合成的活用を考慮した配向基による炭素－水素結合活性化の新展開

• Project Area: Molecule Activation Directed toward Straightforward Synthesis
• Project/Area Number: 23105545
• 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: Waseda University
• Principal Investigator: 柴田 高範 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (80265735)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2012: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2011: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: 分子活性化 / 分子変換 / 原子効率 / 触媒 / イリジウム / 選択的合成・反応 / 有機金属触媒 / 不斉合成 / 触媒設計・反応

Outline of Annual Research Achievements

炭素－水素結合など不活性結合の直接的な官能基化は、原子効率、工程数の削減から理想的な合成変換であるが、望みの不活性結合を位置選択的に活性化するためには、反応部位に金属触媒を接近させる「配向基」が一般に用いられる。私は、「配向基」を単なる「活性化基」として用いるのではなく、生成物の付加価値を高め、その後の多彩な合成変換を可能にする「機能性基」として位置づけ触媒反応の開発を行った。
まず私は、カチオン性イリジウム触媒を用いることで、配向基（DG）を有するフェロセン化合物に対し、酸化的C-H結合開裂を起点とするアルキル化、アルケニル化を行った。その結果、2-pyridyl基を配向基を用いた場合、三置換、一方1-isoquinolyl基を用いた場合、二置換フェロセン化合物が選択的に得られた。
次にカチオン性イリジウム触媒を用いたアルケン類との反応により、インドールの2位選択的なアルキル化を達成した。さらに、窒素上の置換基（Ac基とBz基）と、触媒に用いるホスフィン配位子（SEGPHOSとSDP）の適切な組み合わせにより、直鎖型（linear）と分岐型（branched）アルキル化体の選択的な合成に成功した。複素環であるインドールは多くの生理活性化合物の母骨格あり、位置選択的な炭素鎖や官能基の導入法の開発が望まれている。3位は電子豊富でありFriedel-Crafts反応に対する活性部位であるが、2位のC-H結合の直接的なアルキル化の例は、本例が初めてである。
そして、新形式のC-H結合活性化を伴う反応として“ロールオーバー”を経る反応を目指し、3-アルキニル-2-アリールピリジンの反応を検討した。様々な遷移金属触媒の検討の結果、ロジウム触媒[Cp*RhCl2]2に触媒量の銅塩Cu(OAc)2を添加することで効率よく反応が進行し、4-アザフルオレン誘導体が得られた。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] [Ir(cod)_2]BARF-Catalyzed C-H Bond Alkenylation and Alkylation of Ferrocenes (2012)
  • Author(s): 竹林智司、柴田高範
  • Journal Title: Organometallics Volume: 31 Issue: 11 Pages: 4114-4117
  • DOI: 10.1021/om300348e
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cationic iridium-catalyzed enantioselective activation of secondary sp3 C-H bond adjacent to nitrogen atom (2012)
  • Author(s): Pan, S; Matsuo, Y; Endo, K; Shibata, T.
  • Journal Title: Tetrahedron Volume: 68 Issue: 44 Pages: 9009-9015
  • DOI: 10.1016/j.tet.2012.08.071
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rh(III)-Catalyzed C-H Bond Activation along with “Rollover” for the Synthesis of 4-Azafluorenes (2012)
  • Author(s): Shibata, T; Takayasu, S; Yuzawa, S; Otani, T.
  • Journal Title: Org. Lett. Volume: 14 Issue: 19 Pages: 5106-5109
  • DOI: 10.1021/ol302375c
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ir(I)-Catalyzed C-H Bond Alkylation of C2-Position of Indole with Alkenes: Selective Synthesis of Linear or Branched 2-Alkylindoles (2012)
  • Author(s): Pan, S; Ryu, N; Shibata, T.
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 134 Issue: 42 Pages: 17474-17477
  • DOI: 10.1021/ja308742x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rh(III)-catalyzed directed C-H bond amidation of ferrocenes with isocyanates (2012)
  • Author(s): 竹林智司、静野翼、大谷卓、柴田高範
  • Journal Title: Beilstein Journal of Organic Chemistry Volume: 8 Pages: 1844-1848
  • DOI: 10.3762/bjoc.8.212
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ir(I)-Catalyzed Intermoleoular Regio- and Enantioselective Hydroamination of Alkenes with Heteroaromatic Amines (2011)
  • Author(s): Pan, S.; Endo, K.; Shibata, T.
  • Journal Title: Org.lett. Volume: 14 Issue: 3 Pages: 780-783
  • DOI: 10.1021/ol203318z
