フッ素脱離過程を活用する炭素－フッ素結合の活性化

• Project Area: Precise Formation of a Catalyst Having a Specified Field for Use in Extremely Difficult Substrate Conversion Reactions
• Project/Area Number: 16H01002
• 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: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 市川 淳士 筑波大学, 数理物質系, 教授 (70184611)
• 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: 有機化学 / 合成化学 / 触媒・化学プロセス / 炭素ーフッ素結合活性化 / 含フッ素有機化合物 / β-フッ素脱離 / 結合活性化 / 触媒 / 銀 / トリフルオロメチルアルケン / 有機フッ素化合物 / インドール / 多環式芳香族炭化水素

Outline of Annual Research Achievements

申請者は、遷移金属による酸化的付加ではなく、α-フッ素脱離およびβ-フッ素脱離に着目し、ビニル位炭素-フッ素結合を切断して新たな結合を形成する、すなわち炭素-フッ素結合活性化を達成した。
具体的には、ジフルオロアルケンの炭素－フッ素結合活性化を利用することで、フッ素置換多環式芳香族炭化水素(F-PAH)の簡便合成法を二種開発した。まず、フッ素脱離過程を利用するために、含フッ素有機金属中間体へ誘導する手段として、ジフルオロアルケンへのカルボメタル化を採用した。すなわち、π 錯体形成によるアルケンの求電子的活性化を経て、カルボメタル化によるFriedel-Crafts型環化を行うことで、β-フルオロアルキルパラジウム中間体へと導き、続くβ-フッ素脱離によりフルオロフェナントレン骨格の構築を達成した。次に、ドミノカチオン環化による効率的なF-PAH合成を達成した。カルボニル基のジフルオロビニリデン化により合成したジフルオロアレンに対し、インジウム触媒を作用させてドミノ環化体を得た後、脱水素することによりフルオロフェナセンを収率良く合成した。この反応では、連続した二つのベンゼン環を一挙に構築でき、この環化前駆体ジフルオロアレンはフルオロアレーンより調製できるため、これらの過程を芳香環増環サイクルとして繰り返すことにより、種々のF-PAHを効率良く合成することができる。
さらにフッ素脱離過程を利用するため、含フッ素有機金属中間体を得る手段としてジフルオロアルケンとの酸化的環化を採用した。すなわち、ニッケル触媒の存在下、β,β-ジフルオロスチレンにアルキンを作用させることで、2-フルオロ-1,3-ジエンの簡便合成法を開発した。ここでは、酸化的環化とβ-フッ素脱離を組み合わせることにより、ジフルオロスチレンのビニル位C-F結合のうち一本のみを切断することに成功した。

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

• [Journal Article] Flash Generation and Borylation of 1-(trifluoromethyl)vinyllithium toward Synthesis of α-(trifluoromethyl)styrenes. (2018)
  • Author(s): Fujita, T.; Konno, N.; Watabe, Y.; Ichitsuka, T.; Nagaki, A.; Yoshida, J.; Ichikawa, J.
