多金属高活性反応場による低分子量分子ジョイント化学

• Project Area: Precise Formation of a Catalyst Having a Specified Field for Use in Extremely Difficult Substrate Conversion Reactions
• Project/Area Number: 16H01004
• 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: Chiba University
• Principal Investigator: 荒井 孝義 千葉大学, 大学院理学研究院, 教授 (80272483)
• 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: 触媒反応 / 不斉合成 / 複合金属錯体 / Mannich / 有機化学 / 触媒化学 / 不斉反応 / 錯体化学 / 触媒・化学プロセス / 反応有機化学 / 触媒的不斉合成

Outline of Annual Research Achievements

昨年度の研究において、新規な光学活性ホスホイミノビナフトール－パラジウム二核錯体を開発し、マロノニトリルとN-Bocイミンの触媒的不斉Mannich反応において高い触媒活性を見出した。本年度は、本知見を基盤として、種々のアルキルマロノニトリルを基質に用いた不斉Mannich反応ならびに触媒反応機構の解明を行った。光学活性アミノホスフィンと3,3’-ジホルミルビナフトールをエタノール中で脱水縮合させることで目的のホスホイミノビナフトール配位子(L1)と酢酸パラジウムから調製した錯体より単結晶を得ることに成功し、パラジウム二核錯体の構造をX線結晶構造解析によって明らかにした。本錯体を用いるマロノニトリルとN-Bocイミンの触媒的不斉Mannich反応では、マロノニトリル１分子にイミン２分子が反応する過剰反応により化学収率が低下するため、アルキルマロノニトリル及びN-Bocイミンを用いて反応条件を精査したところクロロホルムを用いる反応条件において、高化学収率、高不斉収率にて目的の四級炭素を有する光学活性アミンを得ることに成功した。
活性メチレンを有するマロノニトリルを用いる反応では、通常過剰反応によると思われる１：２生成物を比較的高収率に与えたことから、１：２生成物である1,3-ジアミンを主生成物として与える反応に研究を展開した。その結果、反応溶媒をジクロロメタンにし、マロノニトリルに対しN-Bocイミン2.5等量を加えることで、目的とする1,3-ジアミンを高収率、高不斉収率にて得ることに成功した。パラジウム二核錯体にのみ見出される高い触媒活性であることから、マロノニトリルが二つのパラジウム間で効果的に活性化されることが重要でることが示された。

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] Chiral Bis(imidazolidine)-containing NCN Pincer Metal Complexes for Cooperative Asymmetric Catalysis (2018)
  • Author(s): Arai, T.
  • Journal Title: Journal of Synthetic Organic Chemistry, Japan Volume: 76 Issue: 1 Pages: 3-10
  • DOI: 10.5059/yukigoseikyokaishi.76.3
  • NAID: 130006313499
  • ISSN: 0037-9980, 1883-6526
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dinuclear PhosphoiminoBINOL-Pd Container for Malononitrile: Catalytic Asymmetric Double Mannich Reaction for Chiral 1,3-Diamine Synthesis (2018)
  • Author(s): Arai, T.; Sato, K.; Nakamura, A.; Makino, H.; Masu, H.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Issue: 1 Pages: 837-837
  • DOI: 10.1038/s41598-018-19178-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Chiral Bis(imidazolidine)iodobenzene (I-Bidine) Organocatalyst for Thiochromane Synthesis Using an Asymmetric Michael/Henry Reaction (2017)
  • Author(s): Arai, T.; Suzuki, T.; Inoue, T.; Kuwano, S.
  • Journal Title: Synlett Volume: 28 Pages: 122-127
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Catalytic Asymmetric Synthesis of Chiral 2-Vinylindole Scaffolds by Friedel-Crafts Reaction (2017)
  • Author(s): Arai, T.; Tsuchida, T.; Miyazaki, T.; Awata, A.
  • Journal Title: Org. Lett. Volume: 19 Issue: 4 Pages: 758-761
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.6b03584
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Catalytic Asymmetric Mannich Reaction of Isatin-derived N-Boc Imines with Malononitrile by Bis(imidazolidine)-derived Pincer Rh Complex (2017)
  • Author(s): Arai, T.; Tosaka, T.; Kuwano, S.
  • Journal Title: ChemistrySelect Volume: 2 Issue: 24 Pages: 7368-7371
  • DOI: 10.1002/slct.201701444
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chiral Bis(imidazolidine)iodobenzene (I-Bidine) Organocatalyst for Thiochromane Synthesis Using an Asymmetric Michael/Henry Reaction. (2017)
  • Author(s): Arai, T.; Suzuki, T.; Inoue, T.; Kuwano, S.
