2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of molecular transformation based on generation of higher ordered dipolar species utilizing 1,3-dipoles
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21K05050
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
宇梶 裕 金沢大学, 物質化学系, 教授 (80193853)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 1,3-双極子 / カルベン型化学種 / アゾメチンイミン / ニトロン / ジアゾ化合物 / 硫黄イリド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，1,3-双極子を原料として高次双極性化学種を創生し，その高次化学種を活用する革新的分子変換法を開発することを目的とする。1,3-双極子による協奏的[3+2]付加環化反応は，有用で信頼性の高い複素５員環合成法であり，高い原子効率のために医薬品等の高機能性物質合成に広く利用されるが，複素５員環合成以外への適用には限界があった。本研究では，1,3-双極子単独ではなく，カルベンおよびカルベン型化学種という異なる機能をもつ化学種との融合による協働・重奏化，の基本コンセプトのもと，1,4-双極子を始めとした高次双極性化学種を創生すること，創生した反応活性な高次双極性化学種を活用する多様な分子変換プロセスを開発することを究極の目標としている。
1,3-双極子とイソシアニド，硫黄イリドについては，それぞれ付加型，挿入型シナジーを実現している。ジアゾ化合物は窒素イリドとみなすこともでき，カルベン前駆体としても機能する。イソキノリン骨格を有するN’-アシルアゾメチンイミンとジアゾ酢酸エチルとの反応では付加型反応が進行するのに対し，ジアゾメタンとの反応では環拡大が進行し，形式的にアゾメチンイミンの炭素ー窒素結合にメチレンが挿入した1,4-双極子部位を取り込んだ3-ベンズアゼピン誘導体が得られることが明らかとなり，アゾ化合物もカルベン型反応剤として1,3-双極子との異種相乗発揮が可能という知見を得た。
一方，グリオキシル酸アミド由来のニトロンへの硫黄イリドの求核付加反応について検討を行ったところ，ニトロンC-H結合にメチレン挿入した予期せぬ化合物が得られることを見出した。NMRによる追跡により反応機構を探ったところ，オキシド酸素によるアルファ水素の引き抜きによるエナミン経由で反応が進行していることを示唆するスペクトルを，得ることができた。同様な反応は，アルファケトニトロンにおいても進行することを明らかにした。
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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
現在までの検討により，1,3-双極子とカルベンおよびカルベン型化学種という異なる機能をもつ化学種との融合による協働・重奏化，の基本コンセプトのもと，イソシアニド，硫黄イリドに加え，ジアゾ化合物においても付加型，挿入型シナジーを実現することができた。ジメチルスルホキシドおよび窒素分子などの脱離基の脱離能の違いおよびアルファ位などの水素の酸性度の違いにより反応の多様性が変化し，種々の官能性化合物が合成できることも明らかにできるなど，新たな興味深い知見を得ることができ，研究を順調に進捗させることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
イソキノリン骨格を有するN’-アシルアゾメチンイミンとジアゾ化合物の反応でジアゾ化合物の種類により反応が多様化することを明らかにできたが，一方のジアゾ化合物であるジアゾメタンは，爆発性など取り扱いにやや難点があることから，より取り扱い容易なトリメチルシリルジアゾメタンへの置換えの可否を検討する予定である。さらにトリメチリルシリル基の特徴を活かした分子変換の実現も目指す予定である。
一方，グリオキシル酸アミド由来のニトロンへの硫黄イリドの求核付加反応では，増炭したニトロンが新たに得られることから，連続する1,3-双極子付加環化反応などにより，４級アミノ酸のワンポット合成について検討する。
これまでの検討では，一般的にニトロンへの硫黄イリドの付加によって生成すると考えられるアジリジンN-オキシドへの硫黄イリドの二度目の付加は進行しない。そこでより活性と考えられるアジリンN-オキシドの発生を目指し，三重結合型1,3-双極子との反応を検討する。例えば，ニトリルオキシドへの硫黄イリドの付加反応によって硫黄イリドの二重付加の実現を図る。予備実験で，アジリンN-オキシドに二度目の硫黄イリド付加を経由したと考えられるC-ビニルオキシム生成物が得られているが，二度目の付加中間体からの脱プロトン化を防ぐために，ルイス酸による制御により分子間捕捉を目指す予定である。
1,3-双極子研究で開発した複核キラル反応場での立体制御法を適用し，例えばN’-アシルアゾメチンイミンへの硫黄イリドやジアゾ化合物の求核付加反応を酒石酸誘導体を活用した複核キラル反応場にて実行し，対応する化合物を光学活性体として合成することを試みる予定である。複核としては，亜鉛，マグネシウムなど，1,3-双極子との相互作用が強いとされている金属を中心に検討したい。
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