フッ素脱離過程を基盤とする炭素-フッ素結合の活性化と分子変換

• Project Area: Precise Formation of a Catalyst Having a Specified Field for Use in Extremely Difficult Substrate Conversion Reactions
• Project/Area Number: 18H04234
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• 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): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2019: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2018: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
• Keywords: 有機化学 / 合成化学 / 触媒・化学プロセス / 炭素-フッ素結合活性化 / 含フッ素有機化合物 / 炭素ーフッ素結合活性化

Outline of Annual Research Achievements

インジウム触媒による1,1-ジフルオロアレンの炭素-フッ素 (C-F) 結合活性化を利用して、多環式芳香族炭化水素 (PAH) の合成法を開発した。インジウム触媒存在下にシクロペンテン骨格とアリール基を有する1,1-ジフルオロアレンに対してN-ハロスクシンイミドを作用させることで、(i) β-フッ素脱離によるC-F結合の切断、(ii) フェナセン骨格の構築、および (iii) ハロゲンの導入が起こり、オルトフルオロ(ハロ)フェナセンの合成に成功した。得られたオルトフルオロ(ハロ)フェナセンは、有機リチウム試薬を作用させると、アラインへの変換が可能であった。これを鍵中間体とするDiels-Alder反応と続く分子内酸化的カップリング (Scholl反応) により、ベンゾトリフェニレン骨格を有するPAHを合成することができた。合成したPAHは、有機半導体材料としての応用が期待できる。
また、フルオロアルケンのβ-フッ素脱離によるC-F結合活性化を経由した5-endo-trig環化を達成し、含フッ素ヘテロ環化合物の合成法を見出した。入手容易なブロモジフルオロ酢酸エチルから簡便に調製できる2,2-ジフルオロホモアリルアルコールに対して、水素化カリウムを作用させると、3-フルオロジヒドロフランを効率的に合成することができた。同様の手法を用いて、2-(トリフルオロメチル)アリルケトンおよびイミンからは、フルオロジヒドロフランおよびフルオロジヒドロピロールをそれぞれ高収率で合成した。5-endo-trig環化は、分子内反応の経験則であるBaldwin則において通常起こり難いとされるが、形成されるヘテロ環の外でβ-フッ素脱離が効率的に起こるよう反応設計することで、これを達成した。これらの手法により、医農薬として期待できる含フッ素ヘテロ環化合物の広範なライブラリを供給した。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Nickel-catalyzed [4 + 2] Cycloaddition of Styrenes with Arynes via 1:1 Cross-coupling: Synthesis of 9,10-Dihydrophenanthrenes (2020)
  • Author(s): Kubo Teruhiko、Fujita Takeshi、Ichikawa Junji
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 49 Issue: 3 Pages: 264-266
  • DOI: 10.1246/cl.190906
  • NAID: 130007805927
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Fluorinated Phenanthrenes as Aryne Precursors: PAH Synthesis Based on Domino Ring Assembly Using 1,1-Difluoroallenes (2020)
  • Author(s): Fuchibe Kohei、Abe Masashi、Idate Hiroto、Ichikawa Junji
  • Journal Title: Chemistry An Asian Journal Volume: 15 Issue: 8 Pages: 1384-1392
  • DOI: 10.1002/asia.202000069
  • NAID: 120007127617
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Synthesis of Ring-Fluorinated Thiophene Derivatives Based on Single C-F Bond Activation of CF3-Cyclopropanes: Sulfanylation and 5-endo-trig Cyclization (2020)
  • Author(s): Fuchibe Kohei、Fushihara Tatsuki、Ichikawa Junji
  • Journal Title: Organic Letters Volume: 22 Issue: 6 Pages: 2201-2205
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.0c00385
  • NAID: 120007168327
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Synthesis of 3-(Trifluoromethyl)indoles by Oxidative Cyclization of o-Sulfonamido-α-(trifluoromethyl)styrenes (2019)
  • Author(s): Takeshi Fujita, Keisuke Ide, Tanner C. Jankins, Tomoya Nojima, Junji Ichikawa
  • Journal Title: Asian Journal of Organic Chemistry Volume: 印刷中 Issue: 5 Pages: 637-640
  • DOI: 10.1002/ajoc.201900061
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Synthesis of (Difluoromethyl)naphthalenes by Ring Construction Strategy: C-C Bond Formation on the Central Carbon of 1,1-Difluoroallenes via Pd-Catalyzed Insertion (2019)
  • Author(s): Fuchibe Kohei、Watanabe Shumpei、Takao Go、Ichikawa Junji
  • Journal Title: Organic & Biomolecular Chemistry Volume: 17 Issue: 20 Pages: 5047-5054
  • DOI: 10.1039/c9ob00540d
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Bronsted Acid-Catalysed Hydroarylation of Unactivated Alkynes in Fluoroalcohol-Hydrocarbon Biphasic System: Construction of Phenanthrene Frameworks (2019)
  • Author(s): Takahashi Ikko、Fujita Takeshi、Shoji Noriaki、Ichikawa Junji
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 55 Issue: 63 Pages: 9267-9270
