2019 Fiscal Year Annual Research Report
Synthesis of imine derivatives using metal-free catalyst and their application to advanced dyes and medicines
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19H02756
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
小川 昭弥 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30183031)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | グリーンサステイナブルケミストリー / 環境化学 / 有機典型元素化学 / 色素合成 / 医薬品合成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度、イミン化合物群のグリーン合成のターゲットとして、主にUgi反応に力点を置いた研究を推進した。Ugi反応は、one-pot反応による代表的な多成分連結反応として知られており、環境低負荷な反応として有機触媒による酸素を用いた酸化反応を経由したUgi反応について検討した。有機触媒として、サリチル酸を中心に検討することとした。
今回の研究では、効率的なメタルフリー多成分Ugi反応において、酸素酸化によるアミンのイミンへの酸化を第一段階として、有機触媒である2,4,6-トリヒドロキシ安息香酸の存在下、ベンジルアミンのホモカップリングを行い、その後one-potで、カルボン酸、イソシアニドを加えて第二段階の多成分連結反応を行う。通常、この二段階目には金属触媒などを用いることが多いが、第一段階で用いる有機触媒のみで反応が進行する。
芳香族基質を用いると反応は94%で進行し、10種以上の反応基質に適用可能であった。
また、アミンのクロスカップリングによる酸化的Ugi反応は未だ未踏領域であった。これは、クロスカップリングイミン生成物の例は少ないためであり、ベンジルアミンとモデル基質としてヘキシルアミンのクロスカップリング反応について検討した。
触媒として、5 mol%の2,4,6-トリヒドロキシ安息香酸を用いると、47%のクロスカップリング体と21%のホモカップリング体が確認された。そこで、触媒量を15 mol%に増加したところ、79%の収率でクロスカップリング体が形成され、ホモカップリング体をトレース量に抑えることができた。この最適化された反応条件を使用してone-pot反応を進めたところ、脂肪族に対しても、50-80%の収率で反応が進行し、10種以上の反応基質に展開可能であることを明らかにした。
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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
本研究課題での重要な問いかけは、「次世代に必要な材料は何か」、であり、環境への負荷が小さい次世代モノづくりに対し、C-N二重結合を有するイミン類を環境低負荷な手法により、多用に反応中間体として利用することに大きな成果を得た。
特に、これまで芳香族基質に限定されていた本反応系を脂肪族基質に展開可能であることを明らかにし、本研究課題の目的の一つである、メタルフリー条件下での酸化的Ugi反応での2種類のアミンの酸化的カップリングによる非対称イミンの系中発生とUgi反応への応用を達成した。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画に従い、昨年度に成果があったUgi反応を広範な多成分系に適用可能か検討する。本反応は新しいプロセスであるものの、適用範囲については未だ限定的である。そこで、第一段階のイミン合成は芳香族イミンを用い、その後の付加反応において基質展開を進める予定である。特に本反応系で有用なハロゲン化をヨウ素、臭素に展開し、一般的に工業的製法が限定されている芳香族ハロゲン化への適用性を検討する。実用的な観点から見ると、サンドマイヤー反応は工業的に実用化されている有用な反応であるが、ホモカップリング生成物などの不純物が多く、製品の取得には工業的には晶析を繰り返すのみである。そこで、ヒドラジンなど入手しやすい芳香族からの、酸化的ハロゲン化が可能か調べる。さらに、青色色素合成では、昨年までに確立した手法は新規であるため、特許出願を検討しているが、そのためにはさらに多くの基質展開が必要となるため、アミン、アルデヒドを電子求引性、電子放出性に大別し、各反応段階での収率を詳細に調べることで、工業的に応用可能なone-pot反応として完成させることを目指す。さらに工業的スケールでは不純物の絶対量が重要な問題となるため、屈折計測定および分取カラム分離を行い、クルード状態での純度測定も並行して進め、トータルとしての工業的利用価値を高める予定である。
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[Presentation] Metal-Free Syntheses of 2,4,6-Trisubstituted Pyridines and Dipeptides Based on 2,4,6-Trihydroxybenzoic Acid-Catalyzed Oxidation of Benzylic Amines with O2 as an Oxidant2019
Author(s)
S. KODAMA, C.-p. DONG, A. UEMATSU, S. KUMAZAWA, Y. YAMAMOTO, A. NOMOTO, M. UESHIMA, A. OGAWA
Organizer
The 8th TKU ECUST OPU KIST UH IHU KMITL UTAR TNU Joint Symposium on Advanced Materials and Applications
Int'l Joint Research
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