Synthesis of Functionalized Alkenes Using Alkenylphosphonium Salts as Key Intermediates

• Project Area: Digitalization-driven Transformative Organic Synthesis (Digi-TOS)
• Project/Area Number: 22H05331
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (II)
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 増田 侑亮 北海道大学, 理学研究院, 助教 (20822307)
• Project Period (FY): 2022-06-16 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000); Fiscal Year 2023: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2022: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
• Keywords: アルケン / 自動合成 / ホスホニウム / 機械学習 / Wittig反応 / アルデヒド / 光酸化還元触媒 / データサイエンス

Outline of Research at the Start

本研究では、アルケニルホスホニウム塩を鍵中間体とする官能基化アルケンの統一的合成法を確立する。光や金属触媒によって発現される特異な選択性を量子化学計算および機械学習により理解し、アルケニルホスホニウムの新規官能基化法を開発する。開発した反応をコードモジュールとし、Wittigオレフィン化反応と組み合わせることで、アルケン類の統一的かつ網羅的な合成法へと昇華する。データサイエンスを駆動力として条件の最適化を行い、フローシステムによる多様なアルケンの完全自動合成を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、アルケニルホスホニウム塩を共通出発物とし、イオン反応とラジカル反応の使い分けによる化学選択性の逆転を利用した多様な結合形成反応を開発することで、アルケン類の統一的合成プロトコルを確立することを目的としている。
前年度は、アルケニルホスホニウム塩を用いた有機分子の炭素ー水素結合アルキル化反応の開発を行い、続くWittig反応と組み合わせることで、ホモアリルアルコールおよびホモアリルアミンの効率的合成プロトコルとなることを示した。当該年度には、この反応をアルデヒドの炭素ー水素結合アルキル化へと拡張し、他の手法では合成することの難しかったγオキソアルキルホスホニウム塩を合成することができた。得られたホスホニウム塩は有機リチウムによる付加反応と続くWittig反応によって多官能基化アルケンへと誘導可能であった。さらに得られた知見に基づいて検討を進めた結果、ビニルホスホニウム・不飽和カルボニル化合物・アルキルホウ素化合物の３成分反応によって、アルキルホスホニウム塩が得られることを見出した。２種類の電子不足アルケンに対して連続的かつ選択的に付加反応を行うことは従来の合成手法では困難であったが、本反応ではビニルホスホニウムの特異なカチオン性によって配列選択的に反応が進行することがわかった。得られたホスホニウム塩はWittig反応によって、ワンポットで対応するアルケンへと変換することができた。
これらの反応はすべてアルケニルホスホニウム塩を出発物としたアルケン類の合成プロトコルであり、本研究課題である自動合成を見据えた反応の開発に合致した研究成果である。今後、これらの反応をモジュールとしたアルケンの自動合成法の確立が期待される。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Photoinduced Platinum-Catalyzed Reductive Allylation of α-Diketones with Allylic Carbonates (2024)
  • Author(s): Shimosato Junpei、Sawamura Masaya、Masuda Yusuke
  • Journal Title: Organic Letters Volume: 26 Issue: 10 Pages: 2023-2028
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.4c00091
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sequence-selective three-component reactions of alkyltrifluoroborates with α,β-unsaturated carbonyl compounds and vinylphosphonium salts (2023)
  • Author(s): Yoshida Masaki、Sawamura Masaya、Masuda Yusuke
  • Journal Title: Organic Chemistry Frontiers Volume: 10 Issue: 14 Pages: 3654-3661
  • DOI: 10.1039/d3qo00631j
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photocatalytic 1,2-Phosphorus-Migrative [3 + 2] Cycloaddition of Tri(t-butyl)phosphine with Terminal Alkynes (2023)
  • Author(s): Masuda Yusuke、Ikeshita Daichi、Higashida Kosuke、Yoshida Masaki、Ishida Naoki、Murakami Masahiro、Sawamura Masaya
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 145 Issue: 34 Pages: 19060-19066
  • DOI: 10.1021/jacs.3c06760
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photocatalytic Aldehyde C-H Bond Phosphonioethylation with Vinylphosphonium Bromide (2023)
  • Author(s): Mori Haruna、Yoshida Masaki、Sawamura Masaya、Masuda Yusuke
  • Journal Title: Asian Journal of Organic Chemistry Volume: 13 Issue: 2
  • DOI: 10.1002/ajoc.202300532
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of Tetraarylphosphonium Salts from Triarylphosphines and Aryl Bromides Exploiting Light and Palladium (2022)
  • Author(s): Ikeshita Daichi、Shimura Hiroki、Miyakawa Sho、Masuda Yusuke、Ishida Naoki、Murakami Masahiro
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: - Issue: 5 Pages: 522-524
  • DOI: 10.1246/cl.220067
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photoinduced Alcoholic α-C-H Bond Anti-Markovnikov Addition to Vinylphosphonium Bromides Followed by Wittig Olefination: Two-Step Protocol for α-C-H Allylic Alkylation of Alcohols (2022)
  • Author(s): Yoshida Masaki、Sawamura Masaya、Masuda Yusuke
  • Journal Title: ChemCatChem Volume: 14 Issue: 18
