2021 Fiscal Year Annual Research Report
金属ヒドリド種/ルイス酸触媒によるラジカル環化反応の開発
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20K15284
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
林 裕樹 北海道大学, 化学反応創成研究拠点, 特任助教 (90802223)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 計算科学 / 量子化学計算 / 反応経路予測 / 含窒素複素環化合物 / 環化付加反応 / 脱芳香族化反応 / 三成分連結反応 / ジフルオロカルベン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、中員環構築に適用可能な触媒的ラジカル環化反応の開発を目指して、まず量子化学計算による反応経路探索を実施した。量子化学計算には、WPI-ICReDDの基幹技術である反応経路自動探索技術、人工力誘起反応法(AFIR法)を用いて、本研究のターゲット骨格である含窒素ヘテロ環化合物を構築可能な反応経路を網羅的に探索した。その結果、いくつかの有望なラジカル環化反応に加えて、ジフルオロカルベンを含む三成分環化反応も算出された。前者に関して、予測されたラジカル環化反応を実現するために実験での検討を進めたが、計算では予測困難な二量化反応などが進行し目的生成物は得られなかった。一方、後者の三成分反応の生成物は、窒素に隣接する炭素上に2つのフッ素原子を有する含窒素ヘテロ環化合物であり、医薬品候補化合物として期待できるが、その構築手法は非常に限られている。そこで、この計算結果を基に実験での具現化を検討したところ、ピリジン、ジフルオロカルベンおよび種々のアルデヒド、ケトン、イミン、アルケン、アルキンのような求電子剤を基質とする、ピリジンの脱芳香族化を伴う三成分環化付加反応を実現することに成功した。本反応はグラムスケールでも実施可能であり、N-α,α-ジフルオロメチレン鎖を有する多様なフッ素化含窒素ヘテロ環化合物の合成を達成した。さらに、本反応で競合する副反応の経路を推定するために、AFIR法を用いて調査した。その結果、２分子のピリジニウムイリド中間体の望まない二量化反応が示唆された。この副反応の活性化障壁と、用いる基質に対応する環化段階の活性化障壁を比較することで、本環化反応が進行するかどうかをあらかじめ予測することができ、実際に実験で実証した。
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