  • DOI: 10.1039/c9cc04152d
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Methylarene-Based PAH Synthesis via Domino Cyclization of 1,1-Difluoro-1-alkenes (2019)
  • Author(s): Fuchibe Kohei、Takao Go、Takahashi Hiroki、Ijima Shiori、Ichikawa Junji
  • Journal Title: Bulletin of the Chemical Society of Japan Volume: 92 Issue: 12 Pages: 2019-2029
  • DOI: 10.1246/bcsj.20190252
  • NAID: 130007761383
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Nucleophilic 5-endo-trig cyclization of 2-(trifluoromethyl)allylic metal enolates and enamides: Synthesis of tetrahydrofurans and pyrrolidines bearing exo-difluoromethylene units (2019)
  • Author(s): Fujita Takeshi、Hattori Masahiro、Matsuda Masaaki、Morioka Ryutaro、Jankins Tanner C.、Ikeda Masahiro、Ichikawa Junji
  • Journal Title: Tetrahedron Volume: 75 Issue: 1 Pages: 36-46
  • DOI: 10.1016/j.tet.2018.11.011
  • NAID: 120007128048
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Construction of Pinpoint-Fluorinated Benzothiophene Frameworks Using Palladium-Catalyzed Cyclization of o-(Fluorovinyl)phenyl-substituted Thiophenes (2019)
  • Author(s): Ichikawa Junji、Fuchibe Kohei、Tsuda Nobushige、Shigeno Kento
  • Journal Title: HETEROCYCLES Volume: 99 Issue: 2 Pages: 1196-1196
  • DOI: 10.3987/com-18-s(f)95
  • Peer Reviewed
• [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] sp3 carbon?fluorine bond activation in 2,2-difluorohomoallylic alcohols via nucleophilic 5-endo-trig cyclisation: synthesis of 3-fluorinated furan derivatives (2018)
  • Author(s): Fujita Takeshi、Morioka Ryutaro、Arita Tomohiro、Ichikawa Junji
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 54 Issue: 92 Pages: 12938-12941
  • DOI: 10.1039/c8cc04643c
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Single C-F Bond Activation of the CF3Group with a Lewis Acid: CF3‐Cyclopropanes as Versatile 4,4‐Difluorohomoallylating Agents (2018)
  • Author(s): Fuchibe Kohei、Oki Rie、Hatta Hibiki、Ichikawa Junji
  • Journal Title: Chemistry ? A European Journal Volume: 24 Issue: 68 Pages: 17932-17935
  • DOI: 10.1002/chem.201805054
  • NAID: 120007127941
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Transition Metal and Free Difluorocarbenes: Syntheses of Fluorinated Cyclopentanone Derivatives (2020)
  • Author(s): Ichikawa, J.
  • Organizer: The 3rd Symposium of Metal-Carbene Consortium
• [Presentation] ニッケル触媒を用いるトリフルオロメチルアルケンのC-F 結合活性化:インドールの位置選択的ジフルオロアリル化 (2020)
  • Author(s): 樋熊竜也、渡部陽太、井出啓介、藤田健志、市川淳士
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
• [Presentation] Ni触媒を用いるスチレンとアラインの[4+2]付加環化反応:ジヒドロフェナントレンの合成 (2020)
  • Author(s): 久保輝彦、藤田健志、市川淳士
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
• [Presentation] 銅(I)触媒によるアジドとジフルオロビニル亜鉛との脱フッ素[3+2]環化:フッ素置換トリアゾールの合成 (2020)
  • Author(s): 武石匡史、藤田健志、市川淳士
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
• [Presentation] トリフルオロメチル基の選択的炭素-フッ素結合活性化を経るフッ素置換チオフェン誘導体の合成法 (2020)
  • Author(s): 不死原立樹、渕辺耕平、市川淳士
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
• [Presentation] 3,3-ジフルオロペンタ-1,4-ジエンのC-F結合活性化を経るNa-zarov型環化:フッ素置換シクロペンタジエンの合成 (2020)
  • Author(s): 樋田源太郎、森岡龍太郎、藤田健志、市川淳士
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
• [Presentation] 金(I)触媒によるジフルオロアレンとニトリルオキシドの[2+3]付加環化:フッ素置換イソキサゾリンの合成 (2020)
  • Author(s): 佐近和樹、渕辺耕平、市川淳士
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
• [Presentation] 金(I)触媒によるジフルオロアレンとスチレン類の[2+2]付加環化:ジフルオロメチレン置換シクロブタンの合成 (2020)
  • Author(s): 佐々木みぞれ、須藤恭介、不死原立樹、渕辺耕平、市川淳士
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
• [Presentation] Difluoroallene Chemistry: Versatile Platform for Syntheses of Ring-Fluorinated Carbo- and Heterocycles (2019)
  • Author(s): Ichikawa, J.
