2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Highly Selective Domino Reactions using High-Performance Hybrid Catalyst System
| Project Area | Hybrid Catalysis for Enabling Molecular Synthesis on Demand |
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| Project/Area Number |
17H06450
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
丸岡 啓二 京都大学, 理学研究科, 教授 (20135304)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| Keywords | ハイブリッド触媒 / ドミノ反応 / アミン触媒 / 不斉ベンゾイロキシ化反応 / β-ヒドロキシアルデヒド / アルキルシリルペルオキシド / ラジカル / セミピナコール転位 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、独立した機能を持つ複数の触媒が、協働・重奏して作用する「高性能ハイブリッド触媒系」の構築を目指して、有機分子触媒、有機金属錯体触媒や光触媒など、多岐にわたる触媒の組合せを取扱い、それらの触媒系を活用して新たなドミノ型精密有機合成反応を開拓することを目指している。まず、新たな光学活性アミン触媒の効率的合成法により、ドミノ反応に利用するための各種の新規アミン触媒を合成した。特に2-トリチルピロリジン誘導体をアルデヒドの不斉ベンゾイロキシ化反応に適用し、続いて、1,3-ジシロキシアセトンの存在下、シロキシトレオニン触媒を用いることにより、キシルロース誘導体のワンポット合成が可能になった。また、各種のＮ－ヒドロキシベンゾイミダゾール（ＮＨＢＩ）化合物を合成するとともに、理論的計算で結合解離エネルギーを計算することにより、各触媒の反応性が予測でき、有機ラジカル触媒としての活性評価を行った結果、触媒骨格にフッ素原子を導入したフッ素置換型ＮＨＢＩ触媒がベンジル位の水素引抜き能を持つことを明らかにした。さらにアンモニウム型の触媒を用いると、アルデヒドの直截的な酸フッ化物への変換反応が起こることを見出した。一方、容易に調製できる光学活性βヒドロキシエポキシドを用い、触媒量の塩化スズを作用させることにより、セミピナコール転位が立体選択的に進行し、α位に不斉四級炭素中心を有する光学活性βヒドロキシアルデヒドが得られることを見出した。この反応の応用例として、セロトニン拮抗薬の合成を行い、おおよその合成ルートが確立できた。一方、アルキルシリルペルオキシドを利用する反応においては、鉄触媒を利用するラジカル反応を見出すとともに、ドミノ型反応にも適用し、不斉ドミノ反応への基礎データを得ることができた。
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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
本研究では、複数の有機分子触媒を組合わせたハイブリッド触媒系の構築を行う一方、複数の金属触媒や光触媒等を組合わせたハイブリッド触媒系の構築をも手掛け、幅広くドミノ反応系の可能性を追求した。新たに開発した、光学活性２-トリアリールメチルピロリジン誘導体を光学活性アミン触媒として用い、アルデヒドのα位の立体選択的な官能基化を行うことにより得られた反応生成物をさらに次の不斉変換反応に応用し、各種の糖類のワンポット合成を試みるとともに、その一般性について検討している。新たな有機ラジカル触媒としてのＮ－ヒドロキシルベンゾイミダゾール触媒を利用し、アルデヒドの直截的なフッ素化反応に関しては、得られた酸フッ化物から相当するアミドやエステルへの変換において高い一般性が認められた。また、酸フッ化物をアリールホウ酸やシリルエノールエーテルと反応させると、新たに炭素炭素結合形成反応が実現できた。続いて、ケトンから相当するオキサジリジンへの変換反応の一般化を検討するとともに、得られたオキサジリジンから銅触媒によってアルキルラジカルが発生することを見出し、スチレン誘導体との反応に適用することにより、ヘック型反応が進行することを見出し、この反応の一般化についても検討する。さらに、理論計算を行っている研究グループとの共同研究を行い、複数の触媒を駆使する反応系の理論計算による個々の触媒反応の遷移状態の解析を進めることによって、研究の更なる進展へとつなげていきたい。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) 複数の有機分子触媒を組合わせたハイブリッド触媒系の構築：本研究室では最近、Ｎ－ヒドロキシベンゾイミダゾール（NHBI）誘導体が有機ラジカル触媒として利用できることを見出している。この触媒は、適切な酸化剤やラジカル開始剤の存在下、アルデヒドからアシルラジカルを温和な反応条件で効率的に発生させることが可能である。それに加え、最近、ベンジルエステル類において、ベンジル水素原子のラジカル活性化によって生じたアシルラジカルをフッ素化剤によって酸フッ化物に変換し、このものをアミンとの縮合反応に利用できることを見出している。この手法は、アミノ酸の新規縮合反応に基づく新たなペプチド合成法になりうる。また、中間体としてのアシルラジカルを他の有機触媒反応と組み合わせることにより、新たなドミノ反応系を開拓したい。
(2) 複数の金属錯体触媒や光触媒等を組合せたハイブリッド触媒系の構築：アルキルシリルペルオキシドを利用する反応において、銅のみならず鉄触媒や光酸化還元触媒を用いてもアルキルラジカルが効率良く発生することを最近、見出している。この知見とニッケル触媒を用いるベンズアミド類のオルト-C-H活性化反応を組み合わせることにより、ハイブリッド系によるオルト-アルキル化反応の実現化を試みる。それぞれの金属触媒の配位子効果を検討して、反応の最適化を計りたい。また、これらに実験化学と平行して、複数の触媒を駆使する反応系の理論計算による触媒反応の遷移状態の解析を進める予定である。
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