キラル有機触媒による中性無機塩の活性化を基盤とした新規不斉反応システムの構築

• Project Area: Advanced Molecular Transformations by Organocatalysts
• Project/Area Number: 26105731
• 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: Nagasaki University
• Principal Investigator: 白川 誠司 長崎大学, 水産・環境科学総合研究科(環境), 准教授 (60459865)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2015: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2014: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: 有機分子触媒 / テトラアルキルアンモニウム塩 / 水素結合供与型触媒 / 中性塩 / 不斉合成 / 精密有機合成 / 環境調和型反応 / グリーンケミストリー

Outline of Annual Research Achievements

中性塩であるテトラアルキルアンモニウム塩は、相間移動触媒として活用され、数多くの実用的有機合成反応を実現してきた。最近では、キラルアンモニウム塩を不斉触媒として用いた反応開発が活発に行われている。テトラアルキルアンモニウム塩の構造は、窒素上に正電荷が局在化した構造で示されるのが一般的である。しかし実際の構造は、正電荷がα-水素上に非局在化し、このα-水素がアニオン性部位と水素結合を形成した構造をとることが、結晶構造や計算結果から明らかにされている。本研究では、テトラアルキルアンモニウム塩の新たな可能性として、α-水素の特性を活用した水素結合供与型触媒としての利用に着目した。
水素結合供与型触媒としての側面を引き出すための分子デザインとして、六員間構造を有するピペリジンを母骨格とし、α-水素の酸性度を高める目的でエステル部位を導入したテトラアルキルアンモニウム塩触媒を設計・合成した。合成した触媒のX線結晶構造解析の結果、α-水素がカウンターアニオンと水素結合を形成していることが明らかになった。テトラアルキルアンモニウム塩触媒の水素結合供与型触媒としての能力を確かめるため、イソキノリン誘導体のマンニッヒ型反応に適用した。その結果、触媒を添加することで反応が促進されることが確認できた。一方、エステル部位を持たない化合物や第三級アミンを触媒とした場合、反応の加速はほとんど見られない。これらの結果は、今回設計したテトラアルキルアンモニウム塩触媒において、第四級アンモニウム塩およびエステル部位の双方が触媒活性の本質であることを示している。さらに、触媒のカウンターアニオンを非配位性のアニオへと置き換えることで、触媒活性が向上した。

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] Organocatalyzed Asymmetric Synthesis of Axially, Planar, and Helical Chiral Compounds (2016)
  • Author(s): Shirakawa, S.; Liu, S.; Kaneko, S.
  • Journal Title: Chem. Asian J. Volume: 11 Pages: 330-341
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Chiral quaternary phosphonium salts as phase-transfer catalysts for environmentally benign asymmetric transformations (2016)
  • Author(s): Liu, S.; Kumatabara, Y.; Shirakawa, S.
  • Journal Title: Green Chem. Volume: 18 Issue: 2 Pages: 331-341
  • DOI: 10.1039/c5gc02692j
  • NAID: 120006987195
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Tetraalkylammonium Salts as Hydrogen-Bonding Catalysts (2015)
  • Author(s): Shirakawa, S.; Liu, S.; Kaneko, S.; Kumatabara, Y.; Fukuda, A.; Omagari, Y.; Maruoka, K.
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 54 Issue: 52 Pages: 15767-15770
  • DOI: 10.1002/anie.201508659
  • NAID: 120006987196
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A Base-Free Neutral Phase-Transfer Reaction System (2014)
  • Author(s): S. Shirakawa, L. Wang, R. He, S. Arimitsu, K. Maruoka
  • Journal Title: Chemistry Asian Journal Volume: 9 Issue: 6 Pages: 1586-1593
  • DOI: 10.1002/asia.201402194
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Asymmetric phase-transfer reactions under base-free neutral conditions (2014)
  • Author(s): Seiji Shirakawa, Keiji Maruoka
  • Journal Title: Tetrahedron Lett. Volume: 55 Issue: 29 Pages: 3833-3839
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2014.05.014
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Effect of Bronsted Acid Co-Catalyst in Asymmetric Conjugate Addition of 3-Aryloxindoles to Maleimide under Base-Free Phase-Transfer Conditions (2014)
  • Author(s): S. Shirakawa, H. Makino, T. Yoshidome, K. Maruoka
  • Journal Title: Tetrahedron Volume: 70 Issue: 40 Pages: 7128-7132
  • DOI: 10.1016/j.tet.2014.06.017
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Discovery and Evolution of Base-Free Neutral Phase-Transfer Reaction System (2014)
  • Author(s): 白川誠司
  • Journal Title: Journal of Synthetic Organic Chemistry, Japan Volume: 72 Issue: 12 Pages: 1374-1383
  • DOI: 10.5059/yukigoseikyokaishi.72.1374
  • NAID: 130004749133
  • ISSN: 0037-9980, 1883-6526
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Base-Free Neutral Phase-Transfer Reaction System (2015)
  • Author(s): Shirakawa, S.
  • Organizer: Sino-Japan International Exchange and Cooperation Forum on Organic Chemistry
  • Place of Presentation: Guangdong (China)
  • Year and Date: 2015-11-27
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Phase-Transfer-Catalyzed Asymmetric SNAr Reactions (2015)
  • Author(s): Shirakawa, S.
  • Organizer: The 39th Naito Conference
  • Place of Presentation: Sapporo (Japan) (CHATERAISE Gateaux Kingdom SAPPORO)
  • Year and Date: 2015-07-06
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 中性条件下で進行する相間移動反応 (2015)
  • Author(s): 白川誠司
  • Organizer: 統合物質創製化学推進事業第6回若手研究会
  • Place of Presentation: 別府ホテル清風, 大分
  • Year and Date: 2015-07-04
  • Invited
• [Presentation] Seiji Shirakawa (2015)
  • Author(s): Discovery and Evolution of Base-Free Neutral Phase-Transfer Reaction System
  • Organizer: 2nd International Symposium on Catalysis Toward Green Sustainable Chemistry (CAT-GSC-2)
  • Place of Presentation: The University of Tokyo, Tokyo, Japan
  • Year and Date: 2015-03-30
  • Invited
• [Presentation] 塩基を必要としない中性相間移動反応系の発見と展開 (2014)
  • Author(s): 白川誠司
  • Organizer: 第31回有機合成化学セミナー
  • Place of Presentation: 休暇村志賀島, 福岡
  • Year and Date: 2014-09-19
  • Invited
• [Remarks] Nagasaki Univ. Shirakawa Group 長崎大学 白川研究室
  • URL: http://seijishirakawa.wix.com/greenchemistry
• [Remarks] 有機分子触媒による未来型分子変換
  • URL: http://www.organocatalysis.jp
• [Remarks] 長崎大学 白川研究室 ホームページ
  • URL: http://seijishirakawa.wix.com/greenchemistry