  • Journal Title: J. Fluorine Chem. Volume: 207 Pages: 72-76
  • DOI: 10.1016/j.jfluchem.2018.01.004
  • NAID: 120007134197
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Domino C-F Bond Activation of the CF3 Group: Synthesis of Fluorinated Dibenzo[a,c][7]annulenes from 2-(Trifluoromethyl)-1-alkenes and 2,2′-Diceriobiaryls (2017)
  • Author(s): Takeshi Fujita, Marina Takazawa, Kazuki Sugiyama, Naoto Suzuki, Junji Ichikawa
  • Journal Title: Organic Letters Volume: 19 Issue: 3 Pages: 588-591
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.6b03743
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Bronsted Acid-catalyzed Tandem Cycloaromatization of Naphthalene-based Bisacetals: Selective Synthesis of ortho-Fused Six-hexagon Benzenoids (2017)
  • Author(s): Ikko Takahashi, Masaki Hayashi, Takeshi Fujita, Junji Ichikawa
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 46 Issue: 3 Pages: 392-394
  • DOI: 10.1246/cl.161122
  • NAID: 130005436654
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Lewis Acid-Promoted Single C-F Bond Activation of the CF3 Group: SN1'-type 3,3- Difluoroallylation of Arenes with 2-Trifluoromethyl-1-alkenes (2017)
  • Author(s): Fuchibe Kohei、Hatta Hibiki、Oh Ken、Oki Rie、Ichikawa Junji
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 56 Issue: 21 Pages: 5890-5893
  • DOI: 10.1002/anie.201701985
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nickel-Catalyzed Hydroalkenylation of Alkynes via C-F Bond Activation: Synthesis of 2-Fluoro- 1,3-dienes (2017)
  • Author(s): Watabe Yota、Kanazawa Kohei、Fujita Takeshi, Ichikawa Junji、
  • Journal Title: Synthesis Volume: 49 Issue: 16 Pages: 3569-3575
  • DOI: 10.1055/s-0036-1588842
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of Pinpoint-fluorinated Polycyclic Aromatic Hydrocarbons: Benzene Ring Extension Cycle Involving Microwave-assisted SNAr Reaction (2017)
  • Author(s): Fuchibe Kohei、Imaoka Hisanori、Ichikawa Junji
  • Journal Title: Chem. Asian J. Volume: 12 Issue: 18 Pages: 2359-2363
  • DOI: 10.1002/asia.201700870
  • NAID: 120007134792
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of Sulfanylated Difluoroalkenes: Electrophilic Difluoromethylidenation of Dithioesters with Difluorocarbene (2017)
  • Author(s): Takayama Ryo、Yamada Atsushi、Fuchibe Kohei、Ichikawa Junji
  • Journal Title: Org. Lett. Volume: 19 Issue: 19 Pages: 5050-5053
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.7b02222
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pinpoint-fluorinated Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (F-PAHs): Syntheses of Difluorinated Subfamily and Their Properties (2017)
  • Author(s): Fuchibe Kohei、Shigeno Kento、Zhao Nan、Aihara Hiromichi、Akisaka Rikuo、Morikawa Toshiyuki、Fujita Takeshi、Yamakawa Kie、Shimada Toshihiro、Ichikawa Junji
  • Journal Title: J. Fluorine Chem. Volume: 203 Pages: 173-184
  • DOI: 10.1016/j.jfluchem.2017.09.002
  • NAID: 120007134565
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Ring-Size-Selective Construction of Fluorine-Containing Carbocycles via Intramolecular Iodoarylation of 1,1-Difluoro-1-alkenes (2017)
  • Author(s): Fujita Takeshi、Kinoshita Ryo、Takanohashi Tsuyoshi、Suzuki Naoto、Ichikawa Junji
  • Journal Title: Beil. J. Org. Chem. Volume: 13 Pages: 2682-2689
  • DOI: 10.3762/bjoc.13.266
  • NAID: 120007134607
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Regioselective Syntheses of Fluorinated Cyclopentanone Derivatives: Ring Construction Strategy Using Transition-Metal-Difluorocarbene Complexes and Free Difluorocarbene (2017)
  • Author(s): Fuchibe Kohei、Takayama Ryo、Aono Tatsuya、Hu Ji、Hidano Tomohiro、Sasagawa Hisashi、Fujiwara Masaki、Miyazaki Shinji、Nadano Ryo, Ichikawa Junji
  • Journal Title: Synthesis Volume: 50 Issue: 03 Pages: 514-528
  • DOI: 10.1055/s-0036-1591728
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Metal-free Synthesis of α,α-Difluorocyclopentanone Derivatives via Regioselective Difluorocyclopropanation/VCP Rearrangement of Silyl Dienol Ethers (2017)
  • Author(s): Takayama Ryo、Fuchibe Kohei、Ichikawa Junji
  • Journal Title: Arkivoc Volume: ⅱ Issue: 2 Pages: 72-80
  • DOI: 10.24820/ark.5550190.p010.290
  • NAID: 120007133816
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Facile Synthesis of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons: Bronsted Acid-Catalyzed Dehydrative Cycloaromatization of Carbonyl Compounds in 1,1,1,3,3,3- Hexafluoropropan-2-ol (2017)
  • Author(s): Fujita, T.; Takahashi, I.; Hayashi, M.; Wang, J.; Fuchibe, K.; Ichikawa, J.
