2020 Fiscal Year Research-status Report

カルボキシ基の多点活性化を基軸とする革新的触媒変換法の開発

Research Project

Project/Area Number	19K16315
Research Institution	Osaka Prefecture University
Principal Investigator	道上健一大阪府立大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (20838742)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	新規触媒 / ホウ素触媒 / gem-ジボロン酸 / アミド化 / 縮合 / ペプチド
Outline of Annual Research Achievements	水のみを放出する温和なペプチド縮合に向けた新規有機触媒の開発とその応用を目的に研究を行っている。本年度は、前年度に見出したペプチド縮合に有用な新規gem-ジボロン酸触媒、すなわち「多環性gem-ジボロン酸-B,B'-ジアリールエステル」の構造改変による活性向上を指向し、触媒合成と活性評価を中心に研究を遂行した。前年度、上述のgem-ジボロン酸がアミノ酸を含むカルボン酸とアミンの脱水縮合を効率よく触媒することを見出していた。また、当該触媒が従来のアミド縮合触媒とは異なり、カルボン酸ではなくカルボキシラート塩と強く相互作用することを明らかにしていた。本年度は上述のgem-ジボロン酸の構造をベースに、反応点の遠隔位に置換基を導入した触媒を種々合成し、触媒の電子状態が活性に与える影響を調査した。その結果、触媒サイクル中における律速段階（アミンの求核付加またはアミドの脱離）が触媒の電子状態に依存して切り替わることが示唆された。すなわち、より電子豊富な、ホウ素のルイス酸性が低い触媒は安息香酸など、酸性度の高いカルボン酸のアミド化に効果的であった一方、より電子不足な、ホウ素のルイス酸性が高い触媒はかさ高いアミンなど、求核付加を起こしにくいアミンのN-アシル化を促進した。基質非依存的な高活性触媒の開発には至っていないものの、前年度に開発した触媒の適用が困難な基質に対して、電子状態をチューニングすることで収率の向上が見られることが分かった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当初の予定通りに、「多環性gem-ジボロン酸-B,B'-ジアリールエステル」の２つのフェノール部位に電子供与基(tBu,MeO等)や電子求引基(Cl,CF3等)を導入した触媒を種々合成し、それらのアミド縮合に対する活性を評価した。ホウ素のルイス酸性を低下させるとカルボン酸の活性化が弱められ、反応効率が低下するものと想定していたが、基質によってはむしろ加速される場合があることが判明した。このことから、カルボン酸の活性化には高いルイス酸性を要する反面、生成物の脱離には十分な塩基性が必要であることが示唆される。触媒活性に未だ基質依存性は残るものの、反応の律速段階に関する有益な知見が得られ、さらなる高機能触媒の分子設計に関する指針となった。
Strategy for Future Research Activity	前年度に得られた知見から、アミド縮合においてカルボン酸の強い活性化と生成物の脱離促進は電子的に相容れないことが示唆された。そこで、gem-ジボロンや1,2-フェニレンジボロンを基本骨格とし、カルボン酸を強力に活性化しつつ、生成物の脱離を促進する機能を触媒に付与する。具体的には、中間体からのプロトン移動を促すことが知られている「プロトンシャトル」を積極的に取り込むよう触媒を設計し合成する。例えばB-OH部位をカルボン酸結合部位、もう一つのホウ素または他のルイス酸をカルボニル基の活性化部位とし、いずれか一方にプロトンシャトルを組み込む、またはプロトンシャトルを水素結合等により誘導する官能基を導入することを想定している。また、触媒の効率的合成に向け、gem-ジボロン類の新規合成・変換法の探索に関してはイオン的およびラジカル的なアプローチに基づいて引き続き取り組む。
Causes of Carryover	所属研究室にて並行して遂行している研究に対しても研究資金を獲得できたため、本研究課題と共通する試薬やガラス器具等の消耗品を本予算ではなく他の研究資金から充当した。当初は本予算もすべて支出する予定であったが、最近の社会情勢により実支出額が大幅に減少し次年度使用額が生じた。しかし、本研究課題に関して当初想定していなかった研究方針が見出されたため、その進展には消耗品や物品費、旅費等への支出が必須であるため、新たな計画に基づき本予算を使用する予定である。