  • Journal Title: Synlett Volume: 28 Issue: 01 Pages: 122-127
  • DOI: 10.1055/s-0036-1588614
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Catalytic Asymmetric [3+2]-Cycloaddition for Stereodivergent Synthesis of Chiral Indolyl-pyrrolidines. (2016)
  • Author(s): Takayoshi Arai, Chihiro Tokumitsu, Tomoya Miyazaki, Satoru Kuwano, Atsuko Awata.
  • Journal Title: Organic & Biomolecular Chemistry Volume: 14 Issue: 5 Pages: 1831-1839
  • DOI: 10.1039/c5ob02278a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Asymmetric Hydrogenation of Unprotected Indoles Catalyzed by η6-Arene/N-Me-sulfonyldiamine-Ru(II) Complexes. (2016)
  • Author(s): Touge, T.; Arai T.
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 138 Issue: 35 Pages: 11299-11305
  • DOI: 10.1021/jacs.6b06295
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Catalytic Asymmetric Synthesis of 3-Indolyl Methanamines Using Unprotected Indoles and N-Boc Imines under Basic Conditions. (2016)
  • Author(s): Arai, T.; Kakino, J.
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 55 Issue: 49 Pages: 15263-15267
  • DOI: 10.1002/anie.201607679
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] PyBidine-Ni(OAc)2-Catalyzed Michael/Aldol Reaction of Methyleneindolinones and Thiosalicylaldehydes for Stereochemically Divergent Thiochromanyl-spirooxindoles. (2016)
  • Author(s): Arai, T.; Miyazaki, T.; Ogawa, H.; Masu, H.
  • Journal Title: Org. Lett. Volume: 18 Issue: 22 Pages: 5824-5827
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.6b02783
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] キラル芳香族ボロン酸/N-メチルイミダゾール触媒系を用いるシス1,2-ジオールの不斉非対称化反応 (2018)
  • Author(s): 保坂 悠成・鍬野 哲・荒井 孝義
  • Organizer: 日本化学会題９８春季年会
• [Presentation] 2-ヨードイミダゾリニウム塩を用いる2-ビニルインドールの活性化による[4＋2]環化付加反応 (2018)
  • Author(s): 鈴木 拓己・鍬野 哲・荒井 孝義
  • Organizer: 日本化学会題９８春季年会
• [Presentation] 光学活性アミノイミノフェノール-銅錯体を用いるエナンチオ選択的 3-ベンゾイルオキシピロロインドリン化合物の合成 (2018)
  • Author(s): 牧野 宏輝・飯田 圭介・荒井 孝義
  • Organizer: 日本化学会題９８春季年会
• [Presentation] ヨウ素/窒素協同作用型触媒を用いるマロノニトリルのイミンへの不斉Mannich反応 (2018)
  • Author(s): 鍬野 哲・鈴木 拓己・荒井 孝義
  • Organizer: 日本化学会題９８春季年会
• [Presentation] ビスイミダゾリジンピリジン配位子-金属触媒を用いるニトロアルケンとγ,δ-不飽和β-ケトエステルの不斉連続Michael反応 (2018)
  • Author(s): 飯守 結子・島田 拓弥・白杉 繭・馬 駿馬・荒井 孝義
  • Organizer: 日本化学会題９８春季年会
• [Presentation] 光学活性ホスホイミノビナフトール‐ならびにフェニルイミノビナフトール‐パラジウム錯体を用いる触媒的不斉Mannich反応 (2018)
  • Author(s): 中村 有優・佐藤 勝哉・荒井 孝義
  • Organizer: 日本化学会題９８春季年会
• [Presentation] 求電子的インドールと2‐アミノフェニルα,β‐不飽和ケトンを用いる新規四環式インドリン化合物の合成 (2018)
  • Author(s): 島田 拓弥・荒井 孝義
  • Organizer: 日本化学会題９８春季年会
• [Presentation] 光学活性ビスアミノイミノビナフトール亜鉛三核錯体を用いる触媒的不斉ヨードラクトン化における触媒機能および非対称化への応用 (2018)
  • Author(s): 堀金 航大・亀井 優斗・山中 正浩・荒井 孝義
  • Organizer: 日本化学会題９８春季年会
• [Presentation] Asymmetric Mannich reaction using bifunctinal electron-deficient iodobenzene/tert-amine combined catalyst (2017)
  • Author(s): KUWANO, Satoru; SUZUKI, Takumi; ARAI, Takayoshi
  • Organizer: 日本化学会 第97春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学(神奈川県・横浜市)
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] 光学活性ビスイミダゾリジン‐ニッケル触媒を用いた新規ビスインドリルメタン化合物の高立体選択的合成 (2017)
  • Author(s): 登坂 拓也・荒井 孝義
  • Organizer: 日本化学会 第97春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学(神奈川県・横浜市)
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] 新規光学活性イミダゾリンアミノ酸-銅触媒を用いるニトロアルケンとイミノエステルのexo-選択的不斉[3+2]環化付加反応 (2017)