  • Journal Title: European Journal of Organic Chemistry Volume: 2 Issue: 2 Pages: 262-265
  • DOI: 10.1002/ejoc.201601406
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Regioselective Synthesis of α-Fluorinated Cyclopentenones via Organocatalytic Difluorocyclopropanation and Fluorine-Directed and -Activated Nazarov Cyclization (2017)
  • Author(s): Fuchibe, K.; Takayama, R.; Yokoyama, T.; Ichikawa, J.
  • Journal Title: Chemistry A European Journal Volume: 23 Issue: 12 Pages: 2831-2838
  • DOI: 10.1002/chem.201604578
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Silver-catalyzed Vinylic C&ndash;F Bond Activation: Synthesis of 2-Fluoroindoles from &beta;,&beta;-Difluoro-<i>o</i>-sulfonamidostyrenes (2016)
  • Author(s): Fujita, T.; Watabe, Y.; Yamashita, S.; Tanabe, H.; Nojima, T.; Ichikawa, J.
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 45 Issue: 8 Pages: 964-966
  • DOI: 10.1246/cl.160427
  • NAID: 130005254491
  • ISSN: 0366-7022, 1348-0715
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Copper(I)-Catalyzed [4 + 1] Cycloaddition of Silyl Dienol Ethers with Sodium Bromodifluoroacetate: Access to β,β-Difluorocyclopentanone Derivatives (2016)
  • Author(s): Fuchibe, K.; Aono, T.; Hu, J.; Ichikawa, J.
  • Journal Title: Organic Letters Volume: 18 Issue: 18 Pages: 4502-4505
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.6b02085
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Aluminium-mediated Aromatic C-F Bond Activation: Regioswitchable Construction of Benzene-fused Triphenylene Frameworks (2016)
  • Author(s): Suzuki, N.; Fujita, T.; Amsharov, K.; Ichikawa, J.
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 52 Issue: 88 Pages: 12948-12951
  • DOI: 10.1039/c6cc07199f
  • NAID: 120007129242
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Preparation of 1,1-Difluoroallenes by Difluorovinylidenation of Carbonyl Compounds (2016)
  • Author(s): Fuchibe, K.; Abe, M.; Oh, K.; Ichikawa, J.
  • Journal Title: Organic Syntheses Volume: 93 Pages: 352-366
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Defluorinative Arylation of Fluoroalkenes via Transition Metal-Catalyzed Fluorine Elimination (2018)
  • Author(s): Watabe, Y.; Fujita, T.; Ichikawa, J.
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] パラジウム触媒によるジフルオロアレンの位置選択的スタニル化 (2018)
  • Author(s): 肥田野友洸、今岡寿仁、渕辺耕平、市川淳士
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] 金(I)触媒によるフッ素置換アルキリデンピロリジンの合成:ジフルオロアレンとアジリジンの[2+3]付加環化 (2018)
  • Author(s): 渕辺耕平、佐近和樹、須藤恭介、市川淳士
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] ロジウム(I)触媒による炭素－酸素結合活性化を経由したビフェニレンと酢酸ビニルの[4+2]環化:置換フェナントレンの合成 (2018)
  • Author(s): 渡部陽太、武石匡史、藤田健志、市川淳士
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] Controlled Generation of Metal and Free Difluorocarbenes and Its Synthetic Application, (2018)
  • Author(s): Ichikawa, J.
