2019 Fiscal Year Annual Research Report
高反応性カチオン種の制御を志向した非配位性キラルアニオンの触媒化学
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19H02714
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
浦口 大輔 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (70426328)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 有機分子触媒 / キラルアニオン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究初年度は戦略の妥当性を検証するために、アニオンと明確に相互作用する部位をもたないカチオン性中間体を経る反応を取り上げた。ビニルエーテルへのプロトン化を駆動力とするPrins型環化反応では、中間体としてオキソニウムイオンおよびカルボカチオンが生じる。キラルボラートのプロトン塩（キラルハイドロジェンボラート）を触媒とした反応系を設計し、触媒構造による閉環段階のエナンチオ選択性および生成物前駆体からの脱プロトン化における位置選択性の制御に挑み、非常に高い選択性の獲得に成功した。鍵となる触媒構造要素は、B－スピロ環のアリール基上の置換基であり、特に３,５－アルキル置換が有効であることが明らかになった。また、基質の重水素化実験において本反応の律速段階が炭素－炭素結合形成反応であることを示唆する結果を得た。一方、中間体に同様の特徴を持つ転位反応が生成物の幾何異性が原料の段階では決まっていない点を利用して、アニオンの構造が転位するアルキル基の選択性に及ぼす影響を評価できると期待したが、現段階では触媒効率に課題が残り構造選択性相関についても統一的な理解が進んでいるとは言えない。
並行して、ヘテロ原子による共鳴安定化を受けていないカルボカチオンの制御を目指した検討を進めた。アリルアルコールの脱水により生じるカルボカチオンへの求核攻撃をモデルとした検討の結果、触媒構造に応じた立体選択性が発現することを確認した。初年度は、中程度の立体選択性の発現を見るにとどまったが、触媒ライブラリの拡充は順調に進んでおり、例えば、ボラートにおいては当初考えていた以上の構造多様性が付与可能である可能性を示唆する成果が得られている。ここで得られた知見は、キラルアニオンによる光酸化還元反応の触媒的立体制御の開発につながった。
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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
古典的水素結合の寄与が期待できないカチオン性中間体からの結合形成の、対イオンによる立体制御を目指した検討を推進した。プロトン化駆動型Prins環化反応においてオキソニウムイオンへの求核攻撃およびカルボカチオンからの脱プロトン化における立体および位置選択性の獲得に成功しており、研究初年度としては十分な進捗が見られたと考えている。特に、この反応の開発過程で重水素化実験による機構解析に取り組んだことで、今後の研究に資する知見が得られたことは、我々にとっては重要であった。また現在、本反応系を計算化学的に解析しインフォマティクスを援用した触媒設計法開発への展開を念頭にした研究に着手しており、当初の想定を超える成果につながることを期待している。申請段階で想定した転位型のモデル反応については、未だ反応条件の最適化に取り組んでいる途中ではあるが、着実にデータが蓄積されており次年度以降に明確な進展がみられるものと考えている。一方、脱水型のアリル型カルボカチオン生成を経る立体選択的炭素―炭素結合形成反応についても、中程度のエナンチオ選択性の発現に留まっているが、ここで拡充した触媒ライブラリが新規反応の開発につながっている。具体的には、光酸化還元反応におけるカチオン性中間体（ラジカルカチオン）の立体制御にキラルアニオンが有効であることを見出し、高い立体選択性の獲得に成功した。光触媒反応におけるエナンチオ選択性の触媒制御は、いまだ有効な手法が限られており、信頼性のある戦略の提案が求められるているが、今回の発見は新たな方向性を示すものとして意義深いものと捉えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度に引き続き、アニオンと相互作用する部位をもたないカチオン性中間体を経るSchmidt転位を取り上げる。特に、水分子が副生しないビニルアジドへのプロトン化を契機とする反応への展開を本格化し、生じたニトリリウムイオンと任意の求核種を反応させることで、キラルな環状イミンを合成する。過去にSchmidt反応を触媒的に制御した例は知られていないが、イオン対の形を設計することで可能になると考えている。また、既に確立しているPrins型反応における求核部位としてビニルアジドの採用を検討し、多官能合成素子を与える分子変換への展開を狙う。このとき、ビニルアジドへのプロトン化が競合する可能性があるが、オレフィンのプロトン化においては二重結合の幾何異性およびかさ高
さが反応性に強く影響することが分かっており、適切な置換基を備えたビニルアジドを利用すれば目的が達成できると考えている。
並行して、前年度までは不十分であった、ヘテロ原子による共鳴安定化を受けていないカルボカチオンの制御を目指した検討を進める。これまでの検討から得られた知見を基に、合成化学的に意味のある基質を用いて、非配位性アニオンによるカチオンの制御の有効性を実証するシステムを提案する。例えば、α－リチオビニルエーテルとカルボニル化合物から合成できるアリルアルコールを基質として生じるカチオンへの付加反応を想定している。本反応では、非対称中間体への求核攻撃の位置と立体化学の同時制御が求められるが、触媒構造の工夫によりそれぞれの生成物を選択的に与える条件を導き得ると考えている。
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Research Products
(4 results)
