Development of Highly Selective Synthetic Organic Reactions by Hybridization of Catalysts and Cyclic Molecules

• Project Area: Hybrid Catalysis for Enabling Molecular Synthesis on Demand
• Project/Area Number: 20H04824
• 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: Kyushu University
• Principal Investigator: 國信 洋一郎 九州大学, 先導物質化学研究所, 教授 (40372685)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 2021: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2020: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
• Keywords: 位置選択的 / 環状分子 / 金属触媒 / 有機触媒 / 超分子相互作用 / C-H結合変換 / 位置選択性 / ホスト / テンプレート

Outline of Research at the Start

本研究では、C-H結合変換反応による新たな位置選択性制御法を確立するとともに、位置および立体選択的なC-H結合変換反応を実現するため、以下の２つの課題を検討する：①金属触媒と環状分子の協働利用：環状分子により基質を包接することで、基質の反応性が電子的に向上するとともに、望まない反応点が立体的にブロックされることで位置選択性が制御される；②環状部位をもつ遷移金属触媒もしくは有機触媒の利用：環状部位と基質間の超分子相互作用を利用することで触媒活性部位に反応点が近づき、反応の加速と位置選択性の制御が起こる。本研究では、光学活性触媒の利用による不斉反応の開発や、医薬品分子の短工程合成も検討する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、金属触媒と環状分子とのハイブリッド触媒系を創製することで、位置選択的な炭素－水素結合変換反応を開発することを目的に研究を行った。本触媒系では、環状分子により基質の望みでない反応点が立体的に塞がれることで、望みの反応点のみで反応が進行するものと想定した。鉄触媒と環状分子であるシクロデキストリンを協働的に利用することで、これまでほとんど報告例のなかった芳香族化合物の位置選択的なトリフルオロメチル化反応の開発に成功した。また、シクロデキストリン非存在下では、トリフルオロメチル基が一つ導入された生成物のみならず、二つ以上導入された生成物も同時に生成し混合物が得られたが、シクロデキストリン共存下で反応を行うことで、トリフルオロメチル基が一つ導入された生成物を選択的に得ることができた。本研究成果を学術論文として報告した。
また、アニオン性の触媒とカチオン性の官能基を有する基質間での静電相互作用を利用することによる位置選択的なC(sp3)-H結合変換反応の開発や、アニリン誘導体とホウ素化剤との間の相互作用を利用した炭素－窒素結合の切断を伴う芳香族ホウ素化合物の合成反応の開発にも成功し、それぞれ学術論文として報告した。
さらに、ラジカル種による水素原子の引き抜きによるアルキルラジカルの生成を利用することで、脂肪族化合物の臭素化反応や糖類の位置選択的なアルキル化反応の開発にも成功し、得られた研究成果をそれぞれ学術論文として報告した。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Beibu Gulf Marine Research Center/Tianjin University(中国)
• [Int'l Joint Research] 天津大学(中国)
• [Journal Article] Synthesis of Fluorenes and Their Related Compounds from Biaryls and Meldrum’s Acid Derivatives (2022)
  • Author(s): Jiang, Z.; Sekine, K.; Kuninobu, Y.
  • Journal Title: Chem. Commun. Volume: 58 Issue: 6 Pages: 843-846
  • DOI: 10.1039/d1cc06212c
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Palladium-Catalyzed Enantioselective C(sp3)-H Arylation of 2-Propyl Azaaryls Enabled by Amino Acid Ligand (2022)
  • Author(s): Li, H.-L.; Yang, D.; Jing, H.-Q.; Antilla, J.; Kuninobu, Y.
  • Journal Title: Org. Lett. Volume: 24 Issue: 6 Pages: 1286-1291
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.1c04215
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Control of Site-Selectivity in Hydrogen Atom Transfer by Electrostatic Interaction: Proximal-Selective C(sp3)-H Alkylation of 2-Methylanilinium Salts Using a Decatungstate Photocatalyst (2022)
  • Author(s): Zeng, J.; Torigoe, T.; Kuninobu, Y.
  • Journal Title: ACS Catal. Volume: 12 Issue: 5 Pages: 3058-3062
  • DOI: 10.1021/acscatal.2c00278
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Urea-accelerated Iridium-catalyzed 2-Position-selective C-H Borylation of Indole Derivatives (2021)
  • Author(s): Wang, J.; Torigoe, T.; Kuninobu, Y.
  • Journal Title: Chem. Lett. Volume: 50 Issue: 4 Pages: 808-811
  • DOI: 10.1246/cl.200939
  • NAID: 130008025855
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Regioselective C(sp3)-H Alkylation of Fructopyranose Derivative by 1,6 HAT (2021)
  • Author(s): Li, Y.; Miyamoto, S.; Torigoe, T.; Kuninobu, Y.
  • Journal Title: Org. Biomol. Chem. Volume: 19 Issue: 14 Pages: 3124-3127
  • DOI: 10.1039/d1ob00326g
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Manganese/Bipyridine-catalyzed Non-directed C(sp3)-H Bromination Using NBS and TMSN3 (2021)
  • Author(s): Sneh, K.; Torigoe, T.; Kuninobu, Y.
