2016 Fiscal Year Annual Research Report

不活性分子の活性化を指向したキラルイミノホスホラン触媒システムの開発と応用

Research Project

Project/Area Number	16J09886
Research Institution	Nagoya University
Principal Investigator	山田康平名古屋大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
Project Period (FY)	2016-04-22 – 2019-03-31
Keywords	有機分子触媒 / キラルイミノホスホラン
Outline of Annual Research Achievements	本年度は、キラルイミノホスホランによる遷移状態の構造制御を念頭に有機分子触媒による不活性分子の立体選択的変換法の開発を目指した研究に取り組み、一定の知見を得た。例えば、フラストレイテッドLewis対の考え方に基づくルイス酸と塩基の協働作用を想定した反応系を設計し、カルボニル基のα位プロトンの酸性度が比較的低い活性化されていない単純なケトン類に対して、触媒量のB(C6F5)3とキラルイミノホスホランを作用させると、穏和な条件下でエノラートが生成し、アミノ化反応が進行することを見出した。しかし現在のところエナンチオ選択性の獲得には至っておらず今後さらなる検討が必要である。一方並行してキラルイミノホスホランを触媒とする新規反応を探索する中で、キラルトリアミノイミノホスホランの塩基触媒作用によりα-アセトキシ-β-ケトスルフィドが分子内アシル転位を経てグリコール酸エステルエノラート等価体を与えることを見出し、芳香族アルデヒドに対する高位置・立体選択的なグリコレートアルドール反応の開発につなげた。このとき、結合形成反応に競合する副反応であるエノラートのプロトン化を抑えるために、用いるイミノホスホランの構造、特にアミノ酸由来のアルキル置換基の形が非常に重要であったことに興味を持ち、DFT計算を用いた理論化学的アプローチにより、反応の中間体および遷移状態についてギブス自由エネルギーを求めることで、プロトン化と結合形成反応の選択性の起源に加え炭素炭素結合形成の位置選択性について理解を深めた。本グリコレートアルドール反応においてキラルイミノホスホラン触媒が同時に複数の選択性を制御できたことは、アミノホスホニウムイオンが水素結合とイオン間力の協働によって形作る遷移状態構造の力を実証するものとして重要であり、今後、挑戦的な分子変換への展開を進めるための基盤となると期待される。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason FLPの概念をイミノホスホラン触媒系へと導入し、不活性分子の活性化を伴う非金属触媒反応の実現を目指した。具体的には、比較的αプロトンの酸性度が低いカルボニル化合物へのアミノ化反応において、キラルイミノホスホランとB(C6F5)3を触媒として用いることで酸塩基協働作用により反応が進行することを見出した。加えて、不活性分子の変換法の開発に並行して進めた研究の過程で、分子内アシル転位を伴ったグリコレートエノラートの生成を鍵とする立体選択的アルドール反応の開発に成功した。本反応では、単一の触媒の力によって生成物のエナンチオ選択性とジアステレオ選択性のみならず、求核種の反応位置の制御に加えて、結合形成反応に競合する副反応であるプロトン化の抑制に成功している。イミノホスホランを用いることで多重選択性の触媒制御の実現可能性が実証されたことで、今後、他の反応系への展開を計る上で非常に重要な知見が得られた。
Strategy for Future Research Activity	本年度に開発したα-アセトキシ-β-ケトスルフィドの分子内アシル転位を経たグリコレートアルドール反応における多重選択性を触媒が制御できたことは本アミノホスホニウムイオンの持つ遷移状態の構造制御能を顕著に表す結果であり、これを活かして今後はイミンや不飽和カルボニル化合物などの他の求電子剤への付加反応についても検討していく。加えて、ホスホニウムカチオンが水素結合を介して求核種アニオンを補足したイオン対の独特の反応性や選択性の起源について、引き続きDFT計算を用いた理論化学的アプローチからの理解を深めていく。さらに集積したキラルイミノホスホランの触媒作用に関する知見を基に、不活性分子の活性化および制御を指向した反応開発、例えばイミノホスホランFLP触媒系の開発を継続する。この方向性の研究を進めるにあたっては、分子のギブス自由エネルギー計算からの情報を活かして、効率的にイミノホスホランおよびルイス酸の構造探索を進める。