Development of fine flow synthetic method and construction of middle molecule library through their integration

• Project Area: Middle molecular strategy: Creation of higher bio-functional molecules by integrated synthesis.
• Project/Area Number: 18H04385
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 宮村 浩之 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (00548943)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2019: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2018: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: 不均一系触媒 / フロー合成 / 金属ナノ粒子 / 水素化反応 / 不斉合成 / ヒドロキノン / 不斉1,4付加反応 / 反応集積化 / アミド合成 / アミド化反応

Outline of Annual Research Achievements

2019年度は，不均一系触媒の開発とその触媒を用いた種々の精密フロー合成系への展開をを行った．まず，金―白金二元金属ナノ粒子触媒をポリシランに担持した触媒を開発し，本触媒がアントラキノンやナフトキノンといった強い還元力を必要とするキノンの，対応するヒドロキノンへの選択的な水素化反応に高い活性を示すことを見出した．本触媒をカラムに充填して行う連続フロー系にてアントラキノンの水素化反応を行ったところ，バッチ系に比べ選択性が向上し，触媒活性を損なうことなく，長時間に渡り空気に不安定なアントラヒドロキノンを得ることができた．そこで，キノンの水素化のための連続フロー反応系と，ヒドロキノンの誘導化のための連続フロー反応系を連結することで，その空間的反応集積化を実現した．誘導化反応としては，メチル化，アセチル化，トリフルオロメタンスルホニル化，メタクリル化反応において，いずれの場合もキノンの水素化からの二段階の連続反応で85-99%と非常に高い収率をもって，目的の誘導化されたヒドロキノンを得ることができた．
また，キラルジエン配位子構造を導入した高分子を調整し，本高分子にロジウムー銀二元金属ナノ粒子を固定化することができた．本触媒は，外部添加の配位子を必要とせず，様々なアリールボロン酸の不斉１，４付加反応に対して高い活性と高いエナンチオ選択性を持って機能した．また，活性，選択性を維持したまま，回収，再使用も可能であった．さらに，本触媒をカラムに充填し，基質を流通することで反応を行う，連続フロー不斉合成系において，長時間に渡って98%ee,90%以上の収率を維持して目的物を得ることができた．
さらに，新たに開発したロジウムナノ粒子をポリシランに担持した触媒を開発し，β，γ不飽和ケトエステルへのアリールボロン酸の不斉１，４付加反応が，高いエナンチオ選択性および収率をもって進行することを見出した．

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] Polymer Immobilized Bimetallic Nanoparticle Catalysts for Selective Hydrogenation of Quinones and Integration of Quinone-hydrogenation and Its Derivatization Using Sequential and Continuous-flow Systems (2020)
  • Author(s): 宮村 浩之; 飛田 郁也; 鈴木 綾; 小林 修
  • Journal Title: Journal of Synthetic Organic Chemistry, Japan Volume: 78 Issue: 3 Pages: 232-239
  • DOI: 10.5059/yukigoseikyokaishi.78.232
  • NAID: 40022181877
  • ISSN: 0037-9980, 1883-6526
  • Year and Date: 2020-03-01
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Asymmetric 1,4-Addition of Arylboronic Acids to β,γ-Unsaturated α-Ketoesters using Heterogeneous Chiral Metal Nanoparticle Systems (2020)
  • Author(s): Miyamura, Hiroyuki; Yasukawa, Tomohiro; Zhu, Zhiyuan; Kobayashi, Shu
  • Journal Title: Advanced Synthesis & Catalysis Volume: 362 Issue: 2 Pages: 353-359
  • DOI: 10.1002/adsc.201901294
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Heterogeneous Rh and Rh/Ag bimetallic nanoparticle catalysts immobilized on chiral polymers (2019)
  • Author(s): Min, Hyemin; Miyamura, Hiroyuki; Yasukawa, Tomohiro; Kobayashi, Shu;
  • Journal Title: Chemical Science Volume: 10 Issue: 32 Pages: 7619-7626
  • DOI: 10.1039/c9sc02670c
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Direct Synthesis of Hydroquinones from Quinones through Sequential and Continuous-Flow Hydrogenation-Derivatization Using Heterogeneous Au-Pt Nanoparticles as Catalysts (2019)
  • Author(s): Miyamura, Hiroyuki; Tobita, Fumiya; Suzuki, Aya; Kobayashi, Shu
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 58 Issue: 27 Pages: 9220-9224
  • DOI: 10.1002/anie.201904159
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Highly Selective Reductive Cross-Amination between Aniline or Nitroarene Derivatives and Alkylamines Catalyzed by Polysilane-Immobilized Rh/Pt Bimetallic Nanoparticles (2019)
  • Author(s): Suzuki, Aya Miyamura, Hiroyuki Kobayashi, Shu
  • Journal Title: Synlett Volume: 30 Issue: 04 Pages: 387-392
  • DOI: 10.1055/s-0037-1611341
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Polysilane-Immobilized Rh/Pt Bimetallic Nanoparticles as Powerful Arene Hydrogenation Catalysts: Synthesis, Reactions under Batch and Flow Conditions and Reaction Mechanism (2018)
  • Author(s): Hiroyuki Miyamura, Aya Suzuki, Tomohiro Yasukawa, and Shu Kobayashi
  • Journal Title: Journal of American Chemical Society Volume: 140 Issue: 36 Pages: 11325-11334
  • DOI: 10.1021/jacs.8b06015
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Development of Heterogeneous Rh and Rh/Ag Nanoparticle Catalysts Immobilized on Chiral Polymers: Reactivity, Mechanistic Insight, and Application to Flow System (2019)
  • Author(s): MIN, Hyemin; MIYAMURA, Hiroyuki; YASUKAWA, Tomohiro; KOBAYASHI, Shu
  • Organizer: 日本化学会第９９春季年会
• [Presentation] Chiral Rhodium Nanoparticle-catalyzed Asymmetric 1,4-Addition Reactions of Arylboronic Acids with β,γ-Unsaturated α-Ketocarbonyl Compounds (2019)
  • Author(s): ZHU, Zhiyuan; MIYAMURA, Hiroyuki; YASUKAWA, Tomohiro; KOBAYASHI, Shu
  • Organizer: 日本化学会第９９春季年会
• [Presentation] Development of Hydrogenation of Quinones and their Derivatizations Catalyzed by Polymer Immobilized Metal Nanoparticles under Sequential- and Continuous-flow Conditions (2018)
  • Author(s): Fumiya Tobita, Aya Suzuki, Hiroyuki Miyamura, Shu Kobayashi
  • Organizer: Catalysis and Fine Chemicals 2018
  • Int'l Joint Research
• [Book] 月刊ファインケミカル2019年１月号，フローマイクロ合成の最新動向II (2019)
  • Author(s): 宮村浩之
  • Total Pages: 14
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Remarks] 東京大学大学院理学系研究科／有機合成化学研究室
  • URL: http://www.chem.s.u-tokyo.ac.jp/users/synorg/index.html