2020 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 | 触媒的不斉合成 / イオン性分子触媒 / イオン対 / イオン反応 / ラジカル反応 / 光レドックス触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ブレンステッド塩基触媒と光レドックス触媒のハイブリッドシステムを拡張し、シリルエノールエーテルのアリル位Mannich型反応を実現した。光レドックス触媒と水素原子移動触媒の適切な選択が本法実現の鍵である。シリルエノールエーテル類から環状および非環状γアミノカルボニル化合物やγラクタムへの効率的変換を通じて、開発した反応の合成化学的価値を実証した。また、昨年度開発したトリアゾリウムアミデートの特性を活かすことで、C-H/C-Hクロスカップリングをはじめとするユニークなハイブリッド触媒反応が実現できることを見い出している。
さらに、ハイブリッド触媒系による高難度な立体選択的反応の実現に資する触媒として、堅牢な四配位キラル骨格を有する新規ボラートアニオンを設計し、カチオン性中間体を経由する反応における優れた立体制御能を引き出すことに成功した。その上で、光レドックス触媒とキラルボラートアニオンによるハイブリッド触媒反応を開発した。具体的には、N-シクロプロピルウレアとα-アルキルスチレンとのラジカル環化付加反応を、高効率かつ高ジアスレテオおよび高エナンチオ選択的に進行させることに成功した。中間体として生じるディストニックラジカルカチオンとキラルボラートアニオンとの相互作用が、立体制御実現の鍵であると想定される。また、本法の適用範囲は広く、α-アルキルスチレン類に替えてα-アルキルアクリレートを基質とした場合でも、高立体選択的に反応が進行し、高度に官能基化されたキラルシクロペンタンを効率的に与える。
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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
上述のシリルエノールエーテルのアリル位Mannich型反応や、N-シクロプロピルウレアとα-アルキルスチレンとのラジカル環化付加反応など、ハイブリッド触媒システムによって初めて実現可能 な反応開発が着実に進んでいる。また、キラルボラートイオンをはじめ、新規ハイブリッド触媒システムの開拓に資する触媒が順調に充足してきている。キラルボラートイオンが光レドックス触媒と協働可能であるを実証しており、広くカチオンあるいはラジカルカチオンを介するハイブリッド触媒反応への応用が見込める。
また、上述の通り、昨年度開発したトリ アゾリウムアミデートの特性を活かすことで、C-H/C-Hクロスカップリングをはじめとするユニークなハイブリッド触媒反応が実現できることを見い出している。今後、触媒の特徴を踏まえた適切な構造設計やハイブリッド触媒システムの拡充により、高難度かつ合成化学的に価値のある新規触媒反応の開拓につなげていく。
さらに、一つの炭素求核剤とニ種類の求電子剤が、ワンポットで、ある決 まった順序で連続的に結合形成を起こす交差求電子剤型三成分反応を前年度に発見しているが、その立体制御を非常に高いレベルまで到達させることに成功しており、今後キラル有機分子触媒-キラル遷移金属錯体ハイブリッド触媒システムの採用により、本不斉触媒反応を立体分岐型不斉合成に展開できると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに開発してきた触媒群を活用し、立体分岐型不斉合成の実現を見据えつつ、より広い視点からハイブリッド 触媒によって初めて実現可能な反応開発を推し進める。まず、トリアゾリウムアミデートと光レドックス触媒を用いたC-H/C-Hクロスカップリング反応の詳細な機構解析を実施し、そこで得られる知見をもとに新たに見い出している反応群の効率向上に活かしていく。また、交差求電子剤型三成分反応については、実験と理論の両面からの反応機構解析を継続することで立体分岐型不斉合成の実現に必要な知見を集積する。理論計算については、領域内あるいは代表者の所属機関の研究者と 協力して進める。
ハイブリッド触媒システムによる反応開発や新規触媒の創製が順調に進展してきているが、研究期間の終了に向けて、立体分岐型不斉合成を実現するためには、研究をさらに加速させる必要がある。そのため、代表者および連携研究者が指揮するそれぞれのチームに、本研究専任の大学院生を増員する。
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