Development of Regio- and Enantioselective Transformations Using Data Science

• Project Area: Digitalization-driven Transformative Organic Synthesis (Digi-TOS)
• Project/Area Number: 22H05370
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (II)
• 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): 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: C-H結合変換 / 位置選択性 / 非共有結合性相互作用 / 触媒 / 水素原子移動 / データサイエンス / 機械学習 / エナンチオ選択性

Outline of Research at the Start

本研究では、我々が精力的に研究を行ってきた位置選択的なC-H結合変換反応開発の経験と知見を活かし、触媒と光学活性な添加剤、基質と光学活性な添加剤、触媒と基質、それぞれの間に働く非共有結合性相互作用を利用することで、位置選択的かつエナンチオ選択的なC-H結合変換反応を開発する。反応開発で得られるポジティブおよびネガティブなデータをデータベースに提供し、機械学習により提供される触媒設計指針を実験にフィードバックし、再び触媒の合成と反応について検討する、という一連の作業を繰り返すことで、高い位置選択性やエナンチオ選択性を有するC-H結合変換反応を開発する。

Outline of Annual Research Achievements

水素原子移動（HAT）触媒を用いるC(sp3)-H変換反応の開発を中心に検討を行った。
我々は以前に、アニオン性を有するデカタングステン酸塩光触媒とカチオン性を有するアニリニウム化合物との間に働く静電相互作用を利用することで、HAT機構によるC(sp3)-H結合からの水素原子の引き抜きによるベンジルラジカルの発生を経由する芳香族アニリニウム塩のオルト位選択的なベンジル位C(sp3)-Hアルキル化反応の開発に成功した。これらの研究成果に基づき、複数の官能基を含む生体分子であるアミノ酸やペプチド類のHAT機構による選択的な変換反応について検討した。その結果、アミノ酸であるバリンやバリンを含むジペプチドやトリペプチドのバリン選択的なC(sp3)-Hアルキル化反応の開発に成功した。
我々は以前に、糖類のHAT反応を利用することにより、位置選択的なC(sp3)-Hアルキル化反応が進行することを見出している。この反応を分子間HAT反応に展開することに成功し、糖類の位置選択的なC(sp3)-Hアルキル化反応の開発に成功した。本反応において、アントラキノン触媒では結合解離エネルギーの最も小さいC-H結合で、よりかさ高いデカタングステン酸塩光触媒では立体障害の最も少ないC-H結合でそれぞれ反応が進行することを見出すことができ、触媒を置き換えることで反応点をスイッチできることを明らかにした。また、本反応を利用することで、新たな脱離基である5-アンモニウム-4,4-ジメチルバレリル基を開発し、アルコールやアミン類の脱保護反応や放出反応を開発することができた。
また、実験と機械学習の協働による超高活性HAT触媒の開発を目指し、共同研究を開始した。

