Development of stereoselective reactions of dipolar molecules using metal/acid hybrid catalyst system

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K05454
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 33020:Synthetic organic chemistry-related
• Research Institution: Shinshu University
• Principal Investigator: Suga Hiroyuki 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (60211299)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 戸田 泰徳 信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (60758978)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: カルボニルイリド / ハイブリッド触媒 / 不斉付加環化 / 不斉プロトン化 / 計算化学 / 遷移状態

Outline of Final Research Achievements

We have developed highly stereoselective asymmetric 1,3-dipolar cycloaddition reactions of cyclic carbonyl ylides using the metal complex/chiral Lewis acid hybrid catalyst system. Our goal of this research is to expand scope of the hybrid catalyst system for other 1,3-dipoles and reactants. As a result of investigations, we successfully expanded the scope of 1,3-dipoles to cyclic azomethine ylides and the scope of reactants to alcohols in the reaction of cyclic carbonyl ylides. Although asymmetric cycloadditions of acyclic carbonyl ylides using the hybrid catalyst system did not show satisfactorily results in terms of enantioselectivity, chiral Lewis acid-catalyzed cycloadditions of acyclic carbonyl ylides generated from donor-acceptor oxiranes with aldehydes and N-benzylindoles afforded high enantioselectivities. DFT calculations also convincingly explained the high levels of asymmetric induction.

Free Research Field

有機合成化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

遷移金属錯体による触媒反応は有機合成化学の発展に大きく貢献しており、光学活性な配位子から調製されたキラルな金属錯体が開発され、これらの単一触媒系は確たる地位を築いているものの、基質の認識と官能基の活性化、立体化学制御の全てを1つの触媒が行う必要があり、反応性と選択性を同時に実現する触媒の設計が難しい。従来の単一触媒系では不可能であった反応を実現するため、2種類以上の触媒を協奏的に用いるには、互いに阻害することなく、適切に反応に関与する必要があり、ハイブリッド触媒系の成功例は限られている。このような触媒系を自在に操ることができれば、革新的物質合成を実現でき、学術的意義や社会的意義は大きい。