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ir(III)-Catalyzed Room-Temperature Synthesis of Multisubstituted Benzofurans Initiated by C-H Activation of α-Aryloxy Ketones (2011)
  • Author(s): Shibata, T.; Hashimoto, Y-k.; Otsuka, M.; Tsuchikama, K.; Endo, K.
  • Journal Title: Synlett Volume: 2011 Issue: 14 Pages: 2075-2079
  • DOI: 10.1055/s-0030-1260981
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ir(I)-Catalyzes Enantioselective Secondary sp3 C-H Bond Activation of 2-(Alkylamino) pyridines with Alkenes (2011)
  • Author(s): Pan, S.; Endo, K.; Shibata, T.
  • Journal Title: Org.Lett. Volume: 13 Issue: 17 Pages: 4692-4695
  • DOI: 10.1021/ol201907w
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cationic Ir(I)-Catalyzed sp3 C-H Bond Alkenylation of Ureas with Alkynes for the Synthesis of 2, 3-Disubstituted Indoles (2011)
  • Author(s): Shibata, T.; Hirashima, H.; Kasagawa, M.; Tsuchikama, K.; Endo, K.
  • Journal Title: Synlett Volume: 2011 Issue: 15 Pages: 2171-2176
  • DOI: 10.1055/s-0030-1261205
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Cationic Ir-Catalyzed C-H Bond Activation for the Preparation of Synthetically Useful Compounds (2013)
  • Author(s): Takanori Shibata, Shiguang Pan, Kyoji Tsuchikama and Kohei Endo
  • Organizer: FLOHET-2013 Annual Florida Heterocyclic and Synthetic IUPAC-Sponsored Conference
  • Place of Presentation: Gainesville, U.S.A.
  • Year and Date: 2013-03-05
  • Invited
• [Presentation] Ir(I)-Catalyzed Enantioselective Activation of Secondary sp3 C-H Bond Adjacent to Nitrogen Atom (2012)
  • Author(s): Shinquang PAN, Yusuke MATSUO, Takanori SHIBATA
  • Organizer: The 12th International Kyoto Conference on New Aspects of Organic Chemistry
  • Place of Presentation: 京都、日本
  • Year and Date: 2012-11-13
• [Presentation] カチオン性イリジウム触媒による含窒素芳香環アミンを用いたアルケンの位置ならびにエナンチオ選択的分子間ヒドロアミノ化反応 (2012)
  • Author(s): 潘世光・遠藤恒平・柴田高範
  • Organizer: 日本化学会第92春季年会
  • Place of Presentation: 慶應大学(神奈川県)
  • Year and Date: 2012-03-25
• [Presentation] カチオン性イリジウム錯体を用いた2-(アルキルアミノ)ピリジンの第2級sp3C-H結合の不斉活性化 (2012)
  • Author(s): 松尾雄介・潘世光・遠藤恒平・柴田高範
  • Organizer: 日本化学会第92春季年会
  • Place of Presentation: 慶應大学(神奈川県)
  • Year and Date: 2012-03-25
• [Presentation] C-HならびにN-H結合活性化によるキラルアミンのエナンチオ選択的合成 (2012)
  • Author(s): 柴田高範
  • Organizer: 第3回キラルサイエンス&テクノロジーシンポジウム
  • Place of Presentation: 早稲田大学西早稲田キャンパス(東京都)(招待講演)
  • Year and Date: 2012-02-14
• [Presentation] カチオン性イリジウム触媒を用いるC-H結合活性化の新展開 (2012)
  • Author(s): 柴田高範
  • Organizer: 新学術領域研究「分子活性化」第2回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 京都大学桂キャンパス船井哲良記念講堂(京都府)(招待講演)
  • Year and Date: 2012-01-20
• [Presentation] Synthetic Transformations Initiated by C-H Bond Activation Using Cationic Ir Catalysts (2011)
  • Author(s): T.Shibata, P.Shiguang, K.Tsuchikama, K.Endo
  • Organizer: International Symposium on Catalysis and Fine Chemicals 2011
  • Place of Presentation: 奈良県新公会堂(奈良県)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-12-08
• [Presentation] C(sp3)-H Bond Activation Using Cationic Ir Catalysts (2011)
  • Author(s): T.Shibata, P.Shiguang, K.Tsuchikama, K.Endo
  • Organizer: z 1st International Symposium on Molecular Activation
  • Place of Presentation: 淡路夢舞台(兵庫県)
  • Year and Date: 2011-11-09
• [Remarks] 柴田研究室・発表論文
  • URL: http://www.chem.waseda.ac.jp/shibata/japanese/attainment/attainment.html