2019 Fiscal Year Research-status Report
高活性超原子価ヨウ素触媒を用いる効率的芳香環C-Hアミノ化法の開発
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19K05466
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
土肥 寿文 立命館大学, 薬学部, 教授 (50423116)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | アミノ化 / 酸化 / カップリング / 芳香族化合物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
医薬品や機能性材料の骨格として重要な芳香族アミン類の合成戦略として、近年、芳香族化合物とアミン類の酸化的カップリングの直截性が注目されている。一方、この反応で用いる遷移金属触媒は最低でも５mol%必要で、触媒活性のこれ以上の向上は難しい状況である。本研究では、このような現状を打破する触媒性能向上の新指針を提案・実証することで、遷移金属触媒系を凌駕する優れた有機酸化触媒を開発する。我々の超原子価ヨウ素触媒は芳香環C－Hアミノ化反応において反応性が高く、遷移金属触媒系を凌駕する0.1mol%の触媒使用下での酸化的カップリングの実現と有機酸化触媒の創製を目指す。
令和元年度は、アミンおよびアミド類をより選択的に活性化できる超原子価ヨウ素触媒の精密分子設計に加え、触媒回転数（TON）向上に向けた官能基の導入を行った。具体的には、触媒のヨウ素周辺（オルト位）への置換基の導入による立体環境の最適化、耐酸化性の向上を目的としたフッ素原子の導入を検討した。また、光応答性の超原子価ヨウ素触媒の合成が予定以上に進展したため、酸化的C－Hアミノ化における芳香環の反応位置選択性の制御に関する検討を前倒しで実施した。
芳香族アミド類の窒素－芳香環不斉軸におけるアトロプ異性体や、窒素－カルボニル結合の回転障壁に基づく配座異性体の制御を目指した酸化的カップリングは挑戦的なテーマであり、これまでに開発した酸素架橋型キラルヨウ素触媒を用いて、まずは分子内反応における立体選択性の制御について検討した。今後は得られた知見を基に触媒の不斉環境の最適化を行い、高い触媒耐久性を兼ね備えたキラル超原子価ヨウ素触媒の創製に取り組む所存である。
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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
コロナ禍の影響で３月に予定していた実験のいくつかは未実施となったが、交付申請書に掲げた当初の研究目標については概ね達成し、研究計画の一部を前倒しで行っている状況である。具体的には、令和元年度に計画していた触媒設計について、光応答性の分子骨格を持つハイブリッド型触媒の開発が予想以上に円滑に進み、次年度以降に予定していた反応開発の研究にもすでに着手している。研究成果の公表についても計画通り行うことができ、研究経費は申請書に掲げた内容に対して実質的に活用できている。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和２年度は、酸化的C－Hアミノ化の触媒最適化を完了し、基質適用範囲、生成物選択性、酸化剤の選択肢、溶媒の影響等、遷移金属触媒との比較を意識した総合的な反応系の評価を行う予定である。加えて、アミドの置換基や芳香環の配向基（FG）等の基質制御法と組み合わせた、位置および立体選択性の向上にも取り組む。さらに、基質の光励起による半占軌道（SOMO）との相互作用を利用した反応開発について、芳香環のメタ位選択的な酸化的カップリングを検討する。なお、酸化的C－Hアミノ化法の実用化に向けたハイブリッド型超原子価ヨウ素触媒の開発については、研究実施の２年目までで開発した触媒を固相ハイブリッド化の対象とするため、当初の予定通り最終年度に集中的に行う予定である。
一般に官能基を消費して結合形成を行う金属を用いる合成法に対して、我々の開発する酸化的カップリングでは官能基が残った化合物が得られる。この長所を活かし、酸化的カップリングの利用展開として、我々の方法で得られた有用な合成中間体に対し、高度に酸化された芳香環由来天然物や機能性物質の骨格構築を意識した化学的変換を行う。以上の取り組みにより、医薬品やファインケミカルズに有用な芳香族アミン類の新規合成法の確立と有機合成化学的な応用展開を目指す。
本研究の過程で新しく重要と思われるテーマが生じた場合は、その都度、研究計画への追加の是非を判断したい。メタルフリーな酸化的カップリング法は世界中で注目されている分野であり、日進月歩での研究開発が繰り広げられている。本分野における先駆性を保つためには、早急な研究展開を実施することが肝要である。本研究課題を当初より前倒しで完了することを目指すとともに、得られた知見をもとにした発展的なテーマの開拓も積極的に行いたい。
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| Causes of Carryover |
（理由）コロナ禍の影響で、消耗品や物品の納期が３月末に遅れ、年度内の会計処理ができずに発生した未使用額である。
（使用計画）本未使用額については、当初の目的に対し、次年度にすみやかに執行する。
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