2017 Fiscal Year Research-status Report
官能基化と骨格構築を同時実現する遷移金属触媒反応の開発
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17K08205
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
荒井 秀 千葉大学, 大学院薬学研究院, 准教授 (20285224)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 合成化学 / 触媒反応 / アレン / ニッケル / コバルト / 環化反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
第3のシアノ反応剤である「シアノラジカル」に焦点を絞って、反応開発を行った。コバルト触媒を用いると、アルケンの置換様式を厳密に認識して、位置選択的な環化及びシアノ基導入が可能であることを見出した。この反応では複雑骨格構築への展開も視野に入れて天然物合成にも展開している。多環式ジテルペノイドであるタイワニアキノール類の全合成に挑戦し、基本骨格の構築まで達成した。上記の反応は、通常のある件しか適用範囲が報告されていないが、筆者らはエナミンの2重結合にも位置選択的なシアノ化を行えることを見出した。類縁のセレン反応剤を用いればSePh基も位置選択的に導入可能である。複素環合成における重要ブロックになる合成素子ノ簡便合成に成功した。
一方、ニッケル触媒ではアレンの非等価な2重結合の厳密区別による複雑骨格の一挙構築を展開した。アレンの置換様式が重要な鍵であり、精緻にデザインされたアレンイン基質を用いることで複雑官能基化された炭素環化合物を1工程で収率よく得られることを見出した。今後はアルカロイド合成への展開を視野に入れて、生成物の有用性を検証する。
また、H-Ni化学種がアレンの2重結合に付加する際の位置選択性を、計算化学を用いて明らかに出来た。求核性の高いニッケルヒドリドと求電子性の高いアレンsp炭素との相互作用の影響が大きく、付加の後に生じる有機ニッケル中間体にも熱力学的安定性に優位な差が見られた。本結果は、アレンのヒドロメタル化における選択性を合理的に理解する上で重要な知見となった。
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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
当初の目的である多彩な環構造を官能基化しながら分子を構築する新手法を開発しつつある。既存の環化反応から脱却し、アレン2重結合の厳密区別による単純分子からの1工程での組み上げを実現しつつあり、[2+2+2],[4+2],[2+2]環化を新たに模索しているところである。ニッケル触媒によるアレン2重結合の区別における位置選択性や面選択性を計算化学から明らかにしたいと考えている。
また、コバルト触媒反応を詳細に検討する過程で、ベンゼン環に位置選択的に炭素鎖を導入できる新反応（ヒドロアリール化）を見出した。通常、芳香環の観桜にカニは予め活性化基（ハロゲンやケイ素官能基など）の事前導入が必須である。本系では水素置換芳香環でも炭素鎖導入が穏和な条件で進行することがアドバンテージとなる。複数の芳香環を有する基質であっても最も電子密度なの低い芳香環だけが反応に関与するなど、ユニークな特性も合わせ持つ。今後は、この新反応の詳細（機構や選択性の根源）を明らかにしていく。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題は、1工程で行う「骨格構築と官能基化」をどこまで共存できるかを突き詰めることにある。複雑分子をどうやって単純に創るかと同義であり、触媒が中心的役割を果たす。現在まで、パラジウム、ニッケル、コバルトを扱ってきたが、新たな卑金属として鉄に着眼し、新しいラジカル反応の開発を目指す。コバルト触媒で見出したユニークな反応系とは補完関係になりうる新しい反応系を、鉄触媒反応で見出し有用分子の迅速合成に展開すル予定である。
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