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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Development of Chemoselective Catalytic Oxidation Accelerated by the Use of Electroanalysis and Capillary Electrophoresis-Mass Spectrometry

Planned Research

Project AreaDigitalization-driven Transformative Organic Synthesis (Digi-TOS)
Project/Area Number 21H05210
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

笹野 裕介  東北大学, 薬学研究科, 講師 (10636400)

Project Period (FY) 2021-09-10 – 2026-03-31
Keywords酸化反応 / 化学選択性 / サイクリックボルタンメトリー / 有機電解合成 / ニトロキシルラジカル
Outline of Annual Research Achievements

第三級アミンの空気酸化的脱アルキル化反応について、2年目の検討において、1年目の検討で確立した最適反応条件における基質適用性の検討を行った。本反応条件は、シリルエーテル、エステル、カルバメートを許容した。また、ベンゼン環上にメトキシ、メチル、クロロ、メトキシカルボニル、シアノ基をもつベンジルアミン類においても高収率で反応が進行し、本反応条件の高い官能基許容性が確認された。本条件において、シクロプロピルメチル、シクロヘキシル基の脱アルキル化も収率良く進行した。1年目に確立した反応条件では低収率にとどまった基質については、さらに詳細な反応条件の最適化を行い、より低い溶液濃度、加熱条件にてより高い収率で反応が進行することを見出した。この条件では、脱メチル化や脱エチル化された第二級アミンを収率良く得ることができた。また、本反応条件を複雑な構造をもつアルカロイドに適用し、良好な収率で対応する第二級アミンが得られることを明らかにした。
ヒドラジルラジカル触媒の開発については、2年目の検討で、当初予想していなかった「テトラゼンが特異な可逆的2電子酸化還元活性を示し、酸化触媒能を有する」という興味深い知見を得ることが出来た。
ニトロキシルラジカル触媒を用いるアルコール酸化反応の収率予測システムの開発については、1年目に収集したデータに基づいて、2年目にいくつかの予測システムを構築したが、どれも予測精度が不十分という結果であった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

アミン酸化については、複雑な構造をもつアルカロイドを含む多様な第三級アミンの脱アルキル化を良好から高い収率で実現する反応条件の確立に成功した。さらに、アミンからイミニウムイオンへの酸化に続く連続反応についても、予備的な知見を得た。
ヒドラジルラジカル触媒の開発については、当初予想していなかったテトラゼンの酸化触媒能を発掘した。
ニトロキシルラジカル触媒を用いるアルコール酸化反応の収率予測システムの開発については、予測精度は不十分であるものの、いくつかのシステムを構築した。

Strategy for Future Research Activity

第三級アミンの空気酸化的脱アルキル化反応について、本反応の反応機構を解明するとともに、本反応を連続反応へと展開する。反応機構については、ラジカルクロック実験、速度論的同位体効果、Hammettプロットにより明らかにする。連続反応への展開については、シアニドやシリルエノールエーテルの付加を検討する予定である。
ヒドラジルラジカル触媒の開発については、テトラゼン触媒を用いる酸化反応の反応条件最適化と基質適用性の解明を行う。また、引き続き、ヒドラジルラジカルの合成を検討する。
ニトロキシルラジカル触媒を用いるアルコール酸化反応の収率予測システムの開発については、より良質なデータベースの構築という観点から、収率以外のパラメータを記述子としたデータ収集と、予測システムの構築を検討する。さらに、総括班との連携により、官能基評価キットを活用して、少ない実験数で良質なデータを収集する仕組み作りを検討する。

  • Research Products

    (13 results)

All 2023 2022 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Electrochemical reactions of highly active nitroxyl radicals with thiol compounds2023

    • Author(s)
      Masayuki Kumano, Kyoko Sugiyama, Fumiya Sato, Sachiko Komatsu, Kazuhiro Watanabe, Tetsuya Ono, Kentaro Yoshida, Yusuke Sasano, Yoshiharu Iwabuchi, Tsutomu Fujimura, Yoshitomo Kashiwagi, Katsuhiko Sato
    • Journal Title

