsp3炭素-水素結合の直截的な官能基化による複素環化合物の合成法は,アトムエコノミー(原子効率)・ステップエコノミー(短工程)に優れた有用な手法である.本研究では,銅と酸素分子から形成される copper-oxo 錯体を用いた分子内sp3炭素-水素結合官能基化によって,複素環化合物の新規合成法の開発を行う.本反応の実現によって,効率的かつ環境調和性に優れた複素環化合物の合成が可能となり,革新的な化学プロセスが構築できる.

Outline of Final Research Achievements

C(sp3)-H oxidative functionalization is of great importance in modern
organic chemistry because it enables straightforward transformation of organic compounds. Most of existing methods require the use of stoichiometric amount of oxidants such as hypervalent iodines and peroxides. From economical and environmental aspects, molecular oxygen is considered to be an ideal oxidant because of its low cost and the generation of water as a by-product. In this study, we developed copper-catalyzed aerobic C(sp3)-H functionalization of aniline derivatives for the syntheses of phenanthridines.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

分子状酸素を酸化剤として用いたC(sp3)-H結合の官能基化により,複素環化合物であるフェナントリジンの実用的な合成法を確立することができた.本手法は今後様々な複素環骨格構築法に応用していくことができると考えている.また,本研究成果により,直截的に生理活性物質や機能性材料の基本骨格として多く存在する複素環化合物を効率的かつ環境調和的に合成することが可能になると考えられ,医学・薬学・材料科学等の広範な分野に大きく貢献できる.

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (26 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 1 results) Presentation (20 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 5 results)

  • [Journal Article] Copper‐Catalyzed Aerobic Benzylic Csp3-H Oxidation of Unprotected Aniline Derivatives for the Synthesis of Phenanthridines2024

    • Author(s)
      Nozawa‐Kumada Kanako、Matsuzawa Yuta、Hayashi Masahito、Kobayashi Takumi、Shigeno Masanori、Yada Akira、Kondo Yoshinori
    • Journal Title

      Advanced Synthesis & Catalysis

      Volume: - Issue: 10 Pages: 2241-2245

    • DOI

      10.1002/adsc.202400059

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  • [Journal Article] Copper-Catalyzed Intramolecular Olefinic C(sp2)-H Amidation for the Synthesis of γ-Alkylidene-γ-lactams2023

    • Author(s)
      Nozawa-Kumada Kanako、Hayashi Masahito、Kwon Eunsang、Shigeno Masanori、Yada Akira、Kondo Yoshinori
    • Journal Title

      Molecules

      Volume: 28 Issue: 18 Pages: 6682-6682

    • DOI

      10.3390/molecules28186682

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Transition‐Metal‐Free Intermolecular Hydrocarbonation of Styrenes Mediated by NaH/1,10‐Phenanthroline2023

    • Author(s)
      Nozawa‐Kumada Kanako、Onuma So、Ono Kanako、Kumagai Tomohiro、Iwakawa Yuki、Sato Katsuhiko、Shigeno Masanori、Kondo Yoshinori
    • Journal Title

      Chemistry - A European Journal

      Volume: 29 Issue: 18

    • DOI

      10.1002/chem.202203143

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  • [Journal Article] Copper-catalyzed aerobic benzylic C(sp3)-H lactonization of 2-alkylbenzamides via N-centered radicals2022

    • Author(s)
      Nozawa-Kumada Kanako、Ono Kanako、Kurosu Satoshi、Shigeno Masanori、Kondo Yoshinori
    • Journal Title

      Organic & Biomolecular Chemistry

      Volume: - Issue: 30 Pages: 5948-5952

    • DOI

      10.1039/d2ob00281g

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  • [Journal Article] Copper-catalyzed aerobic double functionalization of benzylic C(sp3)-H bonds for the synthesis of 3-hydroxyisoindolinones2021

    • Author(s)
      Kanako Nozawa-Kumada, Yuta Matsuzawa, Kanako Ono, Masanori Shigeno, Yoshinori Kondo
    • Journal Title

      Chem. Commun.

      Volume: 57 Issue: 69 Pages: 8604-8607

    • DOI

      10.1039/d1cc02870g

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      Kanako Nozawa-Kumada, Koto Noguchi, Tomoya Akada, Masanori Shigeno, Yoshinori Kondo
    • Journal Title

      Org. Lett.

      Volume: 23 Issue: 17 Pages: 6659-6663

    • DOI

      10.1021/acs.orglett.1c02218

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      林 雅人,熊田 佳菜子,根東 義則
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      林 雅人,熊田 佳菜子,根東 義則
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  • [Presentation] Reductive Transformations by Organic Electron Donors2022

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      Kanako Nozawa-Kumada, Erina Abe, Shungo Ito, Yuki Iwakawa, Koto Noguchi, So Onuma, Yoshinori Kondo
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      International Symposium on Pure & Applied Chemistry Kota Kinabalu 2022
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  • [Presentation] HSiEt3/I2によるアルキンの触媒的水素化反応の開発2022

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      赤田 智弥,野口 小都,熊田 佳菜子,根東 義則
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      第61回日本薬学会東北支部大会
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  • [Presentation] Copper-Catalyzed Aerobic C(sp3)-H Functionalization for the Synthesis of Heterocycles2022

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      Kanako Nozawa-Kumada, Yuta Matsuzawa, Kanako Ono, Takumi Kobayashi, Yoshinori Kondo
    • Organizer
      The 11th Singapore International Chemistry Conference
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  • [Presentation] 水素移動および電子移動を利用した新規分子変換プロセスの開発2022

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      熊田 佳菜子
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      赤田 智弥,野口 小都,熊田 佳菜子,根東 義則
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    • Organizer
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      Kanako Nozawa-Kumada
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  • [Presentation] Intramolecular C(sp2)-H amidation via nitrogen-centered-radical intermediates2021

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      Masahito Hayashi, Kanako Nozawa-Kumada, Yoshinori Kondo
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  • [Presentation] 分子状酸素を用いた銅触媒 C(sp3)-H 結合官能基化による複素環化合物合成法の開発2021

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      熊田 佳菜子,松澤 雄太,小野 可南子,小林 拓海,根東 義則
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      林 雅人,熊田 佳菜子,根東 義則
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      第60回日本薬学会東北支部大会
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      小林 拓海,松澤 雄太,熊田 佳菜子,根東 義則
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      熊田 佳菜子,松澤 雄太,小野 可南子,小林 拓海,根東 義則
    • Organizer
      第54回酸化反応討論会
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Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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