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

• [Int'l Joint Research] Guangxi Academy of Sciences(中国)
• [Journal Article] Bifunctional 1-Hydroxypyrene-Photocatalyst for Hydrodesulfurization via Reductive C(Aryl)-S Bond Cleavage (2023)
  • Author(s): Di Wu, Akira Shiozuka, Kyohei Kawashima, Toshifumi Mori, Kohei Sekine, Yoichiro Kuninobu
  • Journal Title: Orgnic Letters Volume: 25 Issue: 18 Pages: 3293-3297
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.3c01061
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Decatungstate-Catalyzed C(sp3)-H Alkylation of a Val Residue Proximal to the N-Terminus Controlled by an Electrostatic Interaction (2023)
  • Author(s): Song Jizhou、Torigoe Takeru、Kuninobu Yoichiro
  • Journal Title: Organic Letters Volume: 25 Issue: 20 Pages: 3708-3712
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.3c01154
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Site‐Selective Direct Intermolecular C(sp3)-H Alkylation of Saccharides and Switching of Reaction Sites by Changing Photocatalysts (2023)
  • Author(s): Li Yanru、Kuninobu Yoichiro
  • Journal Title: Advanced Synthesis & Catalysis Volume: 365 Issue: 15 Pages: 2577-2587
  • DOI: 10.1002/adsc.202300329
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Regioselective C-H Trifluoromethylation and Its Related Reactions of (Hetero)aromatic Compounds (2023)
  • Author(s): Kuninobu Yoichiro
  • Journal Title: The Chemical Record Volume: 23 Issue: 9
  • DOI: 10.1002/tcr.202300003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Non‐Covalent Interaction‐Controlled Site‐Selective C-H Transformations (2023)
  • Author(s): Kuninobu Yoichiro
  • Journal Title: The Chemical Record Volume: 23 Issue: 10
  • DOI: 10.1002/tcr.202300149
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 5‐Ammonium‐4,4‐dimethylvaleryl (Amv) Group: Generation from Acryloyl Group through Decatungstate‐Catalyzed C(sp3)-H Addition and Removal by Base‐Triggered Cyclization (2023)
  • Author(s): Song Jizhou、Torigoe Takeru、Kuninobu Yoichiro
  • Journal Title: European Journal of Organic Chemistry Volume: 26 Issue: 46
  • DOI: 10.1002/ejoc.202301015
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Creation of Transition Metal Catalysts with Substrate Recognition Moiety and Development of Regioselective and Substrate Specific Reactions (2022)
  • Author(s): Kuninobu Yoichiro
  • Journal Title: Journal of Synthetic Organic Chemistry, Japan Volume: 80 Issue: 5 Pages: 421-430
  • DOI: 10.5059/yukigoseikyokaishi.80.421
  • ISSN: 0037-9980, 1883-6526
  • Year and Date: 2022-05-01
• [Journal Article] Photoinduced Organic Reactions by Employing Pyrene Catalysts (2022)
  • Author(s): Sekine Kohei、Kuninobu Yoichiro、Shiozuka Akira
  • Journal Title: Synthesis Volume: 54 Issue: 10 Pages: 2330-2339
  • DOI: 10.1055/a-1739-4793
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Iridium‐Catalyzed C(sp3)-H Borylation Using Silyl‐Bipyridine Pincer Ligands (2022)
  • Author(s): Kawazu Ryohei、Torigoe Takeru、Kuninobu Yoichiro
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 61 Issue: 22
  • DOI: 10.1002/anie.202202327
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photoinduced Divergent Deaminative Borylation and Hydrodeamination of Primary Aromatic Amines (2022)
  • Author(s): Shiozuka Akira、Sekine Kohei、Toki Takumi、Kawashima Kyohei、Mori Toshifumi、Kuninobu Yoichiro
