窒素－ハロゲン結合の制御活性化に基づく無触媒多才アミノ化法の開拓
| Project/Area Number |
23K23346
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| Project/Area Number (Other) |
22H02078 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 33020:Synthetic organic chemistry-related
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
南方 聖司 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (90273599)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
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| Keywords | アミノ化 / イオン / ラジカル / イオン反応 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、未だ見出されていない窒素原子の潜在的な反応性を引き出すべく、窒素－ハロゲン結合を有する化学種を設計・調製し、窒素をイオン的およびラジカル的に反応させる方法論の開拓に取り組む。本提案では、Csp2-HおよびCsp3-Hのアミノ化を窒素－ハロゲン結合を有する試剤を活用して実現させるものであり、これまで遷移金属や光レドックス触媒等（貴重な金属触媒を含む）を必要としていた反応を無触媒で進行させる、およびこれまで困難であった反応を生起させる等、多才なアミノ化反応の開発に主眼をおいている。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、これまで殆ど知られていない化学修飾によって窒素原子を活性化し、その制御を緻密に行うことで、イオン的およびラジカル的に化学反応をコントロールして多才なアミノ化反応を見出すことを目的としており、その化学修飾としては、窒素とハロゲンの結合を有し、そのハロゲンを活性化するためにさらに電子求引基を窒素原子に導入した反応剤を設計し、二電子および一電子反応に応用する。当該年度はまずイオン的なアミノ化の反応としてアルキルアミン合成の反応系の確立を目指した。アルキル求電子剤と反応する窒素求核剤を設計する。ある程度の窒素の求核力を担保するために、除去が容易な電子求引基をtert-ブトキシカルボニル基（Boc基）とし、もう1つの窒素上の置換基にハロゲンを導入し、過剰反応が進行しない窒素求核剤の合成ができた。アルキル求電子剤としてアルキルトシラートを用いたところ、SN2 型で反応が進行し、窒素にBoc基が置換したアミノ化に成功した。予想通り、over reactionも進行せず、第一級アミン等価体を容易に調製することができた。事実、チオ硫酸ナトリウム水溶液で分液処理するだけで、ハロゲンが除去でき、酸性条件でBoc基を外して第一級アミンへと導けた。また、Boc基が置換した状態で、弱い塩基で水素を引き抜きアルキルトシラートに作用させたところ、容易に第二級アミンへと誘導できた。別の方法として、同じBoc基が置換した窒素に２つの塩素基を導入した窒素求電子剤を合成した。このジクロロ誘導体の赤外吸収スペクトルは1755 cm-1の吸収があり、窒素の非共有電子対と共役していないカルボニルの吸収であった。これに対して求核剤（ギルマン試薬や有機亜鉛試薬などの有機金属試薬）との反応を試みているが、現時点では目的物がえられていない
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当該年度に目標としていたイオン的なアミノ化反応は、十分達成することができ、従来のアミノ化を凌駕できる方法論を確立することができた。Boc基が置換したクロラミン塩を予め調製する必要はあるが、我々が独自に開発したジア塩素酸ナトリウム５水和物とBocアミンを反応させることで容易に合成できた。また、この反応で得られた第一級アミン等価体（Boc基が置換したアルキルアミン）はBoc基を外せば、第一級アミンとなり、外す前に塩基とアルキル求電子剤と反応させることで、第二級アミンへと導け、多彩なアミン誘導体を極めた単純な方法で合成できる方法論を確立した。一方、上記反応とは逆の発想で、２つの塩素基とBoc基が置換したアミンを求電子剤とし、炭素求核剤を作用することで、アミン類を合成しようと試みたが、現時点では、２つの塩素基とBoc基が置換したアミンを求電子剤の合成は実現できたが、目論んだ反応は生起していない。溶媒や温度などの反応条件を精査する必要がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は、昨年実現できなかった求電子的な窒素源を用いるアミノ化反応を、反応条件や添加剤を精査することで実現させることと並行して、計画調書に記したα,β-不飽和カルボニル化合物の直接的なジアミノ化反応の開発にも取り組む。応募者は、不活性なアルケンのヨウ素触媒によるジアミノ化を開発し最近報告している。この反応は、窒素に2つのハロゲン原子が置換した活性種が鍵となっているが、電子が不足したアルケンとは全く反応しなかった。α,β-ジアミノ酸骨格は、生理活性を示す天然物に多く含まれることから、α,β-不飽和カルボニル化合物の直接的なジアミノ化反応の開発は非常に意義深い。本提案の予備的知見を得る実験を既に進めており、クロトン酸エステルのα,β-ジアミノ化反応が、ジブロモノシルアミドとそのナトリウム塩の共存下で進行することを見出している。この反応において、ジブロモノシルアミドは１当量、そのナトリウム塩でありクロラミンNsが２当量で目的の反応が中程度の収率で進行していたが、理論的にはジブロモノシルアミドは触媒量でいいはずである。この点を重点的に検証し、本電子不足アルケンのジアミノ化反応が、環状ブロモニウムイオン経由で進行することも確かめる。また、反応の立体化学も生成物のスペクトルやX線結晶構造解析などを活用して決定する。さらに、本反応の一般性を高めるために、α,β-不飽和エステル、α,β-不飽和アミド、α,β-不飽和ケトンに対してその適用範囲を確かめる。
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Report
(1 results)
Research Products
(10 results)
