2019 Fiscal Year Annual Research Report
基質認識による触媒活性スイッチを鍵とした位置選択的な炭素―水素結合変換触媒の開発
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19J23157
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
坂井 健太郎 東京大学, 薬学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Keywords | C-H結合官能基化 / フォトレドックス触媒 / 水素原子移動 / 結合弱化触媒 / 水素原子移動（HAT）触媒 / ハイブリッド触媒 / 位置選択性 / ラジカル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
触媒的なsp3炭素-水素C(sp3)-H）官能基化反応は医薬品開発につながる高いポテンシャルを秘めている。本研究では基質と複合体を組んだ状態でのみC(sp3)-H結合活性化能を発揮し、アルコールを起点とした位置選択的なC(sp3)-H結合変換を進行させる新規水素原子移動（HAT）触媒の開発に取り組むことを目的として設定した。
1年目はアルコール認識部位としてトリフルオロメチルケトン、HAT触媒部位としてスルホンアミドを有する触媒を複数種類合成し、アルコールを基質としたC(sp3)-Hアリール化を検討した。しかし、HAT触媒とアルコール基質のいずれの組み合わせにおいても目的の位置選択的なC(sp3)-Hアリール化の進行は確認できていない。
一方、他のアルコール認識部位を検討していたところ、ホウ素やケイ素がアルコールを認識したボレートおよびシリケートにおいてアルコ―ルα位のC-H結合の結合乖離エネルギー（BDE）が低下することが計算的アプローチから見出された。そこで、当初の目的と外れるが、アルコール認識部位としてホウ素やケイ素を用い、基質のアルコールとのボレートおよびシリケート形成による結合弱化現象を利用したアルコールα位C(sp3)-H変換に取り組むこととした。
ケイ素に関しては、種々の検討の結果、5配位シリケート形成能が高いことが知られているMartinリガンドを有するスピロシランを触媒的に用い、光触媒/HAT触媒系と組み合わせたハイブリッド触媒系によって単純なアルコールα位のC(sp3)-Hアルキル化を達成した。本反応ではベンジル位C(sp3)-H結合のようにBDEが小さく、HAT過程が進行しやすいC(sp3)-H結合存在下でもアルコールα位C(sp3)-H結合が優先してアルキル化されており、触媒制御での位置選択性を実現している。一方、ホウ素に関しては現在論文投稿中である。
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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
当初目的としていたアルコール認識部位を有するHAT触媒を用い、アルコールを基質とした位置選択的なC(sp3)-H官能基化は現時点で達成できていない。しかし、その研究過程において偶然見出した「ケイ素触媒とアルコールとのシリカート形成によるアルコールα位C-H結合弱化現象」を利用したアルコールα位選択的なC(sp3)-Hアルキル化は達成できた。また、同様に「ホウ素触媒とアルコールとのボレート形成によるアルコールα位C-H結合弱化現象」を利用したアルコールα位選択的なC(sp3)-H官能基化も論文投稿中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初想定していたトリフルオロメチルケトン以外に、アルコールとの可逆的な複合体（シリケートおよびボレート）形成を利用したC(sp3)-Hアルキル化を今年度論文発表したケイ素および、現在論文投稿中のホウ素もアルコール認識部位として用い、HAT触媒構造に組み込むことによって当初の目的である位置選択的なC(sp3)-H官能基化開発へとつなげていく予定である。
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