プロトンと非金属性元素による協働作用有機触媒の開発

• Project Area: Advanced Molecular Transformations by Organocatalysts
• Project/Area Number: 26105706
• 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: Chiba University
• Principal Investigator: 荒井 孝義 千葉大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (80272483)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2015: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2014: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: 有機触媒 / 不斉触媒 / アミン / ハロゲン / イミダゾリジン / チオクロマン / 水素結合 / 光学活性 / ヨウ素結合 / 協奏作用

Outline of Annual Research Achievements

水素結合は、有機触媒が効果的に機能するための基本的な作動原理である。本研究では、ヨウ素などの非金属性元素の近傍に、イミダゾリジンもしくはオキサゾリジン等の水素結合供与能を有する第２級アミンを配置する『協働作用有機触媒』の創製を目指した。
前年度の研究で開発に成功した、ヨウ素の近傍に二つのイミダゾリジン環を配置したBis(imidazolidine) iodobenzene (I-Bidine)を基盤に研究を推進した。ニトロアルケンとチオサリチルアルデヒドの触媒的不斉Michael/Henry反応によるチオクロマンの触媒的不斉合成では、I-Bidineは有効に働き、ニトロ基と水酸基がsynに配置された生成物を中程度の不斉収率で与えた。本年度の研究では、I-Bidineの窒素上のベンジル基のベンゼン環をメシチル基に置き換えた誘導体を用いると、主生成物のanti-体が立体選択的に得られることを見出した。
一方、独自に開発を進めている「固相不斉触媒反応」と「円偏光二色性（CD）検出」を組み合わせる不斉触媒の迅速解析システム「Solid-phase Catalysis/CD-HTS」により高機能第二級不斉有機触媒の探索を行った。その結果、比較的簡単な構造を持つフェニルグリシノール由来の第二級アミノアルコールがN-Bocイミンに対するマロノニトリルの不斉Mannich反応に優れた触媒活性を示すことを見出し、Mannich成績体を77%収率、73% eeで得た。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Catalytic Asymmetric [3+2]-Cycloaddition for Stereodivergent Synthesis of Chiral Indolyl-pyrrolidines. (2016)
  • Author(s): Takayoshi Arai, Chihiro Tokumitsu, Tomoya Miyazaki, Satoru Kuwano, Atsuko Awata.
  • Journal Title: Organic & Biomolecular Chemistry Volume: 14 Issue: 5 Pages: 1831-1839
  • DOI: 10.1039/c5ob02278a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] PyBidine-NiCl2-Catalyzed Asymmetric Addition of Alcohols and Peroxides to Isatin-Derived Ketimines (2015)
  • Author(s): Arai, T.; Tsuchiya, K.; Matsumura E.
  • Journal Title: Org. Lett. Volume: 17 Issue: 10 Pages: 2416-2419
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.5b00928
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Chiral Bis(imidazolidine)-derived NCN Pincer Rh Complex for Catalytic Asymmetric Mannich Reaction of Malononitrile with N-Boc Imines (2015)
  • Author(s): Arai, T.; Moribatake T.; Masu H.
  • Journal Title: Chem. Eur. J. Volume: 21 Issue: 30 Pages: 10671-10675
  • DOI: 10.1002/chem.201502097
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Recyclable Poly-Zn3(OAc)4-3,3’-Bis(aminoimino)binaphthoxide Catalyst for Asymmetric Iodolactonization (2015)
  • Author(s): T. Arai, T. Kojima, O. Watanabe, T. Itoh, H. Kanoh
  • Journal Title: ChemCatChem Volume: 7 Issue: 20 Pages: 3234-3238
  • DOI: 10.1002/cctc.201500842
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Catalytic Asymmetric Iodocyclization of N-Tosyl Alkenamides using Aminoiminophenoxy Copper Carboxylate: A Concise Synthesis of Chiral 8-Oxa-6-Azabicyclo[3.2.1]octanes (2015)
  • Author(s): Arai, T.; Watanabe, O.; Yabe, S.; Yamanaka, M.
