Development of Periphery-functionalized Carboxylic Acid Ligands and Their Use in Transition-metal-catalyzed Transformations

• Project Area: Precise Formation of a Catalyst Having a Specified Field for Use in Extremely Difficult Substrate Conversion Reactions
• Project/Area Number: 18H04257
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 藤原 哲晶 京都大学, 工学研究科, 准教授 (30374698)
• 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: カルボン酸 / パラジウム触媒 / 炭素－水素結合活性化 / パラジウム / 炭素-水素結合活性化反応 / 配位子 / 炭素ー水素結合活性化反応 / 炭素ー水素結合活性化

Outline of Annual Research Achievements

本申請課題では，周辺部を精密に修飾したカルボン酸の設計・合成とそれらを配位子として活用した高難度分子変換反応の開発，を目的として研究を進めている．
パラジウム触媒を用いた C-H 結合活性化反応において，カルボキシラト配位子が作用する協奏的メタル化-脱プロトン化（Concerted Metalation-Deprotonation: CMD）機構が提唱されている．この反応においてカルボキシ基のα位に tert-ブチル基を有するピバル酸イオンを配位子として用いた際には酢酸イオンの場合と比較して反応活性が向上することが知られている．しかし，カルボン酸の立体環境が反応に与える影響を系統的に研究した報告例は少ない．
今回我々は，カルボキシラト配位子の役割について詳細に検討することにした．カルボキシラト配位子の立体がパラジウム触媒による C-H 結合活性化反応に与える影響を調べていく過程で，穏和な条件で進行する C-H 結合活性化反応を見いだした．パラジウム触媒による分子間C-H結合アリール化反応をモデル反応として選択し，様々な立体環境を有するカルボン酸を適用した．その結果，適切な立体を有するカルボン酸をカルボキシラト配位子源として用いると反応が良好に進行することを明らかにした．また，炭素水素活性化反応を経るフルオレン合成反応が，ピバル酸をカルボキシラト配位子源とするパラジウム触媒を用いたときに効率良く進行することを見いだした．

