2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Catalytic Organic Reactions Using Dynamic Behavior of Molecules
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19H02706
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
大熊 毅 北海道大学, 工学研究院, 教授 (50201968)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 触媒的有機合成 / デュアル触媒 / 連続不斉反応 / 不斉水素化反応 / 異性化反応 / イソシアノ化反応 / 動的速度論分割 / 金属錯体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．デュアル触媒システムによる連続不斉反応: 1) 二種類の機能をもつ光学活性デュアルRu触媒を用いるβ,β-二置換-α,β-不飽和ケトンのダブル不斉水素化による光学活性飽和アルコールの合成について検討した。触媒構造と反応条件の最適化を行ない、目的のanti-アルコールを収率95%、98% ee、83% deで得ることに成功した。触媒回転数(TON)は500に達した。2) 環状ラセミアリルアルコールの1,3-水素移動-不斉水素化連続反応による光学活性β-置換アルコールの合成において、デュアルRu触媒の配位子構造と反応条件の最適化を行い、目的のcis-アルコールを収率>99%、97% ee、97% deで得ることに成功した。TONは1000に達した。
２．α-置換エステルとラクトンの不斉水素化反応: ラセミα-ヘテロ置換エステルの動的速度論分割を経る不斉水素化を検討した。ルテナビシクロ構造をもつRu-C型触媒を用いてα-(N-フェニルアミノ)置換エステルを水素化し、対応するβ-アミノアルコールを96% eeで得ることに成功した。TONは500に達した。
３．ケトエステルとヒドロキシエステルの動的不斉水素化反応: ラセミα-置換ケトエステル類の不斉水素化検討を行った。ピコリルアミン配位子をもつRu/PICA型触媒を用いてα-フェニル置換-γ-ケトエステルを水素化し、対応する光学活性1,4-ジオールを収率96%、98% ee、82% deで得ることに成功した。TONは300に達した。
４．求核的アリル位/ベンジル位イソシアノ化反応: (CH3)3SiCNを窒素求核剤とするアリル位イソシアノ化反応において、触媒と基質の構造、反応条件の検討を行った。触媒にPd(OAc)2、基質にアリルリン酸エステルを用いた場合に目的のアリルイソニトリルが純度>99%で得られた。TONは400に達した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究者が独自に開発したデュアルRu触媒、Ru-C型触媒、Ru/PICA型触媒、およびPd(OAc)2/(CH3)3SiCN触媒系を用い、従来の触媒では為し得なかった下記の変換反応を達成した。いずれの反応においても当初の計画以上の成果が得られている。
１．デュアル触媒システムによる連続不斉反応: 1) β,β-二置換-α,β-不飽和ケトンのダブル不斉水素化により、二つの不斉点をもつγ-置換飽和アルコールの高選択的合成に成功した。この反応において目標以上の触媒回転数(TON) = 500(計画500)、鏡像体過剰率(ee) 98%(計画>90%)、ジアステレオマー過剰率(de) 83%(計画>80%)を達成した。2) 環状ラセミアリルアルコールの1,3-水素移動-不斉水素化連続反応による光学活性β-置換アルコールの合成に初めて成功した。目標以上のTON = 1000(計画500)、97% ee(計画>90% ee)、97% de(計画>90% de)を達成した。
２．α-置換エステルの不斉水素化反応: ラセミα-アミノエステルの動的速度論分割を経る不斉水素化に初めて成功した。β-アミノアルコールを96% ee(計画>95% ee)で得た。TONは500(計画500)であった。
３．ケトエステルの動的不斉水素化反応: ラセミα-フェニル置換-γ-ケトエステルの不斉水素化による二つの不斉点をもつ光学活性1,4-ジオールの合成に初めて成功した。目標以上の98% ee(計画>90% ee)、82% de(計画>80% de)を達成した。
４．求核的アリル位イソシアノ化反応: Pd(OAc)2触媒により、(CH3)3SiCNを求核剤とする触媒的アリル位イソシアノ化反応に初めて成功した。目標以上のTON = 400(計画300)、アリルイソニトリルの純度>99%(計画>95%)を達成した。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究は極めて順調に進行しており、期待以上の成果が得られている。計画変更の必要性は認められない。以下に今後の推進方策を示す。
１．デュアル触媒システムによる連続不斉反応: 1) 最適化したデュアルRu触媒と反応条件を用い、β,β-二置換-α,β-不飽和ケトンのダブル不斉水素化に関して基質一般性の検証を行う。この不飽和ケトンは三ヶ所で置換基変換が可能な多様性をもつ。置換基の立体的・電子的性質が反応性と選択性に与える影響を調査する。2) 最適化したデュアルRu触媒と反応条件を用い、環状ラセミアリルアルコールの1,3-水素移動-不斉水素化連続反応による光学活性β-置換アルコールの合成において基質一般性の検証を行う。γ位置換基と環構造が反応性と選択性に及ぼす影響を調べる。
２．α-置換エステルとラクトンの不斉水素化反応: 構造最適化したRu-C型触媒を用いるラセミα-アミノエステルの動的速度論分割を経る不斉水素化の基質適用範囲を検証する。α位のアミノ基と炭素置換基の構造が反応性とエナンチオ選択性に与える影響を調べる。
３．ケトエステルとヒドロキシエステルの動的不斉水素化反応: Ru/PICA型触媒を用いるラセミα-置換ケトエステル類の不斉水素化について、基質適用範囲の検討を行う。特に、α位置換基の立体的・電子的効果は、不斉点の立体反転速度とエナンチオ選択性に直接関わるため、詳細に調べる。
４．求核的アリル位/ベンジル位イソシアノ化反応: Pd(OAc)2を触媒とするアリル位イソシアノ化の基質適用範囲を検討する。基質のγ位置換基は、電子的性質が反応性に大きく影響すると考えられるので、詳細に検討する。この知見を基に、世界初の触媒的ベンジル位イソシアノ化の達成に挑戦する。パラジウムの他、銀、銅、ニッケル触媒等を試験する。第一級と第二級のベンジルイソニトリル合成へ適用できる条件を探索する。
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