Establishment of methodology for controlling carbocations and its application to nucleophilic substitution reactions

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H02603
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 47010:Pharmaceutical chemistry and drug development sciences-related
• Research Institution: Kobe Gakuin University (2023); Kanazawa University (2021-2022)
• Principal Investigator: KUNISHIMA MUNETAKA 神戸学院大学, 薬学部, 教授 (10214975)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤田 光 金沢大学, 薬学系, 助教 (40782850) ; 松本 拓也 金沢大学, 薬学系, 助教 (40800214) ; 三代 憲司 金沢大学, 新学術創成研究機構, 准教授 (60776079)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: カルボカチオン / カルボカチオノイド / 一分子求核置換反応 / アルキル化反応

Outline of Final Research Achievements

In this research project, we have established a new methodology for controlling the generation and reaction of carbocation species, which we proposed based on the findings obtained through the development of various alkylating agents. The carbocations generated by the unimolecular reaction from the precursor alcohols are reversibly captured by certain ligands to form carbocationoids with the eight-electron structure, which can be accumulated without decomposition and stored stably for a certain period of time. The carbocationoids thus obtained have enabled new chemical transformations that were difficult to achieve under conventional SN1 reaction conditions.

Free Research Field

化学系薬学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

一分子求核置換反応はカルボカチオン種を中間体とするため、不活性化合物のアルキル化において特に威力を発揮するが、不安定なカチオンの制御が課題であった。本研究では、このカルボカチオンを8電子状態の安定なカルボカチオノイドに変換することによって０℃で一定時間保存可能にし、その後、改めて多様な求核剤と反応させることに成功した。これは、一分子求核置換反応の長い歴史の中で前例がない方法論であることから、学術的に大きな意義がある。また、アルキル化は創薬化学分野で汎用される重要な反応なので、医薬品等の製品開発において新たな化学変換技術として利用されれば広く社会に貢献できると期待される。