  • Organizer: Eolipila 2018, Research Colloquium in Chemistry
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 金(I)触媒を用いるジフルオロアレンとエポキシドの位置選択的[2 + 3]付加環化 (2017)
  • Author(s): 須藤恭介・渕辺耕平・市川淳士
  • Organizer: 日本化学会第97春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学 日吉キャンパス(神奈川県横浜市)
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] ジフルオロホモアリル化合物の求核的 5-endo-trig環化:フッ素置換ジヒドロヘテロールの 合成 (2017)
  • Author(s): 藤田健志・森岡龍太郎・在田知央・市川淳士
  • Organizer: 日本化学会第97春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学 日吉キャンパス(神奈川県横浜市)
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] ジチオエステルのジフルオロメチレン化による硫黄置換ジフルオロアルケンの合成法 (2017)
  • Author(s): 山田淳史・渕辺耕平・市川淳士
  • Organizer: 日本化学会第97春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学 日吉キャンパス(神奈川県横浜市)
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] ブレンステッド酸触媒による不活性アルキンの分子内ヒドロアリール化:フェナセン類の高 効率合成 (2017)
  • Author(s): 高橋一光・藤田健志・市川淳士
  • Organizer: 日本化学会第97春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学 日吉キャンパス(神奈川県横浜市)
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] 酸によるヘテロ芳香族炭素―フッ素結合活性化:縮合ヘテロ環化合物の合成 (2017)
  • Author(s): 福田拓也・鈴木直人・藤田健志・市川 淳士
  • Organizer: 日本化学会第97春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学 日吉キャンパス(神奈川県横浜市)
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] 環状共役トリエノンとボランによるトロピリウムの合成とその発光特性 (2017)
  • Author(s): 戸村文弥・藤田健志・市川淳士
  • Organizer: 日本化学会第97春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学 日吉キャンパス(神奈川県横浜市)
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] Syntheses of Fluorinated Cyclopentanone Derivatives via Regioselective CF2 Insertion with Transition Metal Difluorocarbene Complexes (2017)
  • Author(s): Ichikawa, J.
  • Organizer: The 253rd ACS National Meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Syntheses of Fluorinated Cyclopentanone Derivatives via Regioselective CF2 Insertion with Metal and Free Difluorocarbenes (2017)
  • Author(s): Ichikawa, J.
  • Organizer: 新学術領域研究「精密制御反応場」第2回国際シンポジウム
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] β-フッ素脱離を基盤とする炭素－フッ素結合の活性化 (2017)
  • Author(s): 市川淳士
  • Organizer: 第73回有機合成化学協会関東支部シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 遷移金属触媒によるフッ素脱離過程を活用したビニル位炭素－フッ素結合活性化:フルオロアレーン類の簡便合成法 (2017)
  • Author(s): 渡辺陽太、市塚知宏、金沢康平、藤田健志、市川淳士
  • Organizer: 第111回有機合成化学シンポジウム
• [Presentation] Nickel-Catalyzed Allylic and Vinylic C-F Bond Activation via β-Fluorine Elimination: Reductive Coupling and Hydroalkenylation (2017)
  • Author(s): Fujita, T.; Kobayashi, Y.; Kanazawa, K.; Watabe, Y.; Ichitsuka, T.; Ichikawa, J.
  • Organizer: 第64回有機金属化学討論会
• [Presentation] Metal-Catalyzed Regioselective Bond Forming Reactions on Difluoroallenes (2017)
  • Author(s): Fuchibe, K.; Watabe, S.; Abe, M.; Ichikawa, J.
  • Organizer: 第64回有機金属化学討論会
• [Presentation] Method for the Synthesis of Sulfur-Substituted Difluoroalkenes via Difluoromethylidenation of Dithioesters (2017)
  • Author(s): Yamada, A.; Takayama, R.; Fuchibe, K.; Ichikawa, J.
