炭素－水素結合切断を経る極性官能基をもつアルキル基導入法の開発と不斉反応への展開

• Project Area: Molecule Activation Directed toward Straightforward Synthesis
• Project/Area Number: 25105746
• 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: Keio University
• Principal Investigator: 垣内 史敏 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (70252591)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2014: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2013: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: ロジウム / カチオン性錯体 / 炭素－水素結合活性化 / アシルアルキル基 / アリールピリジン類 / ベンズアミド類 / C-H活性化 / 炭素－炭素結合生成 / 遷移金属錯体触媒 / 触媒的変換反応

Outline of Annual Research Achievements

我々はこれまでの検討で、アルケニルエステルをアルケニル化剤として利用することにより、カルボキシラートの脱離を伴う炭素－水素結合のアルケニル化反応が進行することを見出している。本研究では、アルケニルエステルに変えて環状アルケニル炭酸エステルを用いることにより、炭素－水素結合切断を利用したこれまでに報告例がない形式でのalpha-アシルアルキル基の導入の開発を目指して検討を行った。
カチオン性ロジウム錯体を触媒に用い、環状アルケニル炭酸エステルと種々の芳香族化合物との反応により、炭素－水素結合切断を経る芳香環へのalpha-アシルアルキル基の導入を達成する新規触媒反応の開発を行った。基質として2-(o-トリル)ピリジンを用い、4-メチレン-1,3-ジオキサスピロ[4.4]ノナン-2-オンの反応を、[Cp*RhCl2]2とAgSbF6を触媒に用い、無溶媒条件下、80℃で48時間行ったところ、オルト位にalpha-アシルアルキル基が導入された生成物がGC収率88%で得られた。電子供与性置換基および電子求引性置換基をもつアリールピリジン類を用いた場合にも、対応するalpha-アリールケトンを良好な収率で与えた。他の含窒素ヘテロ環も配向基として利用することが可能であった。
また、本反応は芳香族アミドに対しても適用可能であった。芳香族アミドはアリールピリジン類に比べ反応性が高く、70℃、24時間でも良好な収率で生成物を与えた。アミド基の窒素上の置換基を変えて反応性を比較したところ、立体的に小さい置換基をもつベンズアミドの方が高い収率で生成物を与えた。
本研究により炭素－水素結合切断を利用し、多様な芳香族化合物の芳香環上にalpha-アシルアルキル基を位置選択的に導入できる新規炭素－炭素結合生成法の開発に成功した。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] 2)Chelation-Assisted Regioselective Catalytic Functionalization of C-H, C-O, C-N, and C-F Bonds (2014)
  • Author(s): 垣内史敏、河内卓彌、村井眞二
  • Journal Title: Synlett Volume: 25 Issue: 17 Pages: 2390-2412
  • DOI: 10.1055/s-0034-1379210
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 3)Ruthenium-Catalyzed Ortho-Selective Aromatic C-H Alkenylation with Alkenyl Carbonates (2014)
  • Author(s): 荻原陽平、河内卓彌、垣内史敏
  • Journal Title: Chem. Lett. Volume: 45 Issue: 5 Pages: 667-669
  • DOI: 10.1246/cl.140006
  • NAID: 130004868092
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ruthenium-Catalyzed Ortho-Selective C-H Alkenylation of Aromatic Compounds with Alkenyl Esters and Ethers (2014)
  • Author(s): 荻原陽平、田村賢、河内卓彌、松浦友輔、茶谷直人、垣内史敏
  • Journal Title: Organometallics Volume: 33 Issue: 1 Pages: 402-420
  • DOI: 10.1021/om401204h
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ロジウム触媒による環状アルケニル炭酸エステルを用いた芳香族炭素－水素結合切断を経るα-アシルアルキル基導入反応 (2015)
  • Author(s): 原悠介、河内卓彌、垣内史敏
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学理工学部船橋キャンパス （千葉県、船橋市、習志野台）
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] Ruthenium-catalyzed C-H Alkenylation Using Alkenyl Acetates and Related Compounds (2014)
  • Author(s): 垣内史敏
  • Organizer: 2nd International Symposium on C-H Activation
  • Place of Presentation: Rennes （France）
  • Year and Date: 2014-06-30 – 2014-07-03
  • Invited
• [Presentation] 遷移金属触媒による芳香族化合物と環状アルケニル炭酸エステルのカップリング反応の開発 (2014)
  • Author(s): 原悠介、河内卓彌、垣内史敏
  • Organizer: 第3回JACI/GSCシンポジウム
  • Place of Presentation: 東京国際フォーラム （東京都、千代田区）
  • Year and Date: 2014-05-22 – 2014-05-23
• [Presentation] 炭素－水素結合切断を経る芳香族化合物と環状アルケニル炭酸エステルの触媒的カップリング反応 (2014)
  • Author(s): 原悠介、河内卓彌、垣内史敏
  • Organizer: 新学術領域研究分子活性化－有機分子触媒合同シンポシウム
  • Place of Presentation: 北海道大学学術交流会館 （北海道、札幌市、北区）
  • Year and Date: 2014-05-20 – 2014-05-21
• [Presentation] ルテニウム触媒を用いた不活性炭素-酸素結合の化学選択的アリール化を用いた多環式芳香族化合物の効率的合成 (2014)
  • Author(s): 鈴木悠輔、河内卓彌、垣内史敏
  • Organizer: 第67 回有機合成化学協会関東支部シンポシウム
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学理工学部 （神奈川県、横浜市、港北区）
  • Year and Date: 2014-05-17
• [Presentation] ルテニウム触媒による芳香族炭素-酸素結合切断を経る芳香族ケトンのモノアルケニル化反応の開発と酸素上の置換基効果 (2014)
  • Author(s): 近藤晃、秋葉奈々、河内卓彌、垣内史敏
  • Organizer: 第67 回有機合成化学協会関東支部シンポシウム
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学理工学部 （神奈川県、横浜市、港北区）
  • Year and Date: 2014-05-17
• [Presentation] Ruthenium-Catalyzed Aromatic C-H Alkenylation Using Alkenyl Esters (2013)
  • Author(s): 垣内史敏
  • Organizer: National Taiwan University Seminar
  • Place of Presentation: 台湾大学（台北、台湾）
  • Invited
• [Presentation] 不活性炭素結合を利用するπ共役芳香族化合物の短工程合成 (2013)
  • Author(s): 垣内史敏
  • Organizer: ファインケミカルズ合成触媒研究会セミナー
  • Place of Presentation: 首都大学東京
  • Invited
• [Presentation] Convenient Syntheses of Multi-substituted Acenes by C-H Functionalization (2013)
  • Author(s): 垣内史敏
  • Organizer: 16th International Symposium Homogeneous and Heterogeneous Chemistry
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Invited
• [Presentation] Short-synthesis of Tetrabenzocorone by Means of Catalytic Coupling of Aromatic Ketones with Arylboronates (2013)
  • Author(s): 垣内史敏
  • Organizer: Post International Symposium on Organic Reaction
  • Place of Presentation: 台湾大学（台北、台湾）
  • Invited