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Development of Asymmetric Oxidation Reactions Based on Precise Design of Enzyme-inspired Redox-active Chiral Polydentate Ligands

Research Project

Project/Area Number 23K27289
Project/Area Number (Other) 23H02598 (2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023)
Section一般
Review Section Basic Section 47010:Pharmaceutical chemistry and drug development sciences-related
Basic Section 47050:Environmental and natural pharmaceutical resources-related
Sections That Are Subject to Joint Review: Basic Section47010:Pharmaceutical chemistry and drug development sciences-related , Basic Section47050:Environmental and natural pharmaceutical resources-related
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

笹野 裕介  東北大学, 薬学研究科, 講師 (10636400)

Project Period (FY) 2023-04-01 – 2027-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥18,850,000 (Direct Cost: ¥14,500,000、Indirect Cost: ¥4,350,000)
Fiscal Year 2026: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2025: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2023: ¥9,490,000 (Direct Cost: ¥7,300,000、Indirect Cost: ¥2,190,000)
Keywords不斉酸化反応 / ニトロキシルラジカル / 酵素模倣金属錯体 / 金属錯体 / 非ヘム鉄
Outline of Research at the Start

酸化反応は有機合成化学における重要反応であるが、高度な環境調和性、化学選択性、エナンチオ選択性を兼ね備える反応条件は、ごく僅かに限られる。これまで申請者らは、アザアダマンタン型ニトロキシルラジカルを基盤とした多座配位型キラルニトロキシルラジカルと銅の協奏触媒が、室温・常圧空気という穏和な条件下に高い化学選択性とエナンチオ選択性でアルコールを酸化的に分割することを見出した。本申請研究では、本触媒の構造展開により、「レドックス活性キラル多座配位子」の学理の拡張を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

申請書に記載した計画に従って、キラルオキサゾリンと配位性官能基をオルトベンゼンで架橋したキラル三座配位型AZADOの合成を行った。N-Boc-ブロモ-L-フェニルアラニンを出発物質として、ベンズイミダゾールの直接的C-Hアリール化による配位性官能基の導入を試みたが、本反応が効率的に進行する条件の同定には至らなかった。そこで、異なる合成経路を検討した。すなわち、アリールブロミドをホルミル化した後、ジアミンとの縮合と酸化によって配位性官能基を導入した。その後、アミノアルコールへと変換し、アザアダマンタンカルボン酸塩化物との縮合、オキサゾリン環の構築、Ns基の脱保護とアミンのニトロキシルラジカルへの酸化を行い、数種の新規キラル三座配位型AZADOの合成を完了した。
合成した新規キラル三座配位型AZADOのラセミ第二級アルコールの酸化的速度論的光学分割(OKR)に対する活性を評価した。モデル基質としてトランス体とシス体のフェニルシクロヘキサノールを用いた。トランス体ではいずれの触媒においても反応速度が遅く、低い変換率に止まったが、エナンチオ選択性の発現が確認された。シス体では、いずれの触媒においてもエナンチオ選択性の発現は確認できなかった。さらに条件最適化を行い、触媒3 mol%, 銅塩6 mol%, 塩基12 mol%を用いる条件を最適条件とした。最適条件を用いて基質を検討した。フェニル基上に置換基をもつトランス-2-(ベンゾイルオキシ)シクロヘキサノール基質で最も良好な変換率とエナンチオ選択性が得られ、その反応速度比は3.43であった。
不斉アジリジン化反応の開発については、シリルオキシベンゾフラン基質に対して、銅触媒を用いる条件が有効に機能することを見出した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

申請書に記載したとおりの設計で、数種のキラルオキサゾリンと配位性官能基をオルトベンゼンで架橋した新規キラル三座配位型AZADOの合成を完了した。また、これまで報告者らは専らラセミ第二級アルコールの酸化的速度論的光学分割を検討してきたが、本研究では計画通り不斉アジリジン化反応の開発に向けた萌芽的知見を得ることが出来た。

Strategy for Future Research Activity

当初設計したキラルオキサゾリンと配位性官能基をオルトベンゼンで架橋した三座配位型AZADOでは、現在のところ高いエナンチオ選択性を発現する触媒の獲得には至っていない。よって、2年目は、引き続き上記触媒の構造最適化に取り組むと同時に、さらにキラル二座配位子を組み合わせる条件も検討する予定である。
銅触媒を用いるシリルオキシベンゾフランのアジリジン化においては、既知のキラル二座配位子を中心に配位子の構造展開を行い、高いエナンチオ選択性を発現する配位子の獲得を目指す。

Report

(1 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • Research Products

    (28 results)

All 2024 2023 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 4 results) Presentation (20 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 7 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Electrochemical Characterization of a Novel Organoelectrocatalyst, 7-Azabicyclo[2.2.1]heptan-7-ol (ABHOL), and Its Application to Electrochemical Sensors2024

    • Author(s)
      Masaki Toda, Kyoko Sugiyama, Fumiya Sato, Yusuke Sasano, Tsutomu Fujimura, Yoshiharu Iwabuchi, Katsuhiko Sato
    • Journal Title

