2019 Fiscal Year Annual Research Report
エステル転位反応を起点とする芳香族化合物の網羅的合成法と触媒開発
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19J23358
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
大北 俊将 早稲田大学, 理工学術院, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Keywords | 芳香族エステル / ホスフィン配位子 / 置換基転位反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまで数多くの分子をつなぐ手法が開発されてきた。2010年にノーベル化学賞を受賞したクロスカップリング法は、医薬品や有機電子材料の合成などにも頻用される分子構築法である。従来のクロスカップリング法では、アリール化剤としてハロゲン化アリールが用いられているが、近年ではフェノール類やアニリン類を用いた改良法が報告されている。最近では、安価で入手容易なエステルやアミド、酸塩化物などの芳香族カルボン酸誘導体を用いる手法が注目を集めている。当研究室では、芳香族フェニルエステルの脱カルボニルを伴う様々なクロスカップリング反応を開発してきた。一方、これら変換はすべてエステル→官能基への線形変換反応であるという課題点もある。
本研究では、この手法を拡張し、より自在な分子構築を可能とするべくエステル転位反応を着目した。精密にデザインした分子触媒により、この非線型変換反応を制御し、続くクロスカップリング反応と組み合わせれば、一種類のエステルから幾多の化合物を網羅的に合成可能となる。転位制御能を有する触媒として、予備的な検討における最適リン配位子である、dcypt[3,4-ビス(ジシクロヘキシルホスフィノ)チオフェン]の構造を立体および電子的に改変した新規配位子の合成を計画した。配位子の原料となるジアルキルホスフィンクロリドを様々な市販のアルキルハライドから調製可能な合成経路を確立し、dcyptのシクロヘキシル基を異なるアルキル基に改変した新規二座ホスフィン配位子の合成に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の研究計画では2019年度中にdcypt誘導体の合成経路を確立し、合成した配位子でパラ位選択的なエステル転位反応の最適配位子を探索し、反応条件を検討する予定であった。しかし、実際はホスフィン配位子合成法の確立に時間を要してしまった。合成手法の計画段階では、ジアルキルホスフィンクロリド化合物を、アルキルハライドから調製したグリニャール試薬と三塩化リンから一段階で合成することを計画していた。しかし、この手法では三塩化リンへのグリニャール試薬の過剰反応が問題となり、反応生成物が複雑化した。そこで、ジアルキルホスフィンオキシドからジアルキルホスフィンクロリドを合成する経路に変更した。グリニャール試薬と亜リン酸ジエチルから単離精製可能なジアルキルホスフィンオキシドへと導き、既知のクロロ化条件により、ジアルキルホスフィンクロリド調製を解決した。また、チオフェン骨格へのホスフィン部位の導入も問題となった。二箇所のホスフィン部位を同一容器内で連続的に導入する予定であったが、目的物と未反応の原料や副生成物との分離が困難であった。そこで、一段階ずつホスフィン化することにした。ホスフィン化の精製操作を簡単にするため、各段階でホスフィンボラン錯体を経る合成手法を考案した。以上により、想定していた合成経路と比べ、工程数は増えたものの、dcypt誘導体の合成に成功した。合成した配位子のエステル転位反応への活性評価はまだできていないが、この合成経路を用いて、迅速な配位子探索を行う予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はまず、パラ位選択的なエステル転位反応の実現を目指す。パラ位は最も立体的に空いている位置であるため、構造的に嵩高い配位子を用いれば、原料であるエステルとの立体反発を避けるように、パラ選択的な転位反応ができると考える。メタ位転位反応の予備的な検討ではあるが、dcyptのホスフィン上の置換基を立体的に小さくした場合、メタ選択性が低下したことから、ホスフィン上の置換基の立体状態が転位反応に影響することが確認できている。具体的には、dcyptのホスフィン部位のシクロヘキシル基をアダマンチル基や置換基シクロヘキシル基に変更した配位子を合成する。パラ転位反応の最適な配位子と条件を確立した後は、メタ位選択的なエステルダンス反応の開発を目指し、新規非対称二座ホスフィン配位子を設計する。dcyptのチオフェン骨格を基盤とし、電子供与性のジアルキルホスフィン部位と嵩高い電子求引性のホスフィン部位をもつ非対称な配位子の合成を計画している。変更する部位が二箇所に増え、より綿密な触媒設計が必要となる。まずは電子求引性部位の探索として、合成が容易なジアリールホスフィンの導入を行い、選択性に偏りが出るか調査する。その後、電子供与基を変更した配位子も数種同様に合成し、最も効果的な非対称二座ホスフィン配位子を決定する。これら実験化学的な最適配位子探索と並行して、DFT計算による理論化学計算や、反応中間体を用いた化学量論量実験などの反応機構解明研究を行い、双方からのアプローチで触媒設計を進める。これら反応開発に成功した後、研究期間に余裕があれば、転位反応と脱エステル型カップリングを組み合わせた、位置自在制御型脱カルボニル型カップリング反応の開発にも取り組みたいと考えている。医薬品候補化合物や有機材料の骨格に対して本手法を適用し、迅速かつ効率的な迅速な誘導体合成技術としての有用性を示すことを目標とする。
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Research Products
(3 results)