  • Author(s): 島田 拓弥・徳光 千尋・藤原 絢香・荒井 孝義
  • Organizer: 日本化学会 第97春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学(神奈川県・横浜市)
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] PyBidine-Metal-Catalyzed Michael Reaction using Nitroalkenes (2017)
  • Author(s): MA, Junma; SHIRASUGI, Mayu; ARAI, Takayoshi
  • Organizer: 日本化学会 第97春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学(神奈川県・横浜市)
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] Catalytic asymmetric reaction of indoles with imines using chiral NCN-pincer-type palladium complex (2017)
  • Author(s): KAKINO, Junki; ARAI, Takayoshi
  • Organizer: 日本化学会 第97春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学(神奈川県・横浜市)
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] Catalytic Asymmetric Synthesis of Thiochromanyl-spirooxindoles Using Bis(imidazolidine)pyridine (PyBidine)-metal Complex (2017)
  • Author(s): MIYAZAKI, Tomoya; OGAWA, Hiroki; ARAI, Takayoshi
  • Organizer: 日本化学会 第97春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学(神奈川県・横浜市)
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] Chiral Bis(imidazolidine)iodobenzene (I-Bidine) Organocatalyst for Thiochromane Synthesis Using Asymmetric Michael/Henry Reaction (2017)
  • Author(s): SUZUKI, Takumi; INOUE, Takahiro; KUWANO, Satoru; ARAI, Takayoshi
  • Organizer: 日本化学会 第97春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学(神奈川県・横浜市)
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] トリプタミンとN-Bocイミンを用いる3-アミノアルキルピロロインドリンの合成 (2017)
  • Author(s): 牧野 宏輝・荒井 孝義
  • Organizer: 日本化学会 第97春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学(神奈川県・横浜市)
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] Halogen Bonding in Metal-catalyzed Asymmetric Halocyclization (2017)
  • Author(s): Takayoshi Arai
  • Organizer: The International Symposium on Pure & Applied Chemistry (ISPAC) 2017
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Development of Chiral Halogen-Bonding-Donor/Organic Base Combined Catalyst and Application to Asymmetric Mannich Reaction (2017)
  • Author(s): Satoru Kuwano, Takumi Suzuki, Takayoshi Arai
  • Organizer: Chirality 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Chiral Bis(imidazolidine)-Derived NCN Pincer Metal Complex for Cooperative Asymmetric Catalysis (2017)
  • Author(s): Junki Kakino, Takuma Moribatake, Ikiyo Oka, ○Takayoshi Arai
  • Organizer: Chirality 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 光学活性イミダゾリジン含有ピンサー錯体を用いるプロトン‐金属協調触媒反応の開発 (2017)
  • Author(s): 荒井 孝義
  • Organizer: 第５０回有機金属若手の会夏の学校
  • Invited
• [Presentation] ハロゲン結合ドナー/有機塩基複合触媒を用いる不斉Mannich反応の開発と構造活性相関 (2017)
  • Author(s): 鍬野哲・鈴木拓己・荒井孝義
  • Organizer: 第２０回ヨウ素学会シンポジウム
• [Presentation] 光学活性ビスアミノイミノビナフトール亜鉛三核錯体を用いる触媒的不斉ヨードラクトン化とその展開 (2017)
  • Author(s): 堀金航大・亀井優斗・山中正浩・荒井孝義
  • Organizer: 第２０回ヨウ素学会シンポジウム
• [Presentation] Catalytic Asymmetric Mannich Reaction of Isatin-derived N-Boc Imines with Malononitrile Using Halogen Bonding-donor/Organic Base Combined Catalyst (2017)
  • Author(s): Satoru Kuwano, Takumi Suzuki, Takayoshi Arai
  • Organizer: The 8th International Meeting on Halogen Chemistry (HALCHEM VIII)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Dimerization of 2-Vinylindoles Catalysed by Cationic Halogen-Bonding Donors (2017)
