• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2023 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年目までの検討で開発した反応の反応機構解析を行った。具体的には、(1) サイクリックボルタンメトリーによるニトロキシルラジカル触媒と第三級アミンの酸化電位の比較、(2) シクロプロピルアミン基質を用いたラジカルクロック実験、(3) 種々の置換基を有するベンジルアミン基質を用いたHammettプロットの作成、(4) ベンジルアミンのベンジル位を重水素化した基質を用いた速度論的同位体効果実験、の4つの実験を行った。その結果から、本反応の反応機構は基質によって異なり、SET-HAT機構またはプロトン引き抜き機構のいずれかで反応が進行していることが示唆された。続いて、本研究で開発した第三級アミンの脱アルキル化反応におけるイミニウムイオン中間体の有用性拡張を企図して、イミニウムイオン中間体へのシアン化物イオンの付加反応を検討した。その結果、アトロピン誘導体のシアノ化反応が高収率で進行する条件を見出した。
窒素ラジカル触媒の開発について、テトラゼンおよび対応するラジカルカチオンの単離とアルコール酸化触媒活性について検討した。その結果、テトラゼンラジカルカチオン塩の世界初の単離、構造決定に成功し、これが高いアルコール酸化触媒活性を示すことを明らかにした。
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、2年目の検討に引き続き、予測システムの開発を行った。いくつかの記述子を検討したものの、予測精度の高いシステムの開発には至らず、データベースを再構築する必要があるという結論に至った。

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、詳細な反応機構解析の結果、基質によって反応機構が異なるという興味深い知見を明らかにし、論文投稿への準備を整えた。
窒素ラジカル触媒の開発については、計画時は予定していなかった成果が得られた。2年目の検討で萌芽的知見を見出したテトラゼンとそのラジカルカチオン種の化学について、世界初のテトラゼンラジカルカチオン塩の単離とX線結晶構造解析やESRを含む構造解析に成功し、またこのテトラゼンラジカルカチオン塩が高いアルコール酸化触媒活性を発現することを見出した。以上の成果について特許出願を完了し、論文投稿に必要なデータの取得をほぼ完了した。
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分子変換について、イミニウムイオン中間体への求核付加反応の適用性をさらに拡張する。具体的には、シアノ基以外に、フッ化物イオンやシリルエノールエーテルとの反応も検討する予定である。
窒素ラジカル触媒の開発については、テトラゼンラジカルカチオンの構造活性相関研究を行う。具体的には様々なトリシクロ骨格、ビシクロ骨格をもつテトラゼンおよび対応するラジカルカチオンを合成し、その酸化還元電位とアルコール酸化触媒活性を明らかにする。また、化学酸化剤を用いない電解酸化反応の開発に取り組む。電解酸化反応の開発には多数のパラメーターの迅速な最適化が鍵となるが、領域内共同研究によってベイズ最適化を用いて、その効率化を図る。
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、「アクティブラーニング」の手法を活用して、情報科学的解析から広いケミカルスペースをカバーする基質を抽出し、新規のデータセットの取得を行い、これを用いて収率予測システムを再構築する。

  • Research Products

    (28 results)

All 2024 2023 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 3 results) Presentation (20 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 7 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Electrochemical Characterization of a Novel Organoelectrocatalyst, 7-Azabicyclo[2.2.1]heptan-7-ol (ABHOL), and Its Application to Electrochemical Sensors2024

    • Author(s)
      Masaki Toda, Kyoko Sugiyama, Fumiya Sato, Yusuke Sasano, Tsutomu Fujimura, Yoshiharu Iwabuchi, Katsuhiko Sato
    • Journal Title

      Chemical and Pharmaceutical Bulletin

      Volume: 72 Pages: 249-252

    • DOI

      10.1248/cpb.c23-00710

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Sequential click modification of a lithium-ion endohedral fullerene connecting small molecules through a dieneazide linker2023

    • Author(s)
      Shogo Fujiki, Takumi Takada, Shota Nagasawa, Hiroshi Okada, Yusuke Sasano, Eunsang Kwon, Yutaka Matsuo, Yoshiharu Iwabuchi
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 59 Pages: 1237-1240

