2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of Catalytic Multi-Carboxylation Using CO2
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18K05096
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
美多 剛 北海道大学, 薬学研究院, 助教 (00548183)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 二酸化炭素 / 固定化反応 / 脱芳香族化 / ダブルカルボキシル化 / インドール / パラジウム / 極性転換 / アリル化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
CO2は安価で豊富で低毒性な一炭素資源であるものの、化学的安定性に優れ有機化合物に組み込むことは容易ではない。そのため、反応性の高い求核的な中間体を巧みに利用することで、新規触媒的カルボキシル化を開発すべく研究を行っている。一般的には基質に対して一分子のCO2が導入されるものの、近年いくつかの研究グループから触媒的なダブルカルボキシル化の報告がなされた。こうしたなか、申請者も新たな触媒的なマルチカルボキシル化の開発を目的に研究を実施した。初めにCO2を2つ導入するダブルカルボキシル化の検討を実施した。申請者が開発したπ-アリルパラジウム種の極性転換によるカルボキシル化を2-インドリルメタノール誘導体に適用したところ、インドールの3位とベンジル位の両方がカルボキシル化されたダブルカルボキシル化体が得られることがわかった。3-インドリルメタノール誘導体を用いた場合には、ひとつしかCO2が導入されないことから、本触媒系では、中間体として生成するエナミン中間体から2回目のカルボキシル化が進行していると考えられる。本反応はインドールの脱芳香化を伴いながら進行しており、安定なインドール環に、反応性の低いCO2を2つ導入することができたことは特筆に値する。得られた化合物の2つのカルボキシ基を第一級アミン存在下高温で加熱することで、生物活性化合物に見られる環状イミドへと導くことができた。これらの結果をまとめて報文として発表した（Org. Lett. 2018, 20, 7603-7606.）。
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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
まず、2-インドリルメタノール誘導体に対してCO2雰囲気下パラジウム触媒を用いてカルボキシル化を行うことで、インドールの3位とベンジル位の両方がカルボキシル化された化合物が得られることがわかった。反応機構としては、まず初めに2-インドリルメタノール誘導体がPd(0)に酸化的付加を起こしπ-アリルパラジウム種が生成する。これにZnEt2が作用することで、求核的なσ-アリルパラジウム種が生成する。続いて、このσ-アリルパラジウム種が脱芳香族化を伴いながらインドールの3位でCO2に付加することで、一回目のCO2の導入が完結する。このカルボキシル化の過程により生成した求核的なエナミンから2回目のカルボキシル化が進行することで、2つ目のCO2が導入される。これまでに触媒的にCO2を基質に２つ導入する方法は数例しかないことから非常に興味が持たれる。本結果は既に報文として発表している（Org. Lett. 2018, 20, 7603-7606.）。以上により、本研究はおおむね順調に進展している
といえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度はインドールから、芳香環を有さないピロール、フラン、チオフェン誘導体のダブルカルボキシル化反応に取り組む。これらの基質を用いた場合には、最初のカルボキシル化が起こる位置が、3位と5位の2通りが考えられる。すなわち、用いる基質によって最初のカルボキシル化される位置が変化する可能性があることから、非常に興味が持たれる。続いて、2020年度（最終年度）はヘテロ芳香環以外に本ダブルカルボキシル化を適用し、基質一般性の高いダブルカルボキシル化反応に仕上げる。
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