  • Organizer: ACS Spring 2019 National Meeting & Expo
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ジフルオロメチルカチオンの連続環化による置換アセンの効率的合成法 (2019)
  • Author(s): 高尾 豪、筥崎智弘、渕辺耕平、市川淳士
  • Organizer: 第77回有機合成化学協会関東支部シンポジウム
• [Presentation] 酸を用いた芳香環炭素-フッ素結合活性化を経る多環式芳香族炭化水素の合成法 (2019)
  • Author(s): 藤田健志、鈴木直人、福田拓也、市川淳士
  • Organizer: 第115回有機合成シンポジウム
• [Presentation] フッ素を電子供与基として活用する有機合成反応 (2019)
  • Author(s): 市川淳士
  • Organizer: 有機合成化学協会東北支部 春の講演会
• [Presentation] Cyclizations in Cation-Stabilizing Hexafluoroisopropyl Alcohol (HFIP) (2019)
  • Author(s): Ichikawa, J.
  • Organizer: International Symposium on Fluorous Technologies 2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ロジウム触媒によるビニル位炭素-フッ素/酸素結合の活性化:ビフェニレンとの[4+2]環化を経る置換フェナントレンの合成 (2019)
  • Author(s): 藤田健志、渡部陽太、佐野公祐、武石匡史、市川淳士
  • Organizer: 第66回有機金属化学討論会
• [Presentation] 金(I)触媒による1,1-ジフルオロアレンとニトリルオキシドの[2+3]付加環化:環フッ素化イソキサゾリンの合成 (2019)
  • Author(s): 佐近和樹、渕辺耕平、市川淳士
  • Organizer: 第66回有機金属化学討論会
• [Presentation] トリフルオロメチル基の選択的炭素-フッ素結合活性化:1,1-ジフルオロアルケンの合成法 (2019)
  • Author(s): 渕辺耕平、八田 響、大木理江、不死原立樹、市川淳士
  • Organizer: 第116回有機合成シンポジウム
• [Presentation] メチルアレーンを起点とするPAH合成:ジフルオロアルケンのドミノ環化を利用した手法 (2019)
  • Author(s): 高尾 豪、高橋洸樹、居島紫織、渕辺耕平、市川淳士
  • Organizer: 第42回フッ素化学討論会
• [Presentation] ロジウム触媒によるビニル位炭素-フッ素/酸素結合の活性化:ビフェニレンとの[4+2]環化を経る置換フェナントレンの合成 (2019)
  • Author(s): 佐野公祐、渡部陽太、武石匡史、藤田健志、市川淳士
  • Organizer: 第42回フッ素化学討論会
• [Presentation] Cyclizations in Cation-Stabilizing Hexafluoroisopropyl Alcohol, (CF3)2CHOH (HFIP) (2019)
  • Author(s): Shoji, N.; Takahashi, I.; Hayashi, M.; Yoshikawa, N.; Fujita, T.; Ichikawa, J.
  • Organizer: 4th International Synposium On Precisely Designed Catalysts with Customized Scaffolding,
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Synthesis of Difluoroalkenes and Fluorothiophenes via Difluorinated Thiiranes (2019)
  • Author(s): Hachinohe, K.; Mukohara, I.; Yamada, A.; Matsumoto, K.; Fuchibe, K.; Ichikawa, J.
  • Organizer: 4th International Synposium On Precisely Designed Catalysts with Customized Scaffolding,
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Single C-F Bond Activation of the CF3 Group Using Lewis Acid Promotors (2019)
  • Author(s): Ichikawa, J.