  • Journal Title: Organic Letters Volume: 24 Issue: 23 Pages: 4281-4285
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.2c01663
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Near‐Infrared and Dual Emissions of Diphenylamino Group‐Substituted Malachite Green Derivatives (2022)
  • Author(s): Mori Toshiaki、Sekine Kohei、Kawashima Kyohei、Mori Toshifumi、Kuninobu Yoichiro
  • Journal Title: European Journal of Organic Chemistry Volume: 2022 Issue: 31
  • DOI: 10.1002/ejoc.202200873
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 3-Position-Selective C-H Trifluoromethylation of Pyridine Rings Based on Nucleophilic Activation (2022)
  • Author(s): Muta Ryuhei、Torigoe Takeru、Kuninobu Yoichiro
  • Journal Title: Organic Letters Volume: 24 Issue: 44 Pages: 8218-8222
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.2c03327
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Noncovalent Interaction-Controlled Site-selective C-H Transformations (2024)
  • Author(s): Yoichiro Kuninobu
  • Organizer: Eighth International Conference on Catalysis and Chemical Engineering
  • Invited
• [Presentation] 水素結合を用いたナフタレン誘導体の遠隔位での位置選択的C-Hボリル化反応の開発 (2024)
  • Author(s): 吉野 元規、猪股 志帆、國信 洋一郎
  • Organizer: 日本化学会第104春季年会
• [Presentation] 二重Friedel-Crafts反応による環状ジラジカルジカチオンの合成とその性質 (2024)
  • Author(s): 許 潤杰、國信 洋一郎
  • Organizer: 日本化学会第104春季年会
• [Presentation] 可視光駆動型カルバモイルアリール化反応を利用した環状イミドの合成 (2024)
  • Author(s): 高 汰佑、呉 迪、関根 康平、國信 洋一郎
  • Organizer: 日本化学会第104春季年会
• [Presentation] 金触媒を用いたアリールジイン化合物の環化反応による含ケイ素環状化合物の合成 (2024)
  • Author(s): 藤 和人、関根 康平、國信 洋一郎
  • Organizer: 日本化学会第104春季年会
• [Presentation] N-アリールオキサミン酸の芳香族炭素-窒素結合切断を鍵とするアルケンのカルバモイルアリール化反応 (2024)
  • Author(s): 塩塚 朗、呉 迪、川島 恭平、森 俊文、関根 康平、國信 洋一郎
  • Organizer: 日本化学会第104春季年会
• [Presentation] 二重Friedel-Crafts反応によるペンローズ階段型環状分子の合成と物性 (2024)
  • Author(s): 姜 志彦、國信 洋一郎
  • Organizer: 日本化学会第104春季年会
• [Presentation] N－アリールオキサミン酸を二官能基化剤とするアルキンのカルバモイルアリール化反応 (2024)
  • Author(s): 岳 高帆、呉 迪、塩塚 朗、関根 康平、國信 洋一郎
  • Organizer: 日本化学会第104春季年会
• [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 (2023)
  • Author(s): 姜 志彦、関根 康平、國信 洋一郎
  • Organizer: 第33回万有福岡シンポジウム
• [Presentation] Deaminative Borylation and Hydrodeamination of Aromatic Amines via Radical/Radical Ion Intermediates (2023)
  • Author(s): Kohei Sekine, Akira Shiozuka, Takumi Toki, Kyohei Kawashima, Toshifumi Mori, Yoichiro Kuninobu
  • Organizer: 10th Pacific Synposium on Radical Chemistry
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Bifunctional 1-Hydroxypyrene-Photocatalyst for Hydrodesulfurization via Reductive C(aryl)-S Bond Cleavage (2023)
  • Author(s): Di Wu, Akira Shiozuka, Kohei Sekine, Yoichiro Kuninobu
  • Organizer: 10th Pacific Synposium on Radical Chemistry
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Synthesis of Cyclic Compounds and the Diradical Dication Species and Investigation of Their Properties (2023)
  • Author(s): Runjie Xu, Yoichiro Kuninobu
  • Organizer: 第60回化学関連支部合同九州大会
• [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 (2023)
  • Author(s): 姜 志彦、関根 康平、國信 洋一郎
  • Organizer: 第35回若手研究者のためのセミナー
• [Presentation] Synthesis of Cyclic Compounds and the Diradical Dication Species and Investigation of Their Properties (2023)
  • Author(s): Runjie Xu, Yoichiro Kuninobu
  • Organizer: 第33回基礎有機化学討論会
• [Presentation] 二重Friedel-Crafts反応による新規環状π共役系分子の創製 (2023)
  • Author(s): 姜 志彦、國信 洋一郎
  • Organizer: 第33回基礎有機化学討論会