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 54 Issue: 43 Pages: 12767-12771
  • DOI: 10.1002/anie.201505748
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of Highly Functionalized Chiral Benzopyrano[3,4-c]pyrrolidines Bearing Five Contiguous Stereogenic Centers (2015)
  • Author(s): Sato, T.; Miyazaki, T.; Arai, T.
  • Journal Title: J. Org. Chem. Volume: 80 Issue: 20 Pages: 10346-10352
  • DOI: 10.1021/acs.joc.5b01445
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Design of a Chiral Secondary Amine Ligand for Cu-catalyzed anti-Selective Henry Reaction (2015)
  • Author(s): Arai, T.; Joko, A. Sato K.
  • Journal Title: Synlett Volume: 26 Issue: 02 Pages: 209-214
  • DOI: 10.1055/s-0034-1379607
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] PyBidine-Cu(OTf)2-catalyzed asymmetric [3+2] cycloaddition using imino esters: Harmony of Cu-Lewis acid and imidazolidine-NH hydrogen-bonding in concerto catalysis (2015)
  • Author(s): Arai, T.; Ogawa, H.; Awata, A.; Sato, M.; Watabe, M.; Yamanaka, M.
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 54 Issue: 5 Pages: 1595-1599
  • DOI: 10.1002/anie.201410782
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Chiral Bis(oxazolidine)pyridine-Cu-Catalyzed Enantioselective Friedel-Crafts Alkylation of Indole with Nitroalkenes. (2014)
  • Author(s): Sato, T.; Arai, T.
  • Journal Title: Synlett Volume: 25 Issue: 03 Pages: 349-354
  • DOI: 10.1055/s-0033-1340311
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Imidazoline-aminophenol (IAP)-nickel complex: Structure and catalytic activity in enantioselective 1,4-addition of 3'-indolyl-3-oxindoles to nitroethylene. (2014)
  • Author(s): Awata, A.; Wasai, M.; Masu, H.; Kado, S.; Arai, T.
  • Journal Title: Chem. Eur. J. Volume: 20 Issue: 9 Pages: 2470-2477
  • DOI: 10.1002/chem.201304456
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Diversity-Oriented Asymmetric Catalysis (DOAC): Stereochemically Divergent Synthesis of Thiochromanes Using an Imidazoline-Aminophenol-Nickel Catalyzed Michael/Henry Reaction. (2014)
  • Author(s): Arai, T.; Yamamoto, Y.
  • Journal Title: Org. Lett. Volume: 16 Issue: 6 Pages: 1700-1703
  • DOI: 10.1021/ol500361w
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Switching Enantioface Selection in the Asymmetric Nitro-Mannich Reaction Using Single Chiral Bis(imidazolidine)pyridine-metal Catalysts (2014)
  • Author(s): Arai, T.; Matsumura, E.
  • Journal Title: Synlett Volume: 25 Issue: 12 Pages: 1776-1780
  • DOI: 10.1055/s-0034-1378204
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Trinuclear Zn3(OAc)4-3,3’-bis(aminoimino)binaphthoxide Complex for Highly Efficient Catalytic Asymmetric Iodolactonization (2014)
  • Author(s): Arai, T.; Sugiyama, N.; Masu, H.; Kado, S.; Yamanaka, M.
  • Journal Title: Chem. Comm. Volume: 50 Issue: 61 Pages: 8287-8290
  • DOI: 10.1039/c4cc02415j
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bis(imidazolidine)pyridine-NiCl2 Catalyst for Nitro-Mannich Reaction of Isatin-Derived N-Boc Ketimines: Asymmetric Synthesis of Chiral 3-Substituted 3-Amino-2-oxindoles. (2014)
  • Author(s): Arai, T.; Matsumura, E.; Masu, H.
  • Journal Title: Org. Lett. Volume: 16 Issue: 10 Pages: 2768-8522
  • DOI: 10.1021/ol501085y
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] PyBidine/Copper Catalyst: Asymmetric exo′-Selective [3+2] Cycloaddition using Imino Ester and Electrophilic Indole (2014)
  • Author(s): Awata, A.; Arai, T.
