2016 Fiscal Year Research-status Report
不均一系パラジウム触媒を用いた芳香族炭素－塩素結合活性化反応の開発
| Project/Area Number |
15K07863
|
|---|
| Research Institution | Gifu Pharmaceutical University |
|---|
Principal Investigator |
門口 泰也 岐阜薬科大学, 薬学部, 准教授 (40433205)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | 不均一系触媒 / クロスカップリング / 芳香族塩素 / パラジウム / 機能性物質 / 触媒化学プロセス / 有機化学 / 合成化学 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
平成27年度に確立した条件、すなわちジメチルアミノ基を分子内にもつポリスチレン系陰イオン交換樹脂DIAION WA30（以下WA30）を担体とするパラジウム触媒Pd/WA30 (5 mol%)を用いて、2当量の炭酸セシウムとともにN,N-ジメチルアセタミド(DMA)中80℃で撹拌する条件を、ヘテロ芳香族塩素化合物である4-クロロピリジンとフェニルボロン酸との反応に適用したところ、目的とする4-フェニルピリジンが定量的に得られた。本条件は3-クロロピリジンや様々なアリールボロン酸のクロスカップリングにも適用可能であり、ヘテロビアリール合成にも成功した。一方、2-クロロピリジンのフェニル化は、触媒量と炭酸セシウムを増量しても、効率的に進行しなかったが(30%)、溶媒と塩基をそれぞれ2-プロパノールとリン酸カリウム(2当量)に変更することで、カップリング成績体の収率は56%に改善された。この条件を用いると、2-クロロピリジンのみならず2-クロロキノリンと様々なアリールボロン酸のカップリングが効率よく進行する。
4'-クロロアセトフェノンとフェニルボロン酸との反応において、反応後に触媒をろ去することで得たろ液から、パラジウムは全く検出されなかった（誘導結合プラズマ発光分析）。しかし、回収した触媒の活性は低く、再利用は困難であった。また、反応途中で反応液を熱時ろ過し触媒を除去した後、ろ液を再度加熱したところ、反応の進行が確認された。これらの結果は、本反応における触媒の活性種は溶出したパラジウム種であり、反応終了後にWA30に再度吸着されることを示唆している。各種機器分析により、元来触媒表面に局在していたパラジウム種が反応後に内部まで高分散していることが明らかとなっており、触媒活性の低下は、反応過程における触媒の構造上の変化に起因するものと考察した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初期待したとおり、Pd/WA30の適用範囲をヘテロ芳香族塩素化合物の鈴木－宮浦反応に拡大することができた。また、触媒から反応液中にパラジウム種は溶出するが、反応後に再度吸着されることを明らかにした。触媒の再利用は困難ではあるが、その理由も触媒構造の変化に基づくものと明確にしており、有機合成に使用可能な反応を開発することができた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
パラジウム炭素を触媒とする接触還元による、芳香族塩素化合物の脱塩素化反応は第三級アミンの添加により著しく促進されることを見出し、この促進効果は第三級アミンが一電子供与体として作用することによるものと考察している。Pd/WA30を触媒とするカップリング反応でも担体であるWA30に装備された第三級アミノ基が一電子供与体として作用している可能性がある。一電子捕捉剤やラジカル捕捉剤を反応系に添加することで、炭素－塩素結合活性化に及ぼす影響を確認する。また、WA30の第三級アミノ基がパラジウムに対するリガンドとして作用している可能性を調べるために、第三級アミノ基をもたないポリマー担持型触媒Pd/HP20に第三級アミンを添加した反応を検討する。以上の結果に基づいて、反応機構と触媒担体の第三級アミノ基の効果を解明する。
Pd/WA30の適用性拡大を目的として、鈴木－宮浦反応以外に、アルキンと芳香族塩素化合物のクロスカップリング反応である薗頭反応を検討する。まず、クロロベンゼンとフェニルアセチレンの反応について、塩基、溶媒および反応温度を詳細に検討することで反応条件の最適化を図る。続いて、アルキンと芳香族塩素化合物の適用範囲を明確にする。
最後に、本研究で確立した鈴木－宮浦反応と薗頭反応の条件を参考にして、触媒カートリッジに反応溶液を通過させることで進行させるフロー式反応の開発検討を実施する。基質と塩基が溶解することが必須であるため、溶媒の選択が特に重要になる。基質濃度、反応温度、送液速度について詳細に検討することで、一般性のある反応系の確立を目指す。
|
| Causes of Carryover |
申請書平成27年度予算として、「フロー反応装置H-Cube (ThalesNano Technology)」購入のために3,300,000千円を計上したが、同年度交付金額（物品費2,500,000千円）がそれに満たず購入できなかった。この装置は本研究の遂行に必須であるので、他のプロジェクトで共同研究を実施している数々の会社や施設に問い合わせた結果、無償で貸与していただけることになった。また、マイクロ波加熱装置を装備したフロー反応装置も貸与していただけることになり、環境調和型の反応開発に利用する。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成28年度分の残額を平成29年度に移行し、試薬代等の消耗品や反応に使用するスターラー等の機器の購入に充てる。
|