  • Author(s): Takumi Suzuki, Satoru Kuwano, Takayoshi Arai
  • Organizer: The 8th International Meeting on Halogen Chemistry (HALCHEM VIII)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] キラルボロン酸触媒を用いた環状1,2-ジオールの不斉スルホニル化反応 (2017)
  • Author(s): 保坂 悠成、鍬野 哲、荒井 孝義
  • Organizer: 74回有機合成化学協会関東支部シンポジウム（新潟シンポジウム）
• [Presentation] 光学活性ホスホイミノビナフトール－金属錯体：触媒的不斉Mannich反応による四級炭素の構築 (2017)
  • Author(s): 中村 有優、佐藤 勝哉、荒井 孝義
  • Organizer: 74回有機合成化学協会関東支部シンポジウム（新潟シンポジウム）
• [Presentation] 金属不斉触媒の探索からデザイン型ヨウ素触媒の展開へ (2017)
  • Author(s): 荒井 孝義
  • Organizer: 第2回分子性触媒若手セミナー
  • Invited
• [Presentation] イミダゾリン、イミダゾリジン、そしてアミノフェノール：不斉触媒の探索と設計 (2017)
  • Author(s): 荒井 孝義
  • Organizer: 第112回有機合成シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] Asymmetric Mannich Reaction Using Iodine/Nitrogen Cooperative Catalyst (2017)
  • Author(s): Satoru Kuwano, Takumi Suzuki, Takayoshi Arai
  • Organizer: 第44回有機典型元素化学討論会
• [Presentation] 光学活性ビスイミダゾリジン-金属錯体を用いるメチレンインドリノンとインドールの触媒的不斉Friedel-Crafts反応 (2016)
  • Author(s): 登坂拓也、荒井孝義
  • Organizer: 第72回有機合成化学協会関東支部シンポジウム
  • Place of Presentation: 新潟薬科大学（新潟県・新潟市）
  • Year and Date: 2016-11-26
• [Presentation] 触媒的不斉Michael/aldol反応の開発：新規チオクロマニル-スピロオキシインドールの高立体選択的合成 (2016)
  • Author(s): 宮崎智也、小川大輝、荒井孝義
  • Organizer: 第72回有機合成化学協会関東支部シンポジウム
  • Place of Presentation: 新潟薬科大学（新潟県・新潟市）
  • Year and Date: 2016-11-26
• [Presentation] 光学活性イミダゾリン-プロリン配位子を用いるニトロアルケンとイミノエステルのexo-選択的不斉[3+2]環化付加反応 (2016)
  • Author(s): 島田拓弥、徳光千尋、藤原絢香、荒井孝義
  • Organizer: 第72回有機合成化学協会関東支部シンポジウム
  • Place of Presentation: 新潟薬科大学（新潟県・新潟市）
  • Year and Date: 2016-11-26
• [Presentation] Cooperative Metal-catalyzed Asymmetric Halocyclization Assisted with Hydrogen-bonding (2016)
  • Author(s): Takayoshi Arai
  • Organizer: Catalysis and Fine Chemicals 2016 (C&FC 2016)
  • Place of Presentation: 台北（台湾）
  • Year and Date: 2016-11-10
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Catalytic Asymmetric Iodocyclization Using Aminoiminophenoxy Metal Carboxylates (2016)
  • Author(s): Takayoshi Arai
  • Organizer: Molecular Chirality Asia 2016
  • Place of Presentation: 大阪ナレッジキャピタルコンベンションセンター（大阪府・大阪市）
  • Year and Date: 2016-04-20
• [Presentation] 光学活性NCNピンサー型錯体の開発およびインドールとN-Bocイミンの触媒的不斉Friedel-Crafts反応への応用 (2016)
  • Author(s): 柿野 純貴、荒井 孝義
  • Organizer: 第71回有機合成化学協会関東支部シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京農工大学（東京都・府中市）
• [Remarks] 有機合成化学研究室ホームページ
  • URL: http://synthesis.chem.chiba-u.jp/index.html
• [Remarks] 千葉大学大学院理学研究科有機合成化学研究室ホームページ
  • URL: http://synthesis.chem.chiba-u.jp/
• [Remarks] 千葉大学キラリティーネットワーク研究会ホームページ
  • URL: http://wccu.chem.chiba-u.jp/wccu.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] ハロゲン結合ドナー/有機塩基複合型化合物及び酸塩基複合触媒 (2017)
  • Inventor(s): 荒井孝義、鍬野哲
  • Industrial Property Rights Holder: 千葉大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2017-157780
  • Filing Date: 2017
• [Patent(Industrial Property Rights)] ビナフトール骨格を有するビスホスホイミノ配位子とそれを用いた触媒 (2016)
  • Inventor(s): 荒井 孝義、佐藤 勝哉
  • Industrial Property Rights Holder: 千葉大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2016-102020
  • Filing Date: 2016-05-21
• [Patent(Industrial Property Rights)] 光学活性な1,3-ジアミン誘導体およびその製造方法 (2016)
  • Inventor(s): 荒井 孝義、佐藤 勝哉
  • Industrial Property Rights Holder: 千葉大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2016-102024
  • Filing Date: 2016-05-21