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 53 Issue: 39 Pages: 10462-10465
  • DOI: 10.1002/anie.201405223
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 触媒的不斉Michael/Aldol反応による光学活性チオクロマニル-スピロオキシインドールの高立体選択的合成 (2016)
  • Author(s): 宮崎 智也、小川 大輝、荒井 孝義
  • Organizer: 日本化学会 第96春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学(京都府・京田辺市)
  • Year and Date: 2016-03-24
• [Presentation] 光学活性NCNピンサー型ビスイミダゾリジン-Rh錯体触媒を用いるマロノニトリルとイサチン由来のケチミンに対する不斉Mannich反応 (2016)
  • Author(s): 登坂 拓也、森畠 拓真、荒井 孝義
  • Organizer: 日本化学会 第96春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学(京都府・京田辺市)
  • Year and Date: 2016-03-24
• [Presentation] 光学活性NCNピンサー型パラジウム錯体を用いるインドールとN-Bocイミンの触媒的不斉Friedel-Crafts反応 (2016)
  • Author(s): 柿野 純貴、荒井 孝義
  • Organizer: 日本化学会 第96春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学(京都府・京田辺市)
  • Year and Date: 2016-03-24
• [Presentation] 光学活性ビスアミノイミノビナフトール亜鉛三核錯体を用いる触媒的不斉ハロラクトン化反応の展開と触媒機能 (2016)
  • Author(s): 渡辺 旺嗣、杉山 典幸、亀井 優斗、矢部 真之介、山中 正浩、荒井 孝義
  • Organizer: 日本化学会 第96春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学(京都府・京田辺市)
  • Year and Date: 2016-03-24
• [Presentation] 円偏光二色性検出による不斉Mannich反応に有用なキラル第二級アミン有機触媒の迅速探索 (2016)
  • Author(s): 井上 貴博、荒井 孝義
  • Organizer: 日本化学会 第96春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学(京都府・京田辺市)
  • Year and Date: 2016-03-24
• [Presentation] Exploration of Secondary Amine Organocatalyst Using Solid-Phase Catalysis/CD HTS for Asymmetric Mannich Reaction (2016)
  • Author(s): Satoru Kuwano, Takahiro Inoue, Takayoshi Arai
  • Organizer: The 1st Symposium of Chiral Molecular Science & Technology in Chiba University -Advanced Materials Science, Biology & Nanophotonics in Chiba-
  • Place of Presentation: 千葉大学（千葉県・千葉市）
  • Year and Date: 2016-02-29
• [Presentation] Asymmetric Mannich reaction catalyzed by phosphoiminoBINOL-Pd complex (2016)
  • Author(s): Katsuya sato, Takayoshi Arai
  • Organizer: The 1st Symposium of Chiral Molecular Science & Technology in Chiba University -Advanced Materials Science, Biology & Nanophotonics in Chiba-
  • Place of Presentation: 千葉大学（千葉県・千葉市）
  • Year and Date: 2016-02-29
• [Presentation] Solid-phase Catalysis/CD-HTS and Diversity-oriented Asymmetric Catalysis (DOAC) (2016)
  • Author(s): Takayoshi Arai
  • Organizer: The 1st Symposium of Chiral Molecular Science & Technology in Chiba University -Advanced Materials Science, Biology & Nanophotonics in Chiba-
  • Place of Presentation: 千葉大学（千葉県・千葉市）
  • Year and Date: 2016-02-29
• [Presentation] 協調作用を有する第二級アミン不斉有機触媒の開発 (2016)
  • Author(s): 鍬野 哲、鈴木 拓己、井上 貴博、荒井 孝義
  • Organizer: 「有機分子触媒による未来型分子変換」第６回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 大阪科学技術センター(大阪府・大阪市)
  • Year and Date: 2016-01-22
• [Presentation] Diversity-oriented asymmetric catalysis (DOAC) for spirooxindoles (2015)
  • Author(s): Takayoshi Arai
  • Organizer: 2015 環太平洋国際化学会議
  • Place of Presentation: 米国ハワイ州、ホノルル市