  • DOI: 10.1002/cctc.202200744
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nickel-Catalyzed Defluorophosphonylation of Aryl Fluorides (2022)
  • Author(s): You Zhensheng、Masuda Yusuke、Iwai Tomohiro、Higashida Kosuke、Sawamura Masaya
  • Journal Title: The Journal of Organic Chemistry Volume: 87 Issue: 21 Pages: 14731-14737
  • DOI: 10.1021/acs.joc.2c02048
  • Peer Reviewed
• [Presentation] リン原子の1,2-転位を伴うトリ(t-ブチル)ホスフィンとアルキンの光触媒的[3+2]付加環化反応 (2024)
  • Author(s): 増田 侑亮・池下 大智・東田 皓介・吉田 真樹・石田 直樹・村上 正浩・澤村 正也
  • Organizer: 日本化学会第104春季年会（2024)
• [Presentation] 可視光と白金触媒によるα-ジケトンの極性転換型アリル化反応 (2024)
  • Author(s): 下里 絢平・増田 侑亮・澤村 正也
  • Organizer: 日本化学会第104春季年会（2024)
• [Presentation] Photocatalytic transformation of organophosphorus compounds through distonic radical cation intermediates (2023)
  • Author(s): Yusuke Masuda
  • Organizer: ICAT International Symposium on Catalysis 2023
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Visible-light-induced platinum-catalyzed umpolung allylation of α-Diketones (2023)
  • Author(s): Junpei Shimosato, Yusuke Masuda, Masaya Sawamura
  • Organizer: ICAT International Symposium on Catalysis 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Photoinduced Platinum-catalyzed Reductive Allylation of Aromatic Ketones with Allylic Carbonates (2023)
  • Author(s): Junpei Shimosato, Yusuke Masuda, Masaya Sawamura
  • Organizer: 第69回有機金属化学討論会
• [Presentation] 光酸化還元触媒によるトリ(t-ブチル)ホスフィンとアルキンのリン-1,2-転移を伴う[3+2]付加環化反応 (2023)
  • Author(s): 増田 侑亮・東田 皓介・吉田 真樹・池下 大智・ 石田 直樹・村上 正浩・澤村 正也
  • Organizer: 第132回触媒討論会
• [Presentation] Photocatalytic 1,2-Phosphorus-Migrative [3+2] Cycloaddition of Tri(t-butyl)phosphine with Terminal Alkynes (2023)
  • Author(s): Yusuke Masuda, Daichi Ikeshita, Kosuke Higashida, Masaki Yoshida, Naoki Ishida, Masahiro Murakami, Masaya Sawamura
  • Organizer: International Joint Symposium 2023 on Synthetic Organic Chemistry
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] リン-1,2-転位を伴うトリ（t-ブチル）ホスフィンとアルキンの光触媒的[3+2]付加環化反応 (2023)
  • Author(s): 増田侑亮・池下大智・東田皓介・吉田真樹・石田直樹・村上正浩・澤村正也
  • Organizer: 第50回有機典型元素化学討論会
• [Presentation] 電荷によって制御された電子不足アルケンへの二重ラジカル付加反応 (2023)
  • Author(s): 増田 侑亮、吉田 真樹、澤村 正也
  • Organizer: 日本化学会第103春季年会（2023)
• [Presentation] アシルシランの光銅触媒不斉共役付加によるキラル1,4-ジカルボニル化合物の合成 (2023)
  • Author(s): 上田 悠介、末木 愛子、増田 侑亮、澤村 正也
  • Organizer: 日本化学会第103春季年会（2023)
• [Presentation] ビアリールホスフィンの光触媒環化反応によるジベンゾホスホールの合成 (2023)
  • Author(s): 河村 幸江、増田 侑亮、澤村 正也
  • Organizer: 日本化学会第103春季年会（2023)
• [Presentation] 光酸化還元触媒によるアルデヒド炭素―水素結合の臭化ビニルホスホニウムへのanti-マルコフニコフ付加反応 (2023)
  • Author(s): 森 晴菜、吉田 真樹、増田 侑亮、澤村 正也
  • Organizer: 日本化学会第103春季年会（2023)
• [Presentation] 光酸化還元触媒によるアルコールα位炭素ー水素結合の臭化ビニルホスホニウムへの anti-マルコフニコフ付加反応の開発 (2022)
  • Author(s): 吉田 真樹、増田 侑亮、澤村 正也
  • Organizer: 第20回次世代を担う有機化学シンポジウム
• [Presentation] Photocatalytic Synthesis of Organophosphorus Compounds (2022)
  • Author(s): Yusuke Masuda
  • Organizer: The 15th International Conference on Cutting-Edge Organic Chemistry in Asia (ICCEOCA-15)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Photoinduced Copper-Catalyzed Asymmetric Acylation of Allylic Phosphates with Acylsilanes (2022)
  • Author(s): Yusuke Ueda, Yusuke Masuda, Tomohiro Iwai, Keisuke Imaeda, Hiroki Takeuchi, Kosei Ueno, Min Gao, Jun-ya Hasegawa, Masaya Sawamura
  • Organizer: 第68回有機金属化学討論会
• [Presentation] Ni-Catalyzed Defluorophosphonylation of Aryl Fluorides (2022)
  • Author(s): Zhensheng You, Yusuke Masuda, Tomohiro Iwai, Kosuke Higashida, Masaya Sawamura
  • Organizer: 第68回有機金属化学討論会
• [Presentation] ビニルホスホニウム塩の光酸化還元反応による多様性指向型分子変換 (2022)
  • Author(s): 増田 侑亮、吉田 真樹、澤村 正也
  • Organizer: 第 49 回 有機典型元素化学討論会
• [Patent(Industrial Property Rights)] 第４級ホスホニウム化合物の製造方法 (2023)
  • Inventor(s): 増田侑亮、吉田真樹、澤村正也
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人北海道大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2023