2021 Fiscal Year Research-status Report
14族元素を用いた化学種の制御による不斉合成法の開発
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20K05515
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
坂口 和彦 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 准教授 (80264795)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | アレニルシラン / フェノール / 超原子価ヨウ素 / スピロジエノン / 不斉転写 / 軸不斉 / 炭素環形成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ケイ素をはじめとする14族元素の特性を利用した新奇な合成反応の開発を目的としている。令和3年度は、アレニルシランを活用した炭素環形成法の開発に取り組んだ。ケイ素を利用した有用な有機反応は多数知られているが、アレニルシランの研究例は少ない。
アレニルシランがメチレン鎖を介してパラ位に連結したフェノール類を超原子価ヨウ素試薬により酸化するとケイ素のγ位での分子内環化が脱芳香族化を伴って進行し、シリルエチニル置換スピロジエノンを与えることを見出した。光学活性なアレニルシランを用いた場合には、生成物は光学活性体として得られ、アレニルシラン（二置換アレン）の軸不斉が生成物のsp3炭素不斉に転写されることを明らかにした。本反応においてアレニルシランは求核種として作用し、ケイ素により安定化（β－効果）されたβ－シリルビニルカチオン中間体の生成が反応を促進していることが示唆された。得られたスピロジエノンからの化学変換による数種の炭素環合成にも成功した。
また、アレニルシランがメチレン鎖を介して4位に置換した2,5-シクロヘキサジエノンをルイス酸と反応させると、ケイ素のγ位での分子内環化と続くシリル基の1,2-移動を伴う環化が連続して起こり、ビニルシランを有する三環式化合物を立体選択的に与えることを見出した。反応条件下、アレニルシランは求核種として作用し、シリル基がアルケンの２炭素にハイブリッドするカチオン中間体を経由する反応機構が想定された。
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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
フェノール類は超原子価ヨウ素により酸化され脱芳香族化を伴って求核種が導入できることが知られている。しかし、求核種としてアレニルシランを用いた例は分子間反応のみであり、その際の位置選択性の制御も課題であった。本研究では、分子内反応をデザインすることで位置選択性の問題を解決すると共に、アレニルシラン（二置換アレンの軸不斉をもつ）の不斉転写による光学活性な炭素環生成物の不斉合成が期待された。
アレニルシランが3個のメチレン鎖を介して連結したフェノール（環化前駆体）をPhI(OAc)2と反応させると、ケイ素のγ位での分子内環化が進行しシリルエチニル置換スピロジエノンを75%収率で与えることを明らかにした。光学活性な第二級プロパルギルアルコール（87% ee）より合成した環化前駆体を用いた反応では、スピロジエノンが光学活性体として（75% ee）が得られた。これより、アレニルシラン（二置換アレン）の軸不斉が置換スピロジエノンのsp3炭素不斉に転写されることが分かった。
また、得られた置換スピロジエノンからの化学変換を検討した。スピロジエノンにルイス酸を作用させると、転位によりテトラヒドロナフタレン誘導体へと収率良く（94%）変換できた。次いで、メタノール中でPhI(OAc)2により酸化してメトキシ基が導入されたジエノンとし、ワンポットでルイス酸を作用させると連続したカチオン転位により三環式ベンゾフラン誘導体が合成できた。
一方、アレニルシランが2個のメチレン鎖を介して連結した2,5-シクロヘキサジエノンをルイス酸と反応させると、ケイ素のγ位での分子内環化、シリル基の1,2-移動を伴う環化が連続して起こり、三環式化合物を立体選択的に与えることを見出した。
以上のように、アレニルシランを活用した２つの炭素環形成法を新奇に開拓すると共に、得られた炭素環生成物からの化学変換を遂行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今回、２つの炭素環構築に成功した（スピロ型炭素環形成、および、シリル基の1,2-移動を伴う連続環化反応）。本結果を踏まえ、スピロ型炭素環形成については、反応の一般性を調べ本法の有用性を確立する。具体的には、アレニルシランに連結したフェノールの両側または片側のオルト位およびメタ位に置換基（アルキル基、ハロゲン）をもつ環化前駆体を合成し、超原子価ヨウ素と反応させることで環化反応および立体選択性を調査する。一方、シリル基の1,2-移動を伴う環化については、光学活性アレニルシラン原料からの不斉転写について調べ、反応機構を明らかにする。いずれの炭素環生成物においても化学変換（炭素鎖の導入および官能基変換など）を調査する。
以上はアレニルシランを求核種として用いる反応開発であるが、新たにアレニルシランを求電子種として用いる反応についても調査する。アレニルシランをAuおよびAgなどの遷移金属触媒で活性化してアレンの中央の炭素部位に位置選択的にカルボカチオン（β－シリルカチオン）を発生させて求電子種とし、求核種との反応を調べる。
光学活性アレニルシランの合成法は確立できており、アレニルシランの不斉を利用した不斉反応への展開に興味が持たれる。アレニルシランを合成反応に用いた例は限られており、その有用性の拡張に取り組む。
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| Causes of Carryover |
研究公表としての学会（第41回有機合成若手セミナー、日本化学会第102春季年会）がオンライン開催となったことで、共同研究者（大学院および学部学生）を含む旅費が不要となり、当該年度の直接経費の一部を基金として次年度に繰り越した。繰り越し分は、合成反応に必要な比較的高価な金属触媒試薬等の購入に充当することを考えている。
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Research Products
(4 results)
