Selective Deprotonative C-H Functionalization of Aromatic Compounds Using Highly Reactive CsHMDS Catalyst

• Project Area: Precise Formation of a Catalyst Having a Specified Field for Use in Extremely Difficult Substrate Conversion Reactions
• Project/Area Number: 16H00997
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 根東 義則 東北大学, 薬学研究科, 教授 (90162122)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2017: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2016: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: 系内発生アミド塩基 / 芳香環 / 脱プロトン化 / C-H修飾反応 / 芳香複素環 / ケイ素化反応 / CsHMDS / 芳香族 / C-H修飾 / 官能基選択性 / 脱プロトン化反応 / 複素環化合物 / 芳香族求核置換 / 官能基 / 触媒反応 / HMDSアミド塩基 / ホルミル化

Outline of Annual Research Achievements

これまでに開発した系内発生HMDSアミドを用いるC-H修飾反応と系内発生トリフルオロメチルアニオン触媒によるC-Hケイ素化反応についての成果を報告する。これまでTMS3Nと種々のフッ化物イオン供与体から系内で発生したHMDS塩基を触媒とする芳香族C-Hの分子変換反応について検討を行ってきた。溶媒として用いるDMFを親電子剤として反応させることにより芳香環の直接C-Hホルミル化が進行することを見出した。この中で、セシウムカチオン以外にもトリメチルアンモニウムカチオンも有効であることが判明し、基質によっては後者の反応系の方が優れていることが明らかになった。また芳香環上のC-H以外にも芳香環上のメチル基のC-H修飾反応についても可能性を模索し、TMS3NとTMAFから系内発生するトリメチルアンモニウムHMDSを用いることにより以下のようなベンジル位のC-H修飾に成功した。このC-HのpKaの値は38とかなり酸性度が低いにも関わらず脱プロトン化が進行しておりさらに幅広い基質への適用が期待される。このベンジル位の新しいC-H修飾についても環上の官能基の高い共存性が確認されており、さらに基質適用範囲を明らかにするために検討を進めている。またRuppert試薬とフッ化物イオンを用いる芳香環上の新規C-Hケイ素化の触媒システムの開発を行った。この反応においては高い官能基選択性が認められ、特にニトロ基の隣接位のC-Hケイ素化は他の手法においては難易度の高い変換反応であると考えられる。この反応はフッ素原子の置換した隣接位において円滑に進行することが明らかとなり、中でも二つのフッ素原子で挟まれた部位においては種々の官能基を有する基質で良好な収率でケイ素化が進行した。また末端アルキン類のC-Hケイ素反応も円滑に進行することが判明した。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ノルマンディー大学(フランス)
• [Int'l Joint Research] ルーアン大学IRCOF研究所(フランス)
• [Journal Article] Sodium Phenoxide Mediated Hydroxymethylation of Alkynylsilanes with N-[(Trimethylsiloxy)methyl]phthalimide (2017)
  • Author(s): Asano Narumi、Sasaki Keita、Chataigner Isabelle、Shigeno Masanori、Kondo Yoshinori
  • Journal Title: European Journal of Organic Chemistry Volume: 2017 Issue: 46 Pages: 6926-6930
  • DOI: 10.1002/ejoc.201701440
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Deprotonative Silylation of Aromatic C-H Bonds Mediated by a Combination of Trifluoromethyltrialkylsilane and Fluoride (2017)
  • Author(s): Nozawa-Kumada Kanako、Osawa Sayuri、Sasaki Midori、Chataigner Isabelle、Shigeno Masanori、Kondo Yoshinori
  • Journal Title: The Journal of Organic Chemistry Volume: 82 Issue: 18 Pages: 9487-9496
  • DOI: 10.1021/acs.joc.7b01525
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Highly Chemoselective DMPU-Mediated Trialkylsilylation of Terminal Alkynes Using Trifluoromethyltrialkylsilane (2017)
  • Author(s): Kanako Nozawa-Kumada, Moeto Inagi, Yoshinori Kondo
  • Journal Title: Asian Journal of Organic Chemistry Volume: 6 Issue: 1 Pages: 63-66
  • DOI: 10.1002/ajoc.201600472
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Palladium-Catalyzed Highly Chemoselective Intramolecular C-H Aminocarbonylation of Phenethylamines to Six-Membered Benzolactams (2016)
  • Author(s): Hiroshi Taneda, Kiyofumi Inamoto, Yoshinori Kondo
  • Journal Title: Organic Letters Volume: 18 Issue: 11 Pages: 2712-2715
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.6b01171
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Amide base generated in situ from TMAF and N(TMS)3 catalyzed deprotonative functionalization (2018)
  • Author(s): Shigeno, M.; Nakaji, K.; Fujii, Y.; Kumada, K.; Kondo, Y.