  • Journal Title: Beilstein J. Org. Chem. Volume: 17 Pages: 885-890
  • DOI: 10.3762/bjoc.17.74
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Regioselective C-H Trifluoromethylation of Aromatic Compounds by Inclusion in Cyclodextrins (2021)
  • Author(s): Lu, X.; Kawazu, R.; Song, J.; Yoshigoe, Y.; Torigoe, T.; Kuninobu, Y.
  • Journal Title: Org. Lett. Volume: 23 Issue: 11 Pages: 4327-4331
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.1c01259
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photoinduced Deaminative Borylation of Unactivated Aromatic Amines Enhanced by CO2 (2021)
  • Author(s): Shiozuka, A.; Sekine, K.; Kuninobu, Y.
  • Journal Title: Org. Lett. Volume: 23 Issue: 12 Pages: 4774-4778
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.1c01503
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Facile Synthesis of Tribenzosilepins from Terphenyls and Dihydrosilanes by Electrophilic Double Silylation (2021)
  • Author(s): Dong, Y.; Sekine, K.; Kuninobu, Y.
  • Journal Title: Chem. Commun. Volume: 57 Issue: 57 Pages: 7007-7010
  • DOI: 10.1039/d1cc02326h
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Regioselective C-H Trifluoromethylation of Heteroaromatic Compounds (2021)
  • Author(s): Kuninobu Yoichiro、Torigoe Takeru
  • Journal Title: Bulletin of the Chemical Society of Japan Volume: 94 Issue: 2 Pages: 532-541
  • DOI: 10.1246/bcsj.20200302
  • NAID: 130007995370
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Iridium-Catalyzed ortho-C-H Borylation of Thioanisole Derivatives Using Bipyridine-Type Ligand (2020)
  • Author(s): Zeng Jialin、Naito Morio、Torigoe Takeru、Yamanaka Masahiro、Kuninobu Yoichiro
  • Journal Title: Organic Letters Volume: 22 Issue: 9 Pages: 3485-3489
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.0c00946
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Recent progress of transition metal-catalysed regioselective C-H transformations based on noncovalent interactions (2020)
  • Author(s): Kuninobu Yoichiro、Torigoe Takeru
  • Journal Title: Organic & Biomolecular Chemistry Volume: 18 Issue: 22 Pages: 4126-4134
  • DOI: 10.1039/d0ob00703j
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Palladium‐Catalyzed Secondary C(sp3)-H Arylation of 2‐Alkylpyridines (2020)
  • Author(s): Li Hong‐Liang、Kuninobu Yoichiro
  • Journal Title: Advanced Synthesis & Catalysis Volume: 362 Issue: 13 Pages: 2637-2641
  • DOI: 10.1002/adsc.202000306
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] ビアリール化合物とメルドラム酸誘導体からのフルオレン類の合成 (2022)
  • Author(s): 姜 志彦、関根 康平、國信 洋一郎
  • Organizer: 日本化学会第102春季年会
• [Presentation] 光誘起電子移動を鍵とする芳香族アミンのC-N結合切断を伴うボリル化反応の開発 (2022)
  • Author(s): 塩塚 朗、関根 康平、國信 洋一郎
  • Organizer: 日本化学会第102春季年会
• [Presentation] ヒドロシリル基を有するキノリン骨格トリアリールホスフィン配位子を用いたイリジウム触媒によるC-Hボリル化 (2022)
  • Author(s): 峯 海吏、鳥越 尊、國信 洋一郎
  • Organizer: 日本化学会第102春季年会
• [Presentation] 光誘起電子移動を利用した芳香族第一級アミンの脱アミノ化反応の開発 (2022)
  • Author(s): 土岐 拓未、塩塚 朗、関根 康平、國信 洋一郎
  • Organizer: 日本化学会第102春季年会
• [Presentation] ヒドロシリル基を有するビピリジン配位子を用いたイリジウム触媒によるC(sp3)-Hボリル化 (2022)
  • Author(s): 河津 稜平、鳥越 尊、國信 洋一郎
  • Organizer: 日本化学会第102春季年会
• [Presentation] 3-Position-selective Trifluoromethylation of Pyridine Rings Using Nucleophilic Activation based on 1,4-Reduction (2022)
  • Author(s): Ryuhei Muta, Takeru Torigoe, Yoichiro Kuninobu
  • Organizer: 日本化学会第102春季年会
