2017 Fiscal Year Annual Research Report
Stereodivergent Synthesis Enabled by Hybrid Catalysis
| Project Area | Hybrid Catalysis for Enabling Molecular Synthesis on Demand |
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| Project/Area Number |
17H06446
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
大井 貴史 名古屋大学, 工学研究科(WPI), 教授 (80271708)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 均一系触媒反応 / 不斉合成 / 触媒開発 / 反応位置制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高度な反応制御を実現するハイブリッド触媒システムの開発を志向し、今年度の研究では、エナンチオ選択性に加えてジアステレオ選択性や位置選択性、化学選択性の制御が必要な新反応の開発を通して、触媒分子の構造と選択性との相関に関する知見を集積した。例えば、オキシインドールとラセミ体の第2級アルキルハライドを基質とする不斉アルキル化反応を開発し、キラル有機分子触媒の構造修飾により、エノラートのプロキラル面の識別とアルキルハライドの速度論的光学分割を同時に制御することに成功した。また、アズラクトンのエンイニルアシルピラゾールへの共役付加では、1,4-付加体と1,6-付加体が生成し得るが、適切に構造設計した2種類の分子触媒を使い分けることで反応位置を完全に切り替えることに成功した。脱プロトン化によって生じるエノラートからアシル基の転位といった複数の反応経路を通り得るアセトキシケトスルフィドを求核剤とする反応では、立体化学を含めた反応の完全制御に成功するとともに、触媒の分子構造が反応経路を決定づける要因を理論計算によって明らかにした。さらに、新しいアニオン性有機分子触媒として、6配位キラルホスフェートイオンを合理的に設計し、優れた不斉触媒機能を創出することに成功した。このキラルアニオン触媒は、カチオン性中間体の制御という観点で、研究代表者らがこれまでに開発してきたキラルカチオン触媒と相補的な機能をもつため、今後開発するハイブリッド触媒システムの一翼を担い得る。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ハイブリッド触媒システムの開拓を見据えた反応や新規触媒系の開発が着実に進んでいる。実験と理論の両面から反応機構の解析を行っており、触媒分子の構造と反応制御に必要な機能の相関に関する知見が集積されてきている。ここで得られた不斉触媒反応の遷移構造に関する理解は、本研究計画が目標のひとつとして掲げる「ハイブリッド触媒システムによる立体分岐型不斉合成」を達成する上で非常に重要となる。有機分子触媒－キラル遷移金属錯体ハイブリッド触媒系による動的速度論的光学分割など、複数種の触媒の合理的な組み合わせによって初めて実現可能な不斉触媒反応の開発も進んでいる。一方、当初計画していた銅錯体を主な触媒とするカルボニル化合物の不斉アルキル化反応に関しては、立体制御に最適な分子構造を見いだせていない状況にある。代表者らが独自に開発したアンモニウムイオン複合型配位子とキラルブレンステッド酸のハイブリッドシステムが比較的有効であるため、今後、キラル酸を中心にさらなる触媒探索を実施する。また、高い活性や新しい触媒作用の創出にもとづく反応制御を目指す研究の過程で、複数種の触媒分子間の反応を起点として、高い触媒活性を有する化学種を発生させるシステムをいくつか見出した。これらの発見は、今後、本研究計画に新しい方向性を与えるだけでなく、領域研究全体の推進に貢献すると期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
有機分子触媒－キラル遷移金属錯体ハイブリッド触媒系による動的速度論的光学分割や、銅錯体等を用いたカルボニル化合物の不斉アルキル化反応では、適切な立体制御能を備えたキラルブレンステッド酸の発見が鍵となる。ここでは、代表者らのグループでの触媒開発に限らず、本新学術領域内の研究者と共同研究を実施することで、触媒探索を強力に推し進める。また、前年度開発したキラルホスフェートイオンについては、分子構造やリン原子の配位数変化によって、異なる触媒作用を引き出せることが分かってきている。環境に応答して柔軟な構造変化や機能の切り替えを起こし得る触媒は、ハイブリッド触媒システムを設計する新しいツールになり得るため、構造と機能の相関を究明する研究を継続する。同時に、キラルアニオン触媒のライブラリを拡充するべく、新しい触媒開発も行う。また、触媒分子間の反応を起点とするハイブリッドシステムの開発については、安定なキラル分子に別の触媒を反応させることで、高い活性と立体制御能を兼ね備えたキラル触媒活性種を生成させるシステムの設計に着手する。さらに、二種の触媒分子の会合体に外部エネルギーを与えることで、異なる触媒作用を発揮し得る二種類の活性種を発生させるシステムを開発する。
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