  • Organizer: International Congress on Pure & Applied Chemistry 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Copper-catalyzed intramolecular oxidative C(sp3) C-H functionalization for the synthesis of heteroaromatics (2018)
  • Author(s): Kumada, K.; Saga, S.; Kurosu, S.; Kondo, Y.
  • Organizer: 255th ACS National Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] NaOPhルイス塩基による系内ホルムアルデヒド発生/アルキニルシランのヒドロキシメチル化反応 (2018)
  • Author(s): 佐々木慶太，浅野成美，重野真徳，根東義則
  • Organizer: 日本薬学会第138回年会
• [Presentation] ホスファゼン塩基触媒によるメトキシアレーンのSNAr反応 (2018)
  • Author(s): 林和寿，重野真徳，熊田佳菜子，根東義則
  • Organizer: 日本薬学会第138回年会
• [Presentation] Pd触媒的ホウ素化による多置換ベンゾオキサボリニン-1-オールの合成 (2018)
  • Author(s): 久米遼太郎，重野真徳，根東義則
  • Organizer: 日本薬学会第138回年会
• [Presentation] ペルオキソ二硫酸塩を用いた酸化的C(sp3)-H結合官能基化によるラクトン類合成法の開発 (2018)
  • Author(s): 黒須智，熊田佳菜子，根東義則
  • Organizer: 日本薬学会第138回年会
• [Presentation] 系内発生アミド塩基によるピリジン４位の触媒的脱プロトン化修飾反応 (2017)
  • Author(s): 中路国仁、重野真徳、熊田佳菜子、根東義則
  • Organizer: 日本薬学会第１３７年会（仙台）
  • Place of Presentation: 東北大学川内キャンパス
  • Year and Date: 2017-03-25
• [Presentation] 系内発生アミド塩基が触媒するフッ素置換アレーンのアルキニル化反応 (2017)
  • Author(s): 大川拓哉、重野真徳、熊田佳菜子、根東義則
  • Organizer: 日本薬学会第１３７年会（仙台）
  • Place of Presentation: 東北大学川内キャンパス
  • Year and Date: 2017-03-25
• [Presentation] Catalytic Formylation of Heteroarenes under Ambient Condition Using Amide Base in situ Generated from TMAF/N(TMS)3 (2017)
  • Author(s): Shigeno, M.; Fujii, Y.; Kumada, K.; Kondo, Y.
  • Organizer: 2nd International Symposium on Precisely Designed Catalysts with Customized Scaffolding
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 銅触媒を用いたC-H 結合官能基化を経由する含sp3炭素複素環化合物の効率的合成法 (2017)
  • Author(s): 熊田佳菜子，佐賀怜，亀山雄大，門川純，根東義則
  • Organizer: 第6回JACI/GSCシンポジウム
• [Presentation] Copper-catalyzed Intramolecular C(sp3) C-H Functionalization for the Synthesis of Heteroaromatics (2017)
  • Author(s): Kumada, K.; Saga, S.; Kurosu, S.; Kameyama, T.; Kadokawa, J.; Kondo, Y.
