On-demand asymmetric synthesis using the cooperative system of chiral phosphoric acid and photoredox catalyst

• Project Area: Hybrid Catalysis for Enabling Molecular Synthesis on Demand
• Project/Area Number: 20H04826
• 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: Gakushuin University
• Principal Investigator: 秋山 隆彦 学習院大学, 理学部, 教授 (60202553)
• 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: 不斉合成 / キラリティー / キラルリン酸 / 光酸化還元触媒 / 水素結合 / エナンチオ選択性 / ベンゾチアゾリン / 光反応 / キラルりん酸 / 有機分子触媒 / 光学活性

Outline of Research at the Start

優れた有機合成反応の開発は，医薬品等の開発研究においても大変重要である。研究代表者は，キラルリン酸がキラルブレンステッド酸として優れた不斉触媒能を示すことを2004年に見出し，その後数多くの不斉触媒反応を開発してきた。また，世界的にもキラルリン酸を用いた不斉触媒反応が活発に研究され，極めて多くの種類の不斉触媒反応が開発されている。一方，近年，光酸化還元触媒を用いた可視光駆動型の合成反応が大きな注目を集めている。本研究では，光触媒反応とキラルリン酸触媒反応を組み合わせ，協働触媒として用いることにより，これまでにない新たなハイブリッド触媒系の構築を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

光学活性化合物には，エナンチオマー間で異なった生理活性を示す場合が多く，一方のエナンチオマーを選択的に合成する不斉触媒反応の開発は，有機化学における重要な研究課題の一つである。研究代表者は，キラルリン酸がキラルブレンステッド酸として優れた不斉触媒能を示すことを2004年に見出し，その後数多くの不斉触媒反応を開発してきた。 本研究においては，キラルリン酸と光触媒を協働的に用いることにより，新たなハイブリッド触媒系を開発し，これまでに達成することのできなかった，新規な不斉触媒反応の開発を目指して研究を進めた。2021年度は，2-アルキル置換ベンゾチアゾリンをアルキル供与体として用いて，光酸化還元触媒およびキラルリン酸存在下，可視光を照射することにより，イミンに対するアルキル基の移動反応が効率良く進行し，対応する付加体が良好な収率かつ高い光学純度で得られることを見出した。さらに，精査した結果，光酸化還元触媒は不要であり，光照射することによりキラルリン酸のみでアルキル移動反応が効率良く進行することがわかった。反応機構解析により，キラルリン酸により活性化されたイミンに対し光照射することにより，励起され，酸化剤として働き，ベンゾチアゾリンへの一電子移動を経て進行していることを明らかにした。すなわち，求電子性のイミンが光により励起され酸化剤としての働きを持つようになったことがわかった。本反応はベンジル基の移動反応に効率的であることがわかった。