• [Presentation] ペプチド主鎖の末端アンモニウム基とデカタングステン酸塩光触媒との相互作用を利用した選択的なバリン残基のC(sp3)-H官能基化 (2022)
  • Author(s): 宋 済舟、鳥越 尊、國信 洋一郎
  • Organizer: 日本化学会第102春季年会
• [Presentation] Decatungstate-catalyzed Site-selective C(sp3)-H Alkylation of 2-Methylanilinium Salts Controlled by Noncovalent Interactions (2022)
  • Author(s): Jialin Zeng, Takeru Torigoe, Yoichiro Kuninobu
  • Organizer: 日本化学会第102春季年会
• [Presentation] ジベンゾペンタレン骨格を起点とするπ拡張および環拡大反応の開発 (2022)
  • Author(s): 濱 孟徳、関根 康平、國信 洋一郎
  • Organizer: 日本化学会第102春季年会
• [Presentation] 光エネルギーを利用する不活性なC-N結合切断を伴う芳香族アミンのボリル化反応 (2021)
  • Author(s): 塩塚 朗、関根 康平、國信 洋一郎
  • Organizer: 第118回有機合成シンポジウム
• [Presentation] 二重炭素―炭素結合形成によるフルオレン合成反応の開発 (2021)
  • Author(s): 姜 志彦、関根 康平、國信 洋一郎
  • Organizer: 第118回有機合成シンポジウム
• [Presentation] ロジウム触媒によるケイ素架橋スチルベン類の新規合成反応の開発 (2021)
  • Author(s): 藤 和人、関根 康平、國信 洋一郎
  • Organizer: 第118回有機合成シンポジウム
• [Presentation] Regioselective C(sp3)-H Alkylation of Fructopyranose Derivative by 1,6 HAT (2021)
  • Author(s): 李 艷茹, 宮本 翔太, 鳥越 尊, 國信 洋一郎
  • Organizer: 第58回化学関連支部合同九州大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 二重炭素―炭素結合形成によるフルオレン合成反応の開発 (2021)
  • Author(s): 姜 志彦, 関根 康平, 國信 洋一郎
  • Organizer: 第58回化学関連支部合同九州大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] デカタングステン酸塩光触媒を用いたアニリニウム塩の位置選択的なC(sp3)-H結合官能基化反応 (2021)
  • Author(s): 曾 嘉林, 鳥越 尊, 國信 洋一郎
  • Organizer: 第58回化学関連支部合同九州大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] デカタングステン酸塩光触媒を用いたアミノ酸残基の選択的C(sp3)-Hアルキル化 (2021)
  • Author(s): 宋 済舟, 鳥越 尊, 國信 洋一郎
  • Organizer: 第58回化学関連支部合同九州大会
• [Presentation] LLX型NNSiピンサー配位子を用いたC(sp3)-H結合ホウ素化 (2021)
  • Author(s): 河津 稜平, 鳥越 尊, 國信 洋一郎
  • Organizer: 第58回化学関連支部合同九州大会
• [Presentation] ロジウム触媒によるケイ素架橋スチルベンの新規合成反応の開発 (2021)
  • Author(s): 藤 和人, 関根 康平, 國信 洋一郎
  • Organizer: 第58回化学関連支部合同九州大会
• [Presentation] ケイ素架橋スチルベン合成反応の開発 (2021)
  • Author(s): 藤 和人, 関根 康平, 國信 洋一郎
  • Organizer: 第67回有機金属化学討論会
• [Presentation] 非共有結合性相互作用を利用したデカタングステン酸塩光触媒によるC(sp3)-H結合アルキル化の位置選択性制御 (2021)
  • Author(s): 曾 嘉林, 鳥越 尊, 國信 洋一郎
  • Organizer: 第67回有機金属化学討論会
• [Presentation] LLX型NNSiピンサー配位子を有するイリジウム触媒を用いたC(sp3)-Hボリル化 (2021)
  • Author(s): 河津 稜平, 鳥越 尊, 國信 洋一郎
  • Organizer: 第67回有機金属化学討論会
• [Presentation] ピリジン類の求核的活性化に基づく3位選択的トリフルオロメチル化 (2021)
  • Author(s): 牟田 龍平、鳥越 尊、國信 洋一郎
  • Organizer: 第44回フッ素化学討論会
• [Presentation] Creation of High-Performance Catalysts That Enable Regioselective C-H Transformations (2021)
  • Author(s): Yoichiro Kuninobu
  • Organizer: 第71回錯体化学討論会
  • Invited
• [Presentation] Regioselective C(sp3)-H Alkylation of Fructopyranose Derivative by 1,6-HAT (2021)
  • Author(s): Yanru Li, Shoto Miyamoto, Takeru Torigoe, Yoichiro Kuninobu
  • Organizer: 日本化学会第101春季年会
• [Presentation] ロジウム触媒によるケイ素架橋スチルベン類の新規合成反応の開発 (2021)
  • Author(s): 藤 和人、関根 康平、國信 洋一郎
  • Organizer: 日本化学会第101春季年会
• [Presentation] Borane-catalyzed Double C-H Silylation for the Synthesis of Silacyclic Compounds (2020)
  • Author(s): Yafang Dong, Kohei Sekine, Yoichiro Kuninobu
  • Organizer: 第30回万有福岡シンポジウム
• [Book] Catalysis with Earth-abundant Elements (2020)
  • Author(s): Y. Kuninobu, S. Sueki, N. Kaplaneris and L. Ackermann
  • Total Pages: 412
  • Publisher: Royal Society of Chemistry
  • ISBN: 9781788011181
• [Remarks] 國信研究室ホームページ（日本語）
  • URL: https://kuninobu-lab.weebly.com/
• [Remarks] 國信研究室ホームページ（英語）
  • URL: https://kuninobu-lab-english.weebly.com/