2015 Fiscal Year Annual Research Report
遷移金属触媒と二酸化炭素ガスによるＣ（ｓｐ３）－Ｈ結合カルボキシル化反応の開発
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14J08052
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
道上 健一 北海道大学, 生命科学院, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | 遷移金属触媒 / コバルト / C-H活性化 / C(sp3)-H結合 / 二酸化炭素 / カルボキシル化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成２７年度は、C(sp3)-H結合のひとつであるアリル位C-H結合の触媒的カルボキシル化の検討を行った。すなわち、末端アルケンを持つアリルベンゼン誘導体に対し、種々の金属触媒や配位子、反応剤を検討した結果、N,N-ジメチルアセトアミド溶媒中、コバルト触媒、配位子としてキサントホス、還元剤としてトリメチルアルミニウムを作用させることで、アリル位C(sp3)-H結合の切断を伴うカルボキシル化が進行し、対応する４－アリール－３－ブテン酸誘導体が得られることが明らかとなった。その後、各種反応条件の網羅的な検討により、フッ化セシウムを添加することで、目的のカルボキシル化体が高収率で得られることがわかった。
本カルボキシル化反応は、求核性の高いπ－アリルコバルト中間体を経由して進行すると考えられるが、反応機構の観点から、４－アリール－３－ブテン酸および２－アリール－３－ブテン酸が同時に得られる可能性が考えられるが、実際に得られた生成物は４－アリール－３－ブテン酸のみであり、選択性の高い反応であることがわかった。
さらに、本反応の生成物はカルボキシル基とアルケン（スチレン）部位を併せ持つことから、それらを利用した数多くの誘導体化が可能である。例えば、ラクトン化、ジアゾ化、アルキル化などが広く知られている。すなわち、本カルボキシル化反応と各種誘導体化反応を組み合わせて利用し、生物活性化合物を合成するなど、本反応の有機合成化学への応用が期待される。実際に、本カルボキシル化によって得られた４－アリール－３－ブテン酸誘導体に対し、シャープレス不斉ジヒドロキシ化反応を適用することで、光学活性なβ－ヒドロキシ－γ－アリールブチロラクトンを単一のエナンチオマーとして得ることができた。
現在、本研究内容について論文を作成中である。
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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
研究計画に基づき、二酸化炭素を用いたアリル位C(sp3)-H結合の触媒的カルボキシル化を精力的に検討した。すなわち、アリルベンゼン誘導体を基質とし、各種遷移金属触媒、配位子、還元剤など、様々な反応条件を検討した。本反応の達成には長時間を要したが、コバルト触媒、配位子としてキサントホス、還元剤としてトリメチルアルミニウムという組み合わせが、アリル位C-H結合カルボキシル化に有効であることを見出した。また、反応条件の最適化により、高収率で目的物が得られる反応条件を見出すことができた。
さらに、本反応の生成物が、さらなる誘導体化および有用な化合物の合成に利用可能であることが知られていることから、応用面、すなわち有機合成化学の面においても本カルボキシル化反応の有用性が期待される。
現在、本研究内容を論文として報告する準備を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
まず、新たに開発したアリル位C(sp3)-H結合カルボキシル化反応によって得られる生成物、すなわち４－アリール－３－ブテン酸誘導体が持つカルボキシル基およびアルケン部位を足掛かりとした種々の官能基化を検討し、それらを利用した生物活性化合物の全合成研究を行う。
例えば、シャープレス不斉ジヒドロキシ化反応を適用することで光学活性なγ－ブチロラクトンが容易に得られたため、この骨格を持つ天然物の合成研究を進める。
一方、現在のところ、本カルボキシル化反応に適用な可能な基質がアリルベンゼン誘導体に限られているため、適用可能な基質の拡大を目指し、１－オクテンなどの単純な末端アルケン化合物のアリル位C-H結合や、ベンジル位C-H結合などのカルボキシル化を開発するべく研究を進める。
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