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

• [Journal Article] Chiral Calcium Phosphate Catalyzed Enantioselective Synthesis of All-Carbon Quaternary Center by Friedel-Crafts Alkylation Reaction of Pyrroles and Trifluoromethylated Nitrostyrenes (2022)
  • Author(s): Akiyama Takahiko、Uchikura Tatsuhiro、Yokohama Sosuke、Murakami Mona
  • Journal Title: Synthesis Volume: 54 Issue: 17 Pages: 3793-3800
  • DOI: 10.1055/s-0040-1719879
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Visible-Light-Driven Enantioselective Radical Addition to Imines Enabled by the Excitation of a Chiral Phosphoric Acid-Imine Complex (2022)
  • Author(s): Uchikura Tatsuhiro、Kamiyama Nanami、Mouri Toshiki、Akiyama Takahiko
  • Journal Title: ACS Catalysis Volume: 12 Issue: 9 Pages: 5209-5216
  • DOI: 10.1021/acscatal.2c00993
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Visible-Light-Driven C-S Bond Formation Based on Electron Donor-Acceptor Excitation and Hydrogen Atom Transfer Combined System (2021)
  • Author(s): Uchikura Tatsuhiro、Hara Yurina、Tsubono Kazushi、Akiyama Takahiko
  • Journal Title: ACS Organic & Inorganic Au Volume: 1 Issue: 1 Pages: 23-28
  • DOI: 10.1021/acsorginorgau.1c00007
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Visible-Light Driven, Metal-Free Hydroalkylation of Alkenes Mediated by Electron Donor-Acceptor Complex Using Benzothiazolines (2021)
  • Author(s): Uchikura Tatsuhiro、Fujii Tatsuya、Moriyama Kaworuko、Akiyama Takahiko
  • Journal Title: Bulletin of the Chemical Society of Japan Volume: 94 Issue: 12 Pages: 2962-2966
  • DOI: 10.1246/bcsj.20210322
  • NAID: 130008144727
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Radical Hydroalkylation and Hydroacylation of Alkenes by the Use of Benzothiazoline under Thermal Conditions (2020)
  • Author(s): Uchikura Tatsuhiro、Toda Mitsuhiro、Mouri Toshiki、Fujii Tatsuya、Moriyama Kaworuko、Ibanez Ignacio、Akiyama Takahiko
  • Journal Title: The Journal of Organic Chemistry Volume: 85 Issue: 19 Pages: 12715-12723
  • DOI: 10.1021/acs.joc.0c01872
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Catalytic trifluoromethylation of iodoarenes by use of 2-trifluoromethylated benzimidazoline as trifluoromethylating reagent (2020)
  • Author(s): Uchikura Tatsuhiro、Kamiyama Nanami、Ishikawa Taisuke、Akiyama Takahiko
  • Journal Title: Beilstein Journal of Organic Chemistry Volume: 16 Pages: 2442-2447
  • DOI: 10.3762/bjoc.16.198
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Enantioselective Synthesis of 2‐Substituted Indoles Bearing Trifluoromethyl Moiety by the Friedel‐Crafts Alkylation Reaction of 4,7‐Dihydroindole with N ?H Trifluoromethyl Ketimines (2020)
  • Author(s): Uchikura Tatsuhiro、Suzuki Riku、Suda Yusuke、Akiyama Takahiko
  • Journal Title: ChemCatChem Volume: 12 Issue: 19 Pages: 4784-4787
  • DOI: 10.1002/cctc.202000920
  • Peer Reviewed
• [Presentation] キラルリン酸と光触媒の協働作用を利用した不斉触媒反応 (2022)
  • Author(s): 秋山隆彦
  • Organizer: 新学術領域研究「ハイブリッド触媒」第5回公開シンポジウム
• [Presentation] キラルリン酸を用いたトリフルオロアルキニルケトイミンに対する複素環化合物のエナンチオ選択的Friedel-Craftsアルキル化反応 (2021)
  • Author(s): 有賀紅葉・鈴木理矩・内倉達裕・秋山隆彦
  • Organizer: 第79回有機合成化学協会関東支部シンポジウム（大岡山シンポジウム）
• [Presentation] ベンゾチアゾリンをアルキル化剤として用いた，光励起を経由するアルケンのヒドロアルキル化反応 (2021)
  • Author(s): 神山 七海・ ・内倉 達裕・秋山隆彦
  • Organizer: 有機触媒シンポジウム
• [Presentation] Enantioselective Reactions Catalyzed by Chiral Phosphoric Acid (2021)
  • Author(s): Takahiko Akiyama
  • Organizer: Pacifichem2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Enantioselective Reactions Catalyzed by Chiral Phosphoric Acid (2021)
  • Author(s): Takahiko Akiyama
  • Organizer: 2021 Chemical Society National Meeting of Taiwan
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Enantioselective Reactions Catalyzed by Chiral Phosphoric Acid (2020)
  • Author(s): Takahiko Akiyama
  • Organizer: International Symposium on Organic Reactions 2020 (ISOR 2020)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] 学習院大学理学部化学科 秋山研究室
  • URL: https://www.chem.gakushuin.ac.jp/akiyama/
• [Remarks] 学習院大学理学部化学科 秋山研究室
  • URL: http://www.chem.gakushuin.ac.jp/akiyama/