      Analytical Sciences

      Volume: 39 Pages: 369-374

    • DOI

      10.1007/s44211-022-00246-9

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Identification of the Optimal Framework for Nitroxyl Radical/Hydroxylamine in Copper-Cocatalyzed Aerobic Alcohol Oxidation2023

    • Author(s)
      Masaki Toda, Yusuke Sasano, Masaya Takahashi, Shogo Fujiki, Koki Kasabata, Tetsuya Ono, Katsuhiko Sato, Yoshitomo Kashiwagi, Yoshiharu Iwabuchi
    • Journal Title

      The Journal of Organic Chemistry

      Volume: 88 Pages: 1434-1444

    • DOI

      10.1021/acs.joc.2c02327

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 4-Chloro-2-azaadamantane N-Oxyl (4-Cl-AZADO): A Readily Preparable Organocatalyst for NOx Co-catalyzed Aerobic Alcohol Oxidation2023

    • Author(s)
      Shota Nagasawa, Yusuke Sasano, Yoshiharu Iwabuchi
    • Journal Title

      Asian Journal of Organic Chemistry

      Volume: 12 Pages: e202300031

    • DOI

      10.1002/ajoc.202300031

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 化学/立体選択的反応の開発と計算機の活用2023

    • Author(s)
      笹野裕介
    • Organizer
      第4回SPERC計算化学講演会 兼 第5回岩手量子化学計算講演会
    • Invited
  • [Presentation] ニトロキシルラジカル触媒を用いる第三級アミンの空気酸化的脱アルキル化反応の開発(2):基質適用性拡張と反応機構解析2023

    • Author(s)
      嶋林春樹、佐々木稜太、笹野裕介、岩渕好治
    • Organizer
      日本薬学会第143年会
  • [Presentation] クロム/ニトロキシルラジカル協奏触媒系による分子内脱芳香族的フェノールカップリングの不斉反応への展開2022

    • Author(s)
      藤木翔吾、長澤翔太、笹野裕介、岩渕好治
    • Organizer
      第20回次世代を担う有機化学シンポジウム
  • [Presentation] Cr-salen/ニトロキシルラジカル協奏触媒系を用いるベンゾキサンテノンリグナンの空気酸化的合成2022

    • Author(s)
      板垣雄大、藤木翔吾、長澤翔太、笹野裕介、岩渕好治
    • Organizer
      第11回JACI/GSCシンポジウム
  • [Presentation] 精密設計分子触媒による酸化反応の選択性制御への挑戦2022

    • Author(s)
      笹野裕介
    • Organizer
      静岡大学 講演会
    • Invited
  • [Presentation] クロムサレン錯体/ニトロキシルラジカル協奏触媒系による分子内脱芳香族的フェノールカップリングの開発とその応用2022

    • Author(s)
      藤木翔吾、長澤翔太、笹野裕介、岩渕好治
    • Organizer
      第38回有機合成化学セミナー
  • [Presentation] ニトロキシルラジカル触媒を用いる第三級アミンの酸化的脱アルキル化反応の開発2022

    • Author(s)
      笹野裕介、嶋林春樹、佐々木稜太、岩渕好治
    • Organizer
      第55回酸化反応討論会
  • [Presentation] 構造展開容易な三座配位型キラルAZADOの合成とOKR活性評価2022

    • Author(s)
      吉田雄飛、笹野裕介、岩渕好治
    • Organizer
      第61回日本薬学会東北支部大会
  • [Presentation] Highly Chemoselective Aerobic Alcohol Oxidation Co-catalyzed by Nitroxyl Radical and Copper2022

    • Author(s)
      Yusuke Sasano, Shota Nagasawa, Naoki Kogure, Koki Kasabata, Yuhi Yoshida, Yoshiharu Iwabuchi
    • Organizer
      The 11th Singapore International Chemistry Conference
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Remarks] 東北大学大学院薬学研究科 分子制御化学講座 合成制御化学分野HP

    • URL

      http://www.pharm.tohoku.ac.jp/~gousei/synthetic/index.html

URL: 

Published: 2023-12-25  

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