2021 Fiscal Year Research-status Report
コバルト/光レドックス協働触媒が拓くσ結合活性化を伴う環化異性化反応
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21K05051
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
安井 猛 名古屋大学, 創薬科学研究科, 助教 (70812783)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | コバルト触媒 / 光レドックス触媒 / 環化異性化反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、低原子価コバルト触媒の不安定性に起因する従来の触媒システムの脆弱性を克服するため、コバルト触媒と光酸化還元触媒の協働触媒システムを活用する環化異性化反応の開発を行った。まず、エンジインの[2+2+2]環化付加反応について検討を進めた結果、常温で速やかに反応が進行することを突き止め、生物活性天然物の主骨格である第４級不斉炭素を有する5-6-5三環性ラクトン骨格を高効率的に構築することに成功した。基質適用範囲の調査では、汎用されるロジウム触媒やイリジウム触媒では反応がほとんど進行しないエンジインにおいても、非常に効率的に反応が進行することを見出した。興味深いことに、２価コバルトと金属還元剤から反応系内で調製される低原子価コバルト触媒を用いる従来の条件では反応効率が著しく低下した。また、ビアリール系不斉配位子を用いることで高エナンチオ選択的に反応が進行することを見出した。
一方、1,6-ジイニルエステルを本触媒反応に用いると、炭素－酸素結合活性化を伴う新規環化反応が進行し、1-ナフトール誘導体が生成することを見出した。反応機構に関する検討の結果、基質のジイン部分とコバルト触媒が反応して形成されるメタラシクロペンタジエン中間体においてβ-酸素脱離を起点とする形式的1,8-アシロキシ転移によりビニルアレンが生成し、6π電子環状反応により1-ナフトール誘導体へと変換されることが示唆された。また、基質を適切に設計することで、[2+2]環化付加反応やDiels-Alder反応を含むカスケード反応が可能であることを示し、1-ナフトール以外にも様々な多環式縮環化合物の合成に成功した。本反応はロジウム触媒やイリジウム触媒では全く反応が進行せず、２価コバルトと金属還元剤を用いる反応条件下でも生成物は低収率でしか得られない。
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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
当初予定していた研究は概ね計画通りに進展しており、[2+2+2]環化付加反応において従来用いられてきた触媒システムよりもコバルト/光レドックス協働触媒システムが優れた活性を示し得ることを明らかにした。また、炭素－酸素σ結合活性化を鍵とする新規反応の開発にも成功し、実験化学的な反応メカニズムの検証を通じて反応機構を推定するに至った。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、炭素－水素結合や炭素－炭素結合などのσ結合活性化を含む新たな環化異性化反応の開発を行う。また、反応メカニズムの検証を進めるにあたり、実験化学的アプローチには限界があるため、計算化学を取り入れた反応機構解析も実施する。
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| Causes of Carryover |
前年度に引き続き、σ結合の活性化を鍵とする新規環化反応の開発を実施するが、より難易度の高い炭素－水素結合や炭素－炭素結合の活性化を含む反応開発を実施する。また、不斉配位子の検討による不斉反応への展開を視野に入れているため、より多くの試薬や消耗品の購入を予定している。
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