Selective Dehydrogenative Molecular Transformation of Cyclic Amines via Tandem Oxidation Catalyzed by Supported Nanoparticles

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K22547
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0502:Inorganic/coordination chemistry, analytical chemistry, inorganic materials chemistry, energy-related chemistry, and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Yatabe Takafumi 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (60875532)
• Project Period (FY): 2020-09-11 – 2022-03-31
• Keywords: ナノ粒子 / 協奏的電子移動 / 酸素酸化 / アクセプターレス脱水素 / 金 / パラジウム / C-H結合官能基化 / アミン

Outline of Final Research Achievements

We have found unique regioselective cyclic amine oxidation via simultaneous adsorption of cyclic amines and molecular oxygen followed by concerted electron transfer on supported gold nanoparticle catalysts. In fact, we have successfully developed α-cyclic methylene selective functionalizations via tandem oxidation such as alkynylation and enaminone synthesis, which are unexplored highly difficult molecular transformations. In addition, based on the insights into amine oxidation, tandem oxidation, and selective oxidation through the multi-site adsorption and dehydrogenation ability of supported nanoparticle catalysts, we have succeeded in developing new molecular transformations such as selective primary aniline synthesis using hydrazine via dehydrogenative aromatization and oxalic acid diester synthesis using alcohols as the substrates via highly selective oxidative esterification.

Free Research Field

触媒化学、有機合成化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、担持金ナノ粒子触媒を利用し、基質の環状アミンの構造を基盤とした位置選択的分子変換に成功し、プロパルギルアミンやエナミノンといった構造を有する種々の新しい化合物を合成することができた。環状アミンは医薬品や天然物などの大半に含まれる構造であり、本研究は新しい医農薬品開発の効率化や従来の有用アミン化合物の効率的な合成につながると期待される。また、本研究によって初めて実現できた特異なアミン酸化の位置選択性は、金ナノ粒子上での協奏的電子移動により発現していることを明らかとし、新しい有機反応開発に対して担持ナノ粒子特有の触媒特性が有効であることを実証できたため、学術的にも意義は大きい。