困難とされてきたSN2型反応による有用含フッ素化合物の合成法の確立

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650854
• Research Institution: OKAYAMA UNIVERSITY
• Principal Investigator: 片桐 利真 岡山大学, 大学院・自然科学研究科, 助教授 (70202009)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宇根山 健治 岡山大学, 大学院・自然科学研究科, 教授 (00033150)
• Keywords: 有機フッ素化合物 / 分子内求核置換反応 / ピロリジン / トリフルオロメチル基 / 光学活性 / 電子効果 / 立体効果

Research Abstract

本研究は、困難とされてきたトリフルオロメチル基近傍における求核置換反応の開発と展開を目的とする。本年度は計画通りこの反応の5員環形成反応への適用の検討3員環形成反応の適応限界の検討に研究を進めた。
これまでは3員環形成反応を検討してきた。分子内環化反応では、3員環の形成は歪みエネルギー的には不利であるが、エントロピー的には有利な反応である。一方、5員環形成反応はほとんど歪まない。そのため、無置換の基質の反応の速度比は10万倍とされている。
一方、本研究のトリフルオロメチル基の近傍における求核置換反応による環化反応は、その阻害は主にトリフルオロメチル基の非共有電子対と求核剤の陰電荷とのあいだの静電反発であることを、我々はこれまで示してきた。従って、トリフルオロメチル基の近傍における求核置換反応の場合、5員環形成は3員環形成に比べて、歪みエネルギー的には有利でも、エントロピー的には難しいことが予想される。
実際、窒素求核剤による5員環形成反応による2-トリフルオロメチルピロリジンの合成には成功した。そして、その反応速度は、3員環形成反応とほぼ同程度であった。これはエントロピーの効果が環歪みの効果と相殺してることを示唆する。
これまでは、上記のようなトリフルオロメチル基の置換している炭素上の求核置換反応を阻害している要因は、静電反発と、電子求引効果によるカチオンの不安定化であるとされてきた。これまでの一連の研究より、後者の効果よりも前者の方が重要であるという感触を得るに至った。そこで、ヘテロ原子により中間体として安定化されたカチオンを経由する反応の可能性について検討した。
その結果、エピスルホニウム、アジリジニウムを経て反応を進行させることに成功した。同時に、生成物の選択性と反応条件の関係から、極性の高い溶媒中で対アニオン求核種が近傍にいない場合に、エネルギー的に不利な3員環カチオン種を経て反応は進行することを明らかにした。

Research Products

• [Publications] Y.Yamauchi, T.Katagiri, K.Uneyama: "The first generation and stereospecific alkylation of α-trifluoromethyl oxiranyl annion"Organic Letters. 2. 173-176 (2002)
• [Publications] T.Katagiri, K.Uneyama: "Stereospecific substitution at α-carbon to trifluoromethyl group : Application to optically active fluorinated amino acid syntheses"Chirality. 15. 4-9 (2003)