      Chemical and Pharmaceutical Bulletin

      Volume: 72 Issue: 3 Pages: 249-252

    • DOI

      10.1248/cpb.c23-00710

    • ISSN
      0009-2363, 1347-5223
    • Year and Date
      2024-03-01
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    • Author(s)
      Fujiki Shogo、Takada Takumi、Nagasawa Shota、Okada Hiroshi、Sasano Yusuke、Kwon Eunsang、Matsuo Yutaka、Iwabuchi Yoshiharu
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 59 Issue: 9 Pages: 1237-1240

    • DOI

      10.1039/d2cc06301h

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    • Author(s)
      Tateishi Yuki、Sato Ryo、Komatsu Shingo、Noguchi Masatsugu、Nagasawa Shota、Sasano Yusuke、Kanoh Naoki、Iwabuchi Yoshiharu
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 62 Issue: 29 Pages: 1-6

    • DOI

      10.1002/anie.202303140

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    • Author(s)
      Ono T, Sato F, Kumano M, Komatsu S, Sugiyama K, Watanabe K, Yoshida K, Sasano Y, Fujimura T, Iwabuchi Y, Kashiwagi Y, Sato K.
    • Journal Title

      Anal Sci.

      Volume: 39 Issue: 10 Pages: 1771-1775

    • DOI

      10.1007/s44211-023-00388-4

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    • Author(s)
      Yuse Kuriyama, Yusuke Sasano, Yoshiharu Iwabuchi
    • Journal Title

      Frontiers in Chemistry

      Volume: 11 Pages: 1251299-1251299

    • DOI

      10.3389/fchem.2023.1251299

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    • Author(s)
      Masaki Nishijima, Yusuke Sasano, Yoshiharu Iwabuchi, Yasuyuki Araki
    • Journal Title

      ACS Omega

      Volume: 8 Issue: 51 Pages: 49067-49072

    • DOI

      10.1021/acsomega.3c06902

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      笹野裕介、大城彩里、吉永昌平、權垠相、梶本真司、荒木保幸、高橋昌也、佐藤勝彦、信田尚毅、跡部真人、岩渕好治
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      阿久津周平、笹野裕介、岩渕好治
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      日本薬学会第144年会
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      嶋林春樹、笹野裕介、佐々木稜太、岩渕好治
    • Organizer
      第12回JACI/GSCシンポジウム
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  • [Presentation] ニトロキシルラジカル触媒による第三級アミンの空気酸化的脱アルキル化反応2023

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      笹野裕介
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      Yuki Tateishi, Ryo Sato, Shingo Komatsu, Masatsugu Noguchi, Shota Nagasawa, Yusuke Sasano, Naoki Kanoh and Yoshiharu Iwabuchi
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      ACS Meeting Fall 2023
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  • [Presentation] Chemoselective Aerobic Alcohol Oxidation by Nitroxyl Radical/Copper Cooperative Catalysis2023

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      Yusuke Sasano
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  • [Presentation] Chemoselective Aerobic Alcohol Oxidation by Nitroxyl Radical/Copper Cooperative Catalysis2023

    • Author(s)
      Yusuke Sasano
    • Organizer
      JISEDAI Symposium Lectureship Award Lecture at HKU
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  • [Presentation] Chemoselective Aerobic Alcohol Oxidation by Nitroxyl Radical/Copper Cooperative Catalysis2023

    • Author(s)
      Yusuke Sasano
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      Yusuke Sasano
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      JISEDAI Symposium Lectureship Award Lecture at HKUST
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  • [Presentation] ニトロキシルラジカル触媒を用いる選択的酸化反応の開発2023

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      笹野裕介
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      長崎大学 Green Chemistry Lecture
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  • [Presentation] La(OTf)3-catalyzed regioselective intramolecular aminolysis of 3,4-epoxy amines2023

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      Yuse Kuriyama, Shun-ichiro Uesugi, Yoshihiko Hoshino, Yusuke Sasano, Yoshiharu Iwabuchi
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      令和5年度化学系学協会東北大会及び日本化学会東北支部80周年記念国際会議
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    • Author(s)
      Shuhei Akutsu, Yusuke Sasano, Mengxuan Zhang, Takeharu Yoshii, Haruki Shimabayashi, Yoshiharu Iwabuchi
    • Organizer
      令和5年度化学系学協会東北大会及び日本化学会東北支部80周年記念国際会議
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      Yusuke Sasano, Yuse Kuriyama, Shun-ichiro Uesugi, Yoshihiko Hoshino, Yoshiharu Iwabuchi
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      28th French-Japanese Symposium on Medicinal & Fine Chemistry
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      28th French-Japanese Symposium on Medicinal & Fine Chemistry
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      大城彩里、笹野裕介、高橋昌也、佐藤勝彦、權垠相、岩渕好治
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      第16回有機触媒シンポジウム
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  • [Remarks] 合成制御化学分野

    • URL

      http://www.pharm.tohoku.ac.jp/~gousei/synthetic/index.php

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  • [Patent(Industrial Property Rights)] テトラゼン化合物、テトラゼンラジカル塩化合物、テトラゼン型アルコール酸化触媒、テトラゼンラジカル塩型アルコール酸化触媒、およびそれを用いたアルコール酸化方法2023

    • Inventor(s)
      笹野裕介、岩渕好治、大城彩里、權垠相
    • Industrial Property Rights Holder
      笹野裕介、岩渕好治、大城彩里、權垠相
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2023-185949
    • Filing Date
      2023
    • Related Report
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URL: 

Published: 2023-04-18   Modified: 2024-12-25  

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