    • DOI

      10.1039/D2CC06301H

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Asymmetric Total Synthesis of Cytotrienin A: Late-stage Installation of C11 Side Chain onto the Macrolactam Scaffold2023

    • Author(s)
      Yuki Tateishi, Ryo Sato, Shingo Komatsu, Masatsugu Noguchi, Shota Nagasawa, Yusuke Sasano, Naoki Kanoh, Yoshiharu Iwabuchi
    • Journal Title

      Angewandte Chemie - International Edition

      Volume: 62 Pages: e202303140

    • DOI

      10.1002/anie.202303140

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Determination of antibiotics by amperometry using nortropine N-oxyl, a highly active nitroxyl radical2023

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

      Analytical Sciences

      Volume: 39 Pages: 1771-1775

    • DOI

      10.1007/s44211-023-00388-4

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Azetidine synthesis by La(OTf)3-catalyzed intramolecular regioselective aminolysis of cis-3,4-epoxy amines2023

    • Author(s)
      Yuse Kuriyama, Yusuke Sasano, Yoshiharu Iwabuchi
    • Journal Title

      Frontiers in Chemistry

      Volume: 11 Pages: 1251299

    • DOI

      10.3389/fchem.2023.1251299

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Comprehensive Structural and Electronic Properties of 2-Azaadamantane N-Oxyl Derivatives Correlated with Their Catalytic Ability2023

    • Author(s)
      Masaki Nishijima, Yusuke Sasano, Yoshiharu Iwabuchi, Yasuyuki Araki
    • Journal Title

      ACS Omega

      Volume: 8 Pages: 49067-49072

    • DOI

      10.1021/acsomega.3c06902

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 安定テトラゼンラジカルカチオン塩の合成と酸化触媒活性の開拓2024

    • Author(s)
      笹野裕介、大城彩里、吉永昌平、權垠相、梶本真司、荒木保幸、高橋昌也、佐藤勝彦、信田尚毅、跡部真人、岩渕好治
    • Organizer
      日本化学会第104春季年会(2024)
  • [Presentation] 安定テトラゼンラジカルカチオン塩の合成および酸化触媒としての応用2024

    • Author(s)
      大城彩里、笹野裕介、權垠相、岩渕好治
    • Organizer
      日本薬学会第144年会
  • [Presentation] キラル銅ナイトレノイドを用いた3位置換ベンゾフラノンの酸化的不斉アミノ化法の開発研究2024

    • Author(s)
      清水達斗、笹野裕介、岩渕好治
    • Organizer
      日本薬学会第144年会
  • [Presentation] ニトロキシルラジカル/銅触媒を用いる空気酸化的ペプチド合成法の開発研究2024

    • Author(s)
      阿久津周平、笹野裕介、岩渕好治
    • Organizer
      日本薬学会第144年会
  • [Presentation] 三級アミン脱アルキル化反応の空気酸化的手法の開発とアルカロイドへの適用2023

    • Author(s)
      嶋林春樹、佐々木稜太、笹野裕介、岩渕好治
    • Organizer
      第34回万有仙台シンポジウム
  • [Presentation] ニトロキシルラジカル触媒を用いる酸化反応の新展開2023

    • Author(s)
      笹野裕介
    • Organizer
      お茶の水女子大学化学科講演会
    • Invited
  • [Presentation] 第三級アミンの空気的酸化的脱アルキル化による第二級アミンの環境調和型合成2023

    • Author(s)
      嶋林春樹、笹野裕介、佐々木稜太、岩渕好治
    • Organizer
      第12回JACI/GSCシンポジウム
  • [Presentation] ニトロキシルラジカル触媒による第三級アミンの空気酸化的脱アルキル化反応2023

    • Author(s)
      笹野裕介
    • Organizer
      名古屋大学 新輝プロセス化学セミナーシリーズ第3回
    • Invited
  • [Presentation] Total Synthesis of Cytotrienin A2023