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] Pd-catalyzed Intermolecular C-H bond Arylation Reactions: Effect of Bulkiness of Carboxylate Ligands (2020)
  • Author(s): Y. Tanji, R. Hamaguchi, Y. Tsuji, T. Fujihara
  • Journal Title: Chem. Commun. Volume: 56 Issue: 27 Pages: 3843-3846
  • DOI: 10.1039/d0cc01129k
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pd-Catalyzed Synthesis of Fluorenes via Intramolecular C(sp2)-H Activation at Room Temperature (2020)
  • Author(s): Y. Tanji, Y. Tsuji, T. Fujihara
  • Journal Title: Synlett Volume: 31 Issue: 08 Pages: 805-808
  • DOI: 10.1055/s-0039-1690812
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pyridines Bearing Poly(ethylene glycol) Chains: Synthesis and Use as Ligands (2020)
  • Author(s): M. Satou, A, Kiyooka, Y. Tsuji, T. Fujihara
  • Journal Title: Asian J. Org. Chem. Volume: 8 Issue: 5 Pages: 761-764
  • DOI: 10.1002/ajoc.202000062
  • NAID: 120006954064
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cu-Catalyzed Three-Component Coupling Reactions Using Nitriles, 1,3-Dienes and Silylboranes (2020)
  • Author(s): Y. Matsuda, Y. Tsuji, T. Fujihara
  • Journal Title: Chem.Commun. Volume: 56 Issue: 34 Pages: 4648-4651
  • DOI: 10.1039/d0cc01803a
  • NAID: 120006954063
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Steric Effect of Carboxylate Ligands on Pd-Catalyzed Intramolecular C(sp2)-H and C(sp3)-H Bond Arylation Reactions (2018)
  • Author(s): Y. Tanji, N. Mitsutake, T. Fujihara, Y. Tsuji
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 57 Issue: 32 Pages: 10314-10317
  • DOI: 10.1002/anie.201804566
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Copper-Catalyzed Bora-acylation and Bora-alkoxyoxalylation of Allenes (2018)
  • Author(s): A. Sawada, T. Fujihara, Y. Tsuji
  • Journal Title: Adv. Synth. Catal. Volume: 360 Issue: 14 Pages: 2621-2625
  • DOI: 10.1002/adsc.201800311
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Copper-Catalyzed [4+2] Cycloaddition Using N-(2-pyridyl)Ketimines and Terminal Alkynes (2018)
  • Author(s): K. Tatsumi, T. Fujihara, J. Terao, Y. Tsuji
  • Journal Title: Adv. Synth. Catal. Volume: 360 Issue: 17 Pages: 3245-3248
  • DOI: 10.1002/adsc.201800704
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cobalt-Catalyzed Reductive Coupling of Alkynes and Acrylates Bearing a Leaving Group: Construction of Cyclobutene Rings (2018)
  • Author(s): T. Fujihara, S. Kukita, Y. Yagi, M. Kirihara, K. Nogi, Y. Tsuji
  • Journal Title: Asian J. Org. Chem. Volume: 7 Issue: 12 Pages: 2456-2458
  • DOI: 10.1002/ajoc.201800561
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cobalt- and Rhodium-Catalyzed Carboxylation Using Carbon Dioxide as the C1 Source (2018)
  • Author(s): T. Fujihara, Y. Tsuji
  • Journal Title: Beilstein J. Org. Chem. Volume: 14 Pages: 2435-2460
  • DOI: 10.3762/bjoc.14.221
  • Peer Reviewed
• [Presentation] パラジウム触媒による分子間炭素-水素結合アリール化反応におけるカルボキシラート配位子の立体効果 (2019)
  • Author(s): 濱口稜，丹治優，辻康之，藤原哲晶
  • Organizer: 日本化学会第9回CSJフェスタ
• [Presentation] Steric Effect of Bulky Carboxylate Ligands on Pd-Catalyzed Intramolecular C-H Bond Arylation Reactions (2019)
  • Author(s): Yutaka Tanji, Tetsuaki Fujihara, and Yasushi Tsuji
  • Organizer: Organometallic Catalysis Directed Towards Organic Synthesis
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 銅触媒による1,3-ジエンとジボロンを用いた環状アリルボレート合成 (2019)
  • Author(s): 秋葉智文，棚橋拓海，辻康之，藤原哲晶
  • Organizer: 日本化学会第9回CSJフェスタ
• [Presentation] Cobalt-Catalyzed Carboxyzincation of Alkynes Using Carbon Dioxide and Zinc Powder (2018)
  • Author(s): T. Fujihara, K. Nogi, Y. Tsuji
  • Organizer: 2018 International Conference on Coordination Chemistry
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Steric Effect of Carboxylate Ligands on Pd-Catalyzed Intramolecular C-H Bond Arylation Reactions (2018)
  • Author(s): Y, Tanji, T, Fujihara, Y. Tsuji
  • Organizer: The 4th International Symposium on C-H Activation
• [Presentation] パラジウム触媒による分子内炭素-水素結合アリール化反応におけるカルボン酸配位子の立体効果 (2018)
  • Author(s): 丹治優，藤原哲晶，辻康之
  • Organizer: 第65回有機金属化学討論会
• [Presentation] Bulky Carboxylate-Assisted Room Temperature Pd-Catalyzed Intramolecular C-H Bond Arylation Reactions (2018)
  • Author(s): Y, Tanji, T,i Fujihara, Y. Tsuji
  • Organizer: The 14th International Kyoto Conference on New Aspects of Organic Chemistry
• [Presentation] Cobalt-Catalyzed Carboxylation Reactions Using Carbon Dioxide as the C1 Source (2018)
  • Author(s): T. Fujihara
  • Organizer: The International symposium on Catalysis and Fine Chemicals (C&FC 2018)
  • Invited