  • Year and Date: 2015-12-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of chiral iodine-catalyst assisted with NH-hydrogen bonding (2015)
  • Author(s): Takayoshi Arai
  • Organizer: 2015 環太平洋国際化学会議
  • Place of Presentation: 米国ハワイ州、ホノルル市
  • Year and Date: 2015-12-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 光学活性ホスホイミノビナフトール-Pd錯体を用いる触媒的不斉Mannich反応の開発 (2015)
  • Author(s): 佐藤 勝哉、荒井 孝義
  • Organizer: 第70回記念有機合成化学協会関東支部シンポジウム
  • Place of Presentation: 長岡工業高等専門学校（新潟県・長岡市）
  • Year and Date: 2015-11-21
• [Presentation] 光学活性アミノイミノフェノール-銅錯体を用いる触媒的不斉ヨード環化反応 (2015)
  • Author(s): 渡辺 旺嗣、矢部 真之介、山中 正浩、荒井 孝義
  • Organizer: 第１８回ヨウ素学会シンポジウム
  • Place of Presentation: 千葉大学（千葉県・千葉市）
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] [3+2]環化付加反応ならびにFriedel-Crafts反応を機軸とするクロマン化合物の触媒的不斉合成 (2015)
  • Author(s): 宮﨑 智也・荒井 孝義
  • Organizer: Symposium on Molecular Chirality 2015
  • Place of Presentation: 早稲田大学（東京都・新宿区）
  • Year and Date: 2015-06-12
• [Presentation] 第二級アミンを有するキラルな有機触媒を用いたマロノニトリルのイミンへの不斉マンニッヒ型反応 (2015)
  • Author(s): 井上 貴博・荒井 孝義
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学 船橋キャンパス
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] 光学活性ビスイミダゾリジンピリジン-銅錯体を用いた不斉衣笠反応 (2015)
  • Author(s): 佐藤勝哉・荒井孝義
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学 船橋キャンパス
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] 光学活性イミダゾリン-プロリン-銅錯体を用いるα-イミノエステルとニトロアルケンとの触媒的不斉[3+2]環化付加反応 (2015)
  • Author(s): 徳光 千尋・荒井 孝義
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学 船橋キャンパス
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] 光学活性ビスイミダゾリジンピリジン(PyBidine)-金属触媒を用いるイサチン由来のケチミンに対するアルコールの不斉付加反応 (2015)
  • Author(s): 土屋 賢人・松村 恵理・荒井 孝義
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学 船橋キャンパス
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] ビスイミダゾリジンピリジン(PyBidine)-ニッケル触媒を用いる不斉Michael/Henry 反応：新規光学活性チオクロマニル-スピロオキシインドール化合物の合成 (2015)
  • Author(s): 小川 大輝・荒井 孝義
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学 船橋キャンパス
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] 新規光学活性NCN ピンサー型ビスイミダゾリジン－ロジウム錯体の開発及びその触媒活性 (2015)
  • Author(s): 森畠 拓真・荒井 孝義
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学 船橋キャンパス
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] 光学活性アミノサリチルアルジミン銅錯体を用いる触媒的不斉ハロ環化反応 (2015)
  • Author(s): 渡辺 旺嗣・荒井 孝義
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学 船橋キャンパス
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] Structural Analysis and Catalyst Activity of Chiral Bis(imidazolidine)-derived NCN-Pd-X Complex (2014)
  • Author(s): Takuma Moribatake, Ikiyo Oka, Hyuma Masu, Takayoshi Arai
  • Organizer: AJOU & CHIBA Joint Symposia
  • Place of Presentation: 千葉大学
  • Year and Date: 2014-12-11 – 2014-12-12
• [Presentation] Asymmetric Iodolactonization Using Poly Zinc-Aminoiminobinaphthoxide Complex (2014)
  • Author(s): Ｔakahiro Kojima, Noriyuki Sugiyama, Hirofumi Kanoh, Tsutomu Itoh, Takayoshi Arai
  • Organizer: AJOU & CHIBA Joint Symposia
  • Place of Presentation: 千葉大学
  • Year and Date: 2014-12-11 – 2014-12-12
• [Presentation] 光学活性アミノサリチルアルジミン銅錯体を用いる触媒的不斉ヨード環化反応 (2014)
  • Author(s): 渡辺旺嗣、杉山典幸、荒井孝義
  • Organizer: 第68回有機合成化学協会関東支部シンポジウム
  • Place of Presentation: 新潟大学五十嵐キャンパス
  • Year and Date: 2014-11-29 – 2014-11-30
• [Presentation] 2-ビニルインドールを用いる新規触媒的不斉反応の開発 (2014)
  • Author(s): 土田晃子、阿波田篤子、荒井孝義
  • Organizer: 第１０６回有機合成シンポジウム
  • Place of Presentation: 早稲田大学 国際会議場
  • Year and Date: 2014-11-06 – 2014-11-07
• [Presentation] 光学活性ビスイミダゾリジンピリジン(PyBidine)-金属触媒を用いるイサチン由来のケチミンに対するアルコールの不斉付加反応 (2014)
  • Author(s): 土屋賢人、松村恵理、荒井孝義
  • Organizer: 第１０６回有機合成シンポジウム
  • Place of Presentation: 早稲田大学 国際会議場
  • Year and Date: 2014-11-06 – 2014-11-07
• [Presentation] アミノイミノビナフチル骨格を有する新規光学活性ポリマー型亜鉛触媒を用いる不斉ヨードラクトン化 (2014)
  • Author(s): 小島孝裕、杉山典幸、伊藤努武、加納博文、荒井孝義
  • Organizer: 第１７回ヨウ素学会シンポジウム
  • Place of Presentation: 千葉大学
  • Year and Date: 2014-09-19
• [Presentation] Imidazoline-aminophenol(IAP)-metal Catalyzed Asymmetric Synthesis of Diversified Chiral Mixed 3,3’-bisindoles (2014)
  • Author(s): Takayoshi Arai
  • Organizer: The XXVI International Conference on Organometallic Chemistry （ICOMC2014）
  • Place of Presentation: Royton Sapporo Hotel
  • Year and Date: 2014-07-13 – 2014-07-18
  • Invited
• [Presentation] 活性中心の近傍にプロトンを配置する協働作用不斉触媒の開発 (2014)
  • Author(s): 荒井孝義
  • Organizer: 新学術領域研究「有機分子触媒による未来型分子変換」第4回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 北海道大学 学術交流会館
  • Year and Date: 2014-06-20 – 2014-06-21
• [Presentation] 光学活性イミダゾリンアミノフェノール-金属触媒を用いる多連続不斉中心の立体制御 (2014)
  • Author(s): 荒井孝義、阿波田篤子、横山直太、山本悠史
  • Organizer: シンポジウム モレキュラー・キラリフティー
  • Place of Presentation: 仙台国際センター
  • Year and Date: 2014-06-06 – 2014-06-07
• [Presentation] 新規光学活性PyBodine-金属不斉触媒の開発と不斉反応への応用 (2014)
  • Author(s): 佐藤透、荻野雄太、荒井孝義
  • Organizer: 第67有機合成化学協会関東支部シンポジウム
  • Place of Presentation: 慶応義塾大学理工学部 矢上キャンパス
  • Year and Date: 2014-05-17
• [Remarks] 千葉大学大学院理学研究科化学コース 有機合成化学研究室
  • URL: http://synthesis.chem.chiba-u.jp/index.html
• [Remarks] 千葉大学キラリティーネットワーク研究会
  • URL: http://wccu.chem.chiba-u.jp/index.html
• [Remarks] 千葉化合物ライブラリー
  • URL: http://wccu.chem.chiba-u.jp/index-2.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] アミノサリチルアルジミン配位子を金属に配位させた触媒およびこれを用いたヨード環化体の製造方法 (2015)
  • Inventor(s): 荒井孝義、渡辺旺嗣
  • Industrial Property Rights Holder: 千葉大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2015-081322
  • Filing Date: 2015-04-12
• [Patent(Industrial Property Rights)] 8-オキサ-6-アザビシクロ[3,2,1]オクタン誘導体およびその製造方法 (2015)
  • Inventor(s): 荒井孝義、渡辺旺嗣
  • Industrial Property Rights Holder: 千葉大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2015-083791
  • Filing Date: 2015-04-15
• [Patent(Industrial Property Rights)] 光学活性なペルオキシド付加体およびその製造方法 (2015)
  • Inventor(s): 荒井孝義、土屋賢人
  • Industrial Property Rights Holder: 千葉大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2015-089893
  • Filing Date: 2015-04-25