α,β‐不飽和カルボニル化合物への窒素求核剤の形式的1,3-付加反応

• Project/Area Number: 22K05121
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 33020:Synthetic organic chemistry-related
• Research Institution: Doshisha University
• Principal Investigator: 太田 哲男 同志社大学, 生命医科学部, 教授 (50213731)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 有機金属化学 / 有機合成化学 / Lewis酸 / ルテニウム錯体 / α位活性化 / 選択的反応 / 錯体触媒 / 新規触媒開発

Outline of Research at the Start

C=C結合へのアミンの付加反応は原子効率の高いアミン合成法として重要である．本研究では，その新手法として「α,β－不飽和カルボニル化合物中のC=C結合のα－炭素に窒素求核剤が付加する形式的1,3-付加反応」を提案・実現する．α,β－不飽和カルボニル化合物ではβ－位が求電子的であるが，本研究では，その求電子点をα位に移動させる．
その戦略は，アクリル酸誘導体のβ位に置換基を導入して，置換基と金属種との相互作用を起点としてC=C結合の電子の偏りを反転させるというものである．

Outline of Annual Research Achievements

α,β－不飽和カルボニル化合物への1,3‐付加反応は、従来の求核付加の選択性とは異なり、αアミノ酸の合成などの新たな方法論の確立となる。そのために、α位の反応性を高めることにより、2位や4位における求核付加とは異なる選択性の向上を目指して、以下の二つの方向性で反応の開発を試みた。
(1) β位に、金属にπ配位する芳香族を有するα,β－不飽和カルボニル化合物を合成し、その芳香族部分を金属に配位させることで、α位の反応性を制御して、反応の位置選択性を変化させる。
(2) β位に、Lewis酸に配位するヘテロ芳香族を有するα,β－不飽和カルボニル化合物を合成し、そのヘテロ芳香族部分をLewis酸金属に配位させることで、α位の反応性を制御して、反応の位置選択性を変化させる。
これらの方法論の検討を行った結果、（1）の方法論で得られたα,β－不飽和カルボニル化合物をルテニウムに配位させることで、新規ルテニウム錯体を得ることができた。そこで、求核剤（窒素求核剤や酸素求核剤）を反応させたところ、期待する反応の進行は見られていない。しかしながら、機器分析によると、期待できる化学シフトの値が得られ、電子的な環境は、α位の反応性向上を示していることから、さらに、反応の検討を進めていく予定である。
また、（2）の方法論で得られたβ位にピリジン環を有する化合物の合成にも成功した。この化合物を亜鉛トリフラート存在下にモルホリンと反応させたところ、主生成物としてα位に付加が起こった生成物が得られることを見出した。なお、ピリジン環の結合位置によってはそのような選択性が見られないことを明らかとなり、Lewis酸による反応制御が可能であることを示した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

上記概要に示した通り、本研究は二つの方法論で進めており、再度示すと
(1) β位に、金属にπ配位する芳香族を有するα,β－不飽和カルボニル化合物を合成し、その芳香族部分を金属に配位させることで、α位の反応性を制御して、反応の位置選択性を変化させる。(2) β位に、Lewis酸に配位するヘテロ芳香族を有するα,β－不飽和カルボニル化合物を合成し、そのヘテロ芳香族部分をLewis酸金属に配位させることで、α位の反応性を制御して、反応の位置選択性を変化させる。
その結果、（1）の方法論で得られたα,β－不飽和カルボニル化合物をルテニウムに配位させることで、新規ルテニウム錯体を得ることができた。そこで、求核剤（窒素求核剤や酸素求核剤）を反応させたところ、期待する反応の進行は見られていない。しかしながら、機器分析によると、期待できる化学シフトの値が得られ、電子的な環境は、α位の反応性向上を示していることから、さらに、反応の検討を進めていく予定である。
また、（2）の方法論で得られたβ位にピリジン環を有する化合物の合成にも成功した。この化合物を亜鉛トリフラート存在下にモルホリンと反応させたところ、主生成物としてα位に付加が起こった生成物が得られることを見出した。なお、ピリジン環の結合位置によってはそのような選択性が見られないことを明らかとなり、Lewis酸による反応制御が可能であることを示した。
以上、反応の選択性については、肯定的な方向性が示されていることから、おおむね良好であると判断している。

Strategy for Future Research Activity

再度二つの方向性を記す。
(1) β位に、金属にπ配位する芳香族を有するα,β－不飽和カルボニル化合物を合成し、その芳香族部分を金属に配位させることで、α位の反応性を制御して、反応の位置選択性を変化させる。
(2) β位に、Lewis酸に配位するヘテロ芳香族を有するα,β－不飽和カルボニル化合物を合成し、そのヘテロ芳香族部分をLewis酸金属に配位させることで、α位の反応性を制御して、反応の位置選択性を変化させる。

（1）の方法論では、電子的な環境は、α位の反応性向上を示していることから、さらに、反応の検討を進めていく予定である。
また、（2）の方法論では、主生成物としてα位に付加が起こった生成物が得られることを見出した。なお、ピリジン環の結合位置によってはそのような選択性が見られないことを明らかとなり、Lewis酸による反応制御が可能であることを示した。このことから、反応を制御する要因を明らかにするとともに、合成反応としての可能性を模索していく予定である。