Development of C-O Bond Cleavage Reaction of Unstrained Cyclic Ethers

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K15290
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 33020:Synthetic organic chemistry-related
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: Ota Eisuke 早稲田大学, 理工学術院, 講師(任期付) (80790188)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ジルコノセン / 可視光レドックス触媒 / C-O結合開裂 / ラジカル / エポキシド

Outline of Final Research Achievements

We successfully developed a cooperative catalysis of zirconocene and photoredox catalyst for the first time. Furthermore, we have demonstrated that zirconocene can be exploited for homolytic C-O bond cleavage. In the C-O bond cleavage of epoxides, the ring opening proceeded with the opposite regioselectivity to the reaction using titanocene. This catalytic system could also be employed for the homolytic C-Cl bond cleavage of unactivated alkyl chlorides. The mild nature of these catalytic protocols exhibited broad functional group tolerance, engaging complex molecules, including natural products. The putative zirconocene(III) in the present protocols has rarely been harnessed in synthetic organic chemistry, and the catalytic method would lead to revisiting the potential of zirconocene chemistry.

Free Research Field

有機合成化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の着想の元になったチタノセン触媒によるエポキシドの開環反応は、天然物合成において広く活躍してきた反応である。チタノセン触媒とは逆の位置選択性でC-O結合を均等開裂する本反応は、チタノセンを用いる反応と相補的に利用できると期待される。本触媒系の反応中間体として想定されるジルコノセン(III)を有機合成化学に応用した例は限られており、この化学種を利用すれば新たな研究領域を開拓出来る可能性がある。なお、開発した変換反応は、普遍的に存在する金属元素と可視光を組み合わせ、天然に豊富に存在する原材料を使用する。持続可能な社会を見据えた環境調和型の有機反応としての側面を持つ。