• [Presentation] ヒドロキシピレンの特性を活かした光駆動型脱アルキルチオ化反応 (2023)
  • Author(s): 関根康平・呉 迪・塩塚 朗・川島恭平・森 俊文・國信洋一郎
  • Organizer: 第33回基礎有機化学討論会
• [Presentation] Hydrogen Bond-controlled Site-selective C-H Borylation of Naphthalene Derivatives at the Remote-position (2023)
  • Author(s): 吉野 元起、猪股 志帆、國信 洋一郎
  • Organizer: 第69回有機金属化学討論会
• [Presentation] 炭素－水素およびケイ素－水素結合変換に基づく含ケイ素π共役系分子の合成 (2023)
  • Author(s): 國信 洋一郎
  • Organizer: 第27回ケイ素化学協会シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 金触媒による含ケイ素環状化合物の合成 (2023)
  • Author(s): 関根康平、藤和人、國信洋一郎
  • Organizer: 第27回ケイ素化学協会シンポジウム
• [Presentation] ロジウム触媒によるアルキンのシリル化を基盤とする含ケイ素環状化合物の選択的な合成 (2023)
  • Author(s): 藤和人、関根康平、國信洋一郎
  • Organizer: 第50回有機典型元素化学討論会
• [Presentation] ロジウム触媒を用いたアルキンの分子内および分子間ヒドロ官能基化による含ケイ素環状化合物の選択的な合成 (2023)
  • Author(s): 藤 和人、関根 康平、國信 洋一郎
  • Organizer: 日本化学会第103春季年会
• [Presentation] Photoinduced Hydrodesulfurization of Alkylthio Group-substituted Aromatic Compounds via C(sp2)-S Bond Cleavage (2023)
  • Author(s): Di Wu, Akira Shiozuka, Kohei Sekine, Yoichiro Kuninobu
  • Organizer: 日本化学会第103春季年会
• [Presentation] Hydrogen Bond-Accelerated Decatungstate-Catalyzed C(sp3)-H Alkylation of 2-Methylphenylboronic Acid Derivatives (2023)
  • Author(s): Hui Jiang, Takeru Torigoe, Yoichiro Kuninobu
  • Organizer: 日本化学会第103春季年会
• [Presentation] 紫外光照射によるSelectfluorを用いる２-メチルベンゼンスルホン酸塩誘導体のベンジル位ジフッ素化 (2023)
  • Author(s): 曾 嘉林、鳥越 尊、國信 洋一郎
  • Organizer: 日本化学会第103春季年会
• [Presentation] 静電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2-メチルアニリニウム塩の位置選択的C(sp3)-Hアルキル化 (2022)
  • Author(s): 曾 嘉林、鳥越 尊、國信 洋一郎
  • Organizer: 第32回万有福岡シンポジウム
• [Presentation] 光誘起電子移動を鍵とする芳香族第一級アミンの炭素-窒素結合切断を伴うボリル化および脱アミノ化反応の開発 (2022)
  • Author(s): 塩塚 朗、関根 康平、土岐 拓未、川島 恭平、森 俊文、國信 洋一郎
  • Organizer: 第46回有機電子移動化学討論会
• [Presentation] ペプチド主鎖N末端アンモニウムとの静電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バリン残基の選択的なC(sp3)-Hアルキル化 (2022)
  • Author(s): 宋 済舟、鳥越 尊、國信 洋一郎
  • Organizer: 120回有機合成シンポジウム
• [Presentation] 光誘起電子移動を鍵とする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: 第59回化学関連支部合同九州大会
• [Presentation] ピリジン環の求核的活性化を経る３位選択的トリフルオロメチル化 (2022)
  • Author(s): 牟田 龍平、鳥越 尊、國信 洋一郎
  • Organizer: 第59回化学関連支部合同九州大会
• [Presentation] LLX型PNSiピンサー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): 峯 海吏、鳥越 尊、國信 洋一郎
  • Organizer: 第59回化学関連支部合同九州大会
• [Presentation] LLX 型ピンサー配位子を用いるイリジウム触媒に よる C(sp3)-H ボリル化 (2022)
  • Author(s): 鳥越 尊、河津 稜平、峯 海吏、國信 洋一郎
  • Organizer: 第68回有機金属化学討論会
• [Presentation] ロジウム触媒によるベンゾシロール誘導体の合成 (2022)
  • Author(s): 藤 和人、関根 康平、國信 洋一郎
  • Organizer: 第68回有機金属化学討論会
• [Presentation] ロジウム触媒を用いた含ケイ素環状分子合成法の開発 (2022)
  • Author(s): 藤 和人、関根 康平、國信 洋一郎
  • Organizer: 第26回ケイ素化学協会シンポジウム
• [Presentation] Synthesis of pi-Conjugated Molecules by Double (Sila-)Friedel-Crafts Reaction (2022)
  • Author(s): Yoichiro Kuninobu
  • Organizer: The International Symposium on Organic Reactions (ISOR-15)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Synthesis of pi-Conjugated Molecules by Double (Sila-)Friedel-Crafts Reaction (2022)
  • Author(s): Yoichiro Kuninobu
  • Organizer: ICPAC Kota Kinabalu 2022
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Book] Handbook of CH-Functionalization (2022)
  • Author(s): Yoichiro Kuninobu
  • Total Pages: 19
  • Publisher: Wiley
• [Remarks] 國信研究室
  • URL: https://kuninobu-lab.weebly.com/
• [Remarks] Kuninobu Lab
  • URL: https://kuninobu-lab-english.weebly.com/