  • Organizer: 第8回ハロゲン国際学会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ni触媒を用いたアリル位およびビニル位のC-F結合活性化を経るフルオロアルケン合成 (2017)
  • Author(s): 渡部陽太、小林優太郎、金沢康平、藤田健志、市川淳士
  • Organizer: 第40回フッ素化学討論会
• [Presentation] 含フッ素小分子から生理活性物質の構成要素を作る―フッ素置換基の特性を活用して― (2017)
  • Author(s): 市川淳士
  • Organizer: 第1回フッ素と医療の研究最前線
  • Invited
• [Presentation] 含フッ素小分子から生理活性物質や電子材料の構成要素を作る―フッ素置換基の特性を活 用する分子変換法― (2017)
  • Author(s): 市川淳士
  • Organizer: 第4回FlowSTワークショップ
  • Place of Presentation: 国立研究開発法人 産業技術総合研究所(茨城県つくば 市)
  • Invited
• [Presentation] ブレンステッド酸触媒によるカチオン環化反応を用いたタンデム型芳香環増環法 (2016)
  • Author(s): 林 雅樹・高橋一光・藤田健志・市川淳士
  • Organizer: 第6回CSJ化学フェスタ
  • Place of Presentation: タワーホール船堀(東京都江戸川区)
  • Year and Date: 2016-11-14
• [Presentation] トリフルオロメチル置換シクロプロパンにおける選択的なsp3炭素-フッ素結合活性化 (2016)
  • Author(s): 大木理江・八田響・渕辺耕平・市川淳士
  • Organizer: 第39回フッ素化学討論会
  • Place of Presentation: アバンセ(佐賀県佐賀市)
  • Year and Date: 2016-09-29
• [Presentation] Silver-Catalyzed Vinylic C-F Bond Activation: Synthesis of 2-Fluoroindoles from β,β-Difluoro-o-Sulfonamidostyrenes (2016)
  • Author(s): Watabe, Y.; Yamashita, S.; Nojima, T.; Fujita, T.; Ichikawa,J.
  • Organizer: 第63回有機金属化学討論会
  • Place of Presentation: 早稲田大学 西早稲田キャンパス(東京都新宿区)
  • Year and Date: 2016-09-14
• [Presentation] Regioselective CF2 Insertion by Transition metal Difluorocarbene complexes: Access to fluorinated cyclopentanones (2016)
  • Author(s): Ichikawa, J.
  • Organizer: The 6th Korea-Japan-China Joint Seminar on Fluorine Chemistry
  • Place of Presentation: Changwon(Korea)
  • Year and Date: 2016-09-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nickel-Catalyzed Hydroalkenylation of Alkynes via C-F Bond Activation: 2-Flioro- 1,3-diene Synthesis (2016)
  • Author(s): Kanazawa, K.; Watabe, Y.; Fujita, T.; Ichikawa, J.
  • Organizer: The International Symposium on Homogeneous Catalysis
  • Place of Presentation: 京都テルサ(京都府京都市)
  • Year and Date: 2016-07-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 2-Fluoroindole Synthesis via Silver-Catalyzed 5-endo-trig Cyclization of β,β-Difluorostyrenes (2016)
  • Author(s): Watabe, Y.; Yamashita, S.; Nojima,T.; Fujita, T.: Ichikawa, J.
  • Organizer: The 12th International Symposium on Organic Reactions
  • Place of Presentation: 京都テルサ(京都府京都市)
  • Year and Date: 2016-04-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 含フッ素小分子から生理活性物質や電子材料の構成要素を作る ―フッ素置換基の特性を活 用して― (2016)
  • Author(s): 市川淳士
  • Organizer: フッ素化学の最前線とフッ素化学工業セミナー
  • Place of Presentation: 青山Ivy Hall(東京都渋谷区)
  • Invited
• [Book] 有機分子触媒の開発と工業利用 (2017)
  • Author(s): 渕辺耕平、市川淳士
  • Total Pages: 12
  • Publisher: シーエムシー出版
  • ISBN: 9784781313238
• [Remarks] 筑波大学市川淳士研究室ウェブサイト
  • URL: http://www.chem.tsukuba.ac.jp/junji/
• [Patent(Industrial Property Rights)] 1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン-2-オールと脂肪族炭化水素系溶媒を用いた二相系反応媒体 (2017)
  • Inventor(s): 市川淳士、藤田健志、高橋一光
  • Industrial Property Rights Holder: 市川淳士、藤田健志、高橋一光
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2017
• [Patent(Industrial Property Rights)] 1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン-2-オールと脂 肪族炭化水素系溶媒を用いた二相系反応媒体 (2017)
  • Inventor(s): 市川淳士
  • Industrial Property Rights Holder: 市川淳士
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2017-03-02