2018 Fiscal Year Research-status Report
計算化学的スクリーニングを利用した有機分子触媒反応の設計および開発
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17KT0096
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
菅 博幸 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (60211299)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
戸田 泰徳 信州大学, 学術研究院工学系, 助教 (60758978)
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| Project Period (FY) |
2017-07-18 – 2020-03-31
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| Keywords | ニトリルオキシド / ニトロン / アゾメチンイミン / 不斉付加環化 / 有機触媒 / 計算化学 / 遷移状態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成29年度までの検討において，単離可能な芳香族ニトリルオキシドあるいは対応するクロロオキシムからトリエチルアミンにより系中発生させた脂肪族ニトリルオキシドと2-ヒドロキシスチレン類との付加環化反応をキラルなアミンウレア存在下で行うと，付加環化体が高エナンチオ選択的に得られることを見出している．平成30年度は，1,3-双極子に関する基質一般性を検討する目的で，2-ヒドロキシ-3-メトキシスチレンを親双極子剤として用い，アゾメチンイミン類およびニトロン類との反応をキラルなアミンウレア存在下で検討した．N,N-環状アゾメチンイミン類との反応を30 mol%のキラルなアミンウレア存在下，o-キシレンを溶媒として100℃で行ったところ，89:11 - 94:6のジアステレオ選択性で付加環化体が得られ，主ジアステレオマーのエナンチオマー過剰率は，85% - 87% eeと良好であることを明らかにした．C,N-ジフェニルニトロン類との反応は，100 mol%のキラルなアミンウレア存在下，50℃の条件において63:37 - 78:22の選択性でexo付加体が選択的に得られ，exo体およびendo体のエナンチオ選択性はそれぞれ64 - 67% eeおよび81 - 89% eeであった．一方，ピぺリジンおよびピロリジン由来の環状ニトロンを1,3-双極子として用いた場合には，30 mol%のキラルなアミンウレア存在下，35℃においても，高ジアステレオ選択的（99:1 - >99:1）に反応が進行し，主ジアステレオマーのエナンチオマー過剰率は，90 - 94% eeと高い値を示した．なお，主生成物の単結晶X線構造解析により絶対配置を決定すべく，付加環化体のフェノール性水酸基を利用した誘導化を検討中であり，p-ブロモ安息香酸エステルへの誘導が可能であることを明らかにしている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
平成30年度の検討において，30 mol%のキラルなアミンウレア存在下，N,N-環状アゾメチンイミン類あるいは環状ニトロンと2-ヒドロキシ-3-メトキシスチレンとの不斉付加環化反応が高ジアステレオ選択的かつ高エナンチオ選択的に進行することを明らかにし，有望な研究成果を上げた．しかし，選択的に得られるこれらの付加環化体の絶対配置を決定するには至っておらず，早急に決定する必要がある．また，N,N-環状アゾメチンイミンあるいは環状ニトロンの反応において，選択的反応が進行する機構を明らかにするためのDFT法による遷移状態計算を開始するには至っていない．一方，平成30年度以降に計画していたエポキシドと二酸化炭素のカップリング反応における触媒開発については，ベンゼン環上に置換基を持たないホスホニウム塩触媒およびメトキシ基を有する最も活性な触媒に関して，(1)エポキシドの開環段階と(2)二酸化炭素の固定化段階のDFT法による遷移状態計算が進行中であり，いずれも(2)二酸化炭素の固定化段階において，カーボネートへの環化段階が律速段階となる結果が得られている．現在，各遷移状態における基質のコンホメーションや置換基の向きを統一した最終段階の計算を行っている．以上の進捗状況から，総合的に判断して進捗状況はやや遅れていると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
キラルなアミンウレア存在下におけるN,N-環状アゾメチンイミンあるいは環状ニトロンと2-ヒドロキシスチレン類との不斉付加反応に関して，更に基質一般性の拡充を図って行く予定である．いずれの1,3-双極子を用いる反応においても選択的に得られる付加環化体の絶対配置をp-ブロモ安息香酸エステル等の誘導体へ変換した後，単結晶X線構造解析により，早急に決定する予定である．N,N-環状アゾメチンイミンおよび環状ニトロンの不斉付加環化反応における付加体の絶対配置に基づき，DFT計算により遷移状態を求め，キラルなアミンウレア触媒がエナンチオ選択性を獲得するために果たす役割を明らかにするとともに，どのような反応系を設計すれば，反応を触媒的に活性化できるかの情報を計算化学的に得たい．また，この結果に基づいて，適切な他の1,3-双極子を用いる反応の設計に挑戦したい．エポキシドと二酸化炭素のカップリング反応における触媒開発については，(1)エポキシドの開環段階と(2)二酸化炭素の固定化段階のDFT法による遷移状態計算が最終段階に入っており，本触媒開発における詳細な反応機構を明確にしていきたい．
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[Journal Article] Enantioselective synthesis of 8-azabicyclo[3.2.1]octanes via asymmetric 1,3-dipolar cycloadditions of cyclic azomethine ylides using a dual catalytic system2019
Author(s)
Hiroyuki Suga, Masahiro Yoshiwara, Takaaki Yamaguchi, Takashi Bando, Mizuki Taguchi, Ayano Inaba, Yuichi Goto, Ayaka Kikuchi, Kennosuke Itoh, Yasunori Toda
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Journal Title
Chemical Communications
Volume: 55
Pages: 1552～1555
DOI
Peer Reviewed
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