  • Organizer: 第64回 有機金属化学討論会
• [Presentation] 系内発生アミド塩基が触媒するアルキルアレーン/カルボニル化合物のカップリング反応 (2017)
  • Author(s): 中路国仁，重野真徳，熊田佳菜子，根東義則
  • Organizer: 第56回日本薬学会東北支部大会
• [Presentation] セシウム－アミド塩基によるパーフルオロアレーンの触媒的アルキニル化反応 (2017)
  • Author(s): 重野真徳，大川拓哉，熊田佳菜子，根東義則
  • Organizer: 第56回日本薬学会東北支部大会
• [Presentation] アルカリ金属水素化物によるヒドリド還元反応の開発 (2017)
  • Author(s): 岩河悠希，熊田佳菜子，重野真徳，根東義則
  • Organizer: 第47回 複素環化学討論会
• [Presentation] 銅触媒による C(sp3)-H 結合官能基化を経由したβ-ラクタム環構築法の開発 (2017)
  • Author(s): 佐賀怜，熊田佳菜子，重野真徳，根東義則
  • Organizer: 第47回 複素環化学討論会
• [Presentation] 銅触媒を用いた酸化的C-H結合官能基化による含sp3炭素複素環化合物の効率的合成法 (2017)
  • Author(s): 熊田佳菜子，佐賀怜，黒須智，亀山雄大，門川純，重野真徳，根東義則
  • Organizer: 第47回 複素環化学討論会
• [Presentation] 系内発生アミド塩基によるヘテロアレーンの触媒的脱プロトン－ホルミル化反応 (2017)
  • Author(s): 重野真徳，藤井悠光，中路国仁，熊田佳菜子，根東義則
  • Organizer: 第43回反応と合成の進歩シンポジウム
• [Presentation] 系内発生アミド塩基が触媒するピリジン類4位の脱プロトン化修飾反応 (2017)
  • Author(s): 中路国仁，重野真徳，熊田佳菜子，根東義則
  • Organizer: 第43回反応と合成の進歩シンポジウム
• [Presentation] セシウム－アミド塩基によるパーフルオロアレーンの触媒的アルキニル化反応 (2017)
  • Author(s): 大川拓哉，重野真徳，熊田佳菜子，根東義則
  • Organizer: 第43回反応と合成の進歩シンポジウム
• [Presentation] 系内発生アミド塩基による触媒的脱プロトン化炭素－炭素結合形成反応 (2017)
  • Author(s): 重野真徳，中路国仁，藤井悠光，熊田佳菜子，根東義則
  • Organizer: 第10回有機触媒シンポジウム
• [Presentation] 系内発生アミド塩基によるビアリール骨格の構築 (2016)
  • Author(s): 甲斐佑典、山田哲也、重野真徳、熊田佳菜子、Deneval Charline、根東義則
  • Organizer: 第４２回反応と合成の進歩シンポジウム
  • Place of Presentation: 静岡市清水文化会館
  • Year and Date: 2016-11-07
• [Presentation] トリフルオロメチルトリアルキルシランを用いた芳香族ケイ素化反応とその応用 (2016)
  • Author(s): 大澤沙優里、佐々木碧、熊田佳菜子、重野真徳、根東義則
  • Organizer: 第４２回反応と合成の進歩シンポジウム
  • Place of Presentation: 静岡市清水文化会館
  • Year and Date: 2016-11-07
• [Presentation] DMPUによるトリフルオロメチルシランの活性化を経由した高選択的な末端アルキンケイ素化反応の開発 (2016)
  • Author(s): 稲木萌翔、熊田佳菜子、重野真徳、根東義則
  • Organizer: 第４２回反応と合成の進歩シンポジウム
  • Place of Presentation: 静岡市清水文化会館
  • Year and Date: 2016-11-07
• [Remarks] 分子変換化学分野業績
  • URL: http://www.pharm.tohoku.ac.jp/~henkan/lab/achievement.html
• [Remarks] 分子変換化学分野
  • URL: http://www.pharm.tohoku.ac.jp/~henkan/lab/henkan_top.html