  • Organizer: 24th Winter Fluorine Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] トリフルオロメチル基の選択的炭素-フッ素結合活性化を経る1,1-ジフルオロアルケンの合成法 (2019)
  • Author(s): 不死原立樹、大木理江、渕辺耕平、市川淳士
  • Organizer: 日本化学会第99春季年会
• [Presentation] ブレンステッド酸触媒によるらせん状多環式芳香族炭化水素の合成 (2019)
  • Author(s): 庄司訓章、林 雅樹、藤田健志、市川淳士
  • Organizer: 日本化学会第99春季年会
• [Presentation] 酸による芳香族炭素-フッ素結合活性化:フルオロベンゾフランとアレーンとのカップリング (2019)
  • Author(s): 森岡龍太郎、福田拓也、藤田健志、市川淳士
  • Organizer: 日本化学会第99春季年会
• [Presentation] スルホンアミド置換スチレンの酸化的環化によるトリフルオロメチルインドールの合成法 (2019)
  • Author(s): 井出啓介、野島智也、藤田健志、市川淳士
  • Organizer: 日本化学会第99春季年会
• [Presentation] チイランの環拡大を経るチオフェン環構築法:チエノヘテロールの合成 (2019)
  • Author(s): 渕辺耕平、向原伊吹、八戸康成、山田淳史、市川淳士
  • Organizer: 日本化学会第99春季年会
• [Presentation] 1,1-ジフルオロアレンとアルデヒドの[3+2]付加環化:フッ素置換ジヒドロフランの合成 (2019)
  • Author(s): 藤木裕介、佐近和樹、須藤恭介、市川淳士
  • Organizer: 日本化学会第99春季年会
• [Presentation] フルオロアルケンの求電子的環化によるピンポイントフッ素化ナフトチオフェンの合成 (2019)
  • Author(s): 津田修成、渕辺耕平、市川淳士
  • Organizer: 日本化学会第99春季年会
• [Presentation] HFIP溶媒を用いたブレンステッド酸触媒による芳香環増環反応 (2018)
  • Author(s): 藤田健志、高橋一光、林雅樹、庄司訓章、市川淳士
  • Organizer: 第113回有機合成化学シンポジウム
• [Presentation] ルイス酸によるトリフルオロメチル基の選択的sp3炭素-フッ素結合活性化 (2018)
  • Author(s): 市川淳士
  • Organizer: 日本学術振興会第155委員会第113回研究会
• [Presentation] Metal-promoted C-F Bond Activation via Fluorine Elimination (2018)
  • Author(s): Ichikawa, J.
  • Organizer: Institut de Chimie et de Biochimie Moleculaires et Supramoleculaires (ICBMS)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Single C-F Bond Activation of the CF3 Group Using Lewis Acid Promotors (2018)
  • Author(s): Ichikawa, J.
  • Organizer: The 22nd International Symposium on Fluorine Chemistry
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Reactivity and Synthetic Utility of Difluorinated Thiiranes (2018)
  • Author(s): Fuchibe, K.; Yamada, A.; Hachinohe, K.; Ichikawa, J.
  • Organizer: 28th International Symposium on the Organic Chemistry of Sulfur(ISOCS-28)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Gold-Catalyzed[2+3]and[3+2]Cycloadditions of Difluoroallenes (2018)
  • Author(s): Fuchibe, K.; Suto, K.; Sakon, K.; Ichikawa, J.
  • Organizer: 第65回有機金属化学討論会
• [Presentation] 金(I)触媒を用いるジフルオロアレンの[2+3]および[3+2]付加環化:フッ素置換ヘテロ五員環化合物の合成 (2018)
  • Author(s): 佐近和樹、須藤恭介、藤木裕介、渕辺耕平、市川淳士
  • Organizer: 第41回フッ素化学討論会
• [Book] 化学工業 (2019)
  • Author(s): 渕辺耕平, 藤田健志, 市川淳士
  • Total Pages: 8
  • Publisher: 化学工業社
• [Book] 有機分子触媒の開発と工業利用 (2018)
  • Author(s): 渕辺耕平、市川淳士
  • Total Pages: 330
  • Publisher: シーエムシー出版
  • ISBN: 9784781313238
• [Book] 有機フッ素化合物の最新動向 (2018)
  • Author(s): 藤田健志、渕辺耕平、市川淳士
  • Total Pages: 317
  • Publisher: シーエムシー出版
  • ISBN: 9784781313375
• [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_lab/