    • Author(s)
      Yuki Tateishi, Ryo Sato, Shingo Komatsu, Masatsugu Noguchi, Shota Nagasawa, Yusuke Sasano, Naoki Kanoh and Yoshiharu Iwabuchi
    • Organizer
      ACS Meeting Fall 2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Chemoselective Aerobic Alcohol Oxidation by Nitroxyl Radical/Copper Cooperative Catalysis2023

    • Author(s)
      Yusuke Sasano
    • Organizer
      JISEDAI Symposium Lectureship Award Lecture at CUHK
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Chemoselective Aerobic Alcohol Oxidation by Nitroxyl Radical/Copper Cooperative Catalysis2023

    • Author(s)
      Yusuke Sasano
    • Organizer
      JISEDAI Symposium Lectureship Award Lecture at HKU
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Chemoselective Aerobic Alcohol Oxidation by Nitroxyl Radical/Copper Cooperative Catalysis2023

    • Author(s)
      Yusuke Sasano
    • Organizer
      JISEDAI Symposium Lectureship Award Lecture at CityU
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Chemoselective Aerobic Alcohol Oxidation by Nitroxyl Radical/Copper Cooperative Catalysis2023

    • Author(s)
      Yusuke Sasano
    • Organizer
      JISEDAI Symposium Lectureship Award Lecture at HKUST
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ニトロキシルラジカル触媒を用いる選択的酸化反応の開発2023

    • Author(s)
      笹野裕介
    • Organizer
      長崎大学 Green Chemistry Lecture
    • Invited
  • [Presentation] La(OTf)3-catalyzed regioselective intramolecular aminolysis of 3,4-epoxy amines2023

    • Author(s)
      Yuse Kuriyama, Shun-ichiro Uesugi, Yoshihiko Hoshino, Yusuke Sasano, Yoshiharu Iwabuchi
    • Organizer
      令和5年度化学系学協会東北大会及び日本化学会東北支部80周年記念国際会議
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Alcohol Oxidation Promoted by Nitroxyl Radical/Scandium Cooperative Catalysis2023

    • Author(s)
      Shuhei Akutsu, Yusuke Sasano, Mengxuan Zhang, Takeharu Yoshii, Haruki Shimabayashi, Yoshiharu Iwabuchi
    • Organizer
      令和5年度化学系学協会東北大会及び日本化学会東北支部80周年記念国際会議
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] La(OTf)3-catalyzed Regioselective Intramolecular Aminolysis of 3,4-Epoxy Amines2023

    • Author(s)
      Yusuke Sasano, Yuse Kuriyama, Shun-ichiro Uesugi, Yoshihiko Hoshino, Yoshiharu Iwabuchi
    • Organizer
      28th French-Japanese Symposium on Medicinal & Fine Chemistry
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Aerobic Oxidative Dealkylation of tert-Amines with Nitroxyl Radical Catalysis2023

    • Author(s)
      Haruki Shimabayasi, Yusuke Sasano, Ryota Sasaki, Yoshiharu Iwabuchi
    • Organizer
      28th French-Japanese Symposium on Medicinal & Fine Chemistry
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] キラルBOX/AZADO/Cu協働触媒によるラセミ第2級アルコールの空気酸化的速度論的光学分割法の開発2023

    • Author(s)
      味野和拓真、吉田雄飛、笹野裕介、岩渕好治
    • Organizer
      第62回日本薬学会東北支部大会
  • [Presentation] テトラゼン型アルコール酸化触媒の開発2023

    • Author(s)
      大城彩里、笹野裕介、高橋昌也、佐藤勝彦、權垠相、岩渕好治
    • Organizer
      第16回有機触媒シンポジウム
  • [Remarks] 合成制御化学分野

    • URL

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

  • [Patent(Industrial Property Rights)] テトラゼン化合物、テトラゼンラジカル塩化合物、テトラゼン型アルコール酸化触媒、テトラゼンラジカル塩型アルコール酸化触媒、およびそれを用いたアルコール酸化方法2023

    • Inventor(s)
      笹野裕介、岩渕好治、大城彩里、權垠相
    • Industrial Property Rights Holder
      笹野裕介、岩渕好治、大城彩里、權垠相
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2023-185949号

URL: 

Published: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi