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2011 Fiscal Year Research-status Report

光励起を基軸とする新立体化学の制御

Research Project

Project/Area Number 23655078
Research InstitutionChiba University

Principal Investigator

荒井 孝義  千葉大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (80272483)

Project Period (FY) 2011-04-28 – 2013-03-31
Keywords触媒・化学プロセス / 光反応 / 不斉合成・反応 / 錯体化学 / 合成化学
Research Abstract

本挑戦的萌芽研究「光励起を基軸とする新立体化学の制御」では、研究代表者が開発に成功している触媒的不斉合成を中心とする反応開発と光化学を融合することで、従来法では得られない新規な立体ならびに分子骨格を有する特徴ある化合物を創出することを目指している。 研究初年度は、研究計画に従い、基質の光異性化(光平衡)を触媒反応に組み入れたワンポットで効率的な新規触媒的合成手法の開発をおこなった。 まず、研究対称には、予備的な知見の得られているインドールとニトロアルケンならびにアルデヒドを基質に用いるFriedel-Crafts/Henry反応を選んだ。本反応は、あらかじめtrans-ニトロアルケンをcis-ニトロアルケンに異性化させても行うことができるが、光異性化反応とFriedel-Crafts/Henry反応を同一フラスコ内で実施することにより、より効率的に収率良く新規な立体を有する化合物が得られることがわかった。 さらに、ニッケル触媒によるα、β-不飽和カルボニル化合物へのトリメチルシリルシアニドの付加反応の開発についても光励起による影響を検証した。この反応は、cis-エノンを用いると速やかに反応が進行し、高収率で目的化合物が得られるが、trans-エノンの場合には反応が進行しないことが分かっている。反応基質のエノンとニッケル錯体を混合すると可視領域に強い吸収をもって赤色を呈することから、該当波長の光をもって励起することで、cis-エノンに光異性化を行い、効率的で汎用性の高い触媒反応を実現した。これらの実験により、光異性化を効果的に触媒反応と融合することで、従来よりもすぐれた分子変換プロセスが可能になることを示すことができた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究計画に合う光反応装置は、高圧水銀ランプ、電源、冷却ジャケットならびに遮光フードを本予算によって導入し、多くの反応条件を効率的に検討できるようになった。 特に、冷却部は、独自に冷却槽を作成することにより、比較的大容量で実用性優れた反応容器を複数同時に用いることができるように設計、独自の光反応システムとして構築できた。 初年度の研究目的も「研究実績の概要」記載のように、予備的な知見に立脚した着実な展開により、光反応によって新規な立体化学有する化合物を得るなど、所定の研究成果を得ることができた。 以上のように、初年度の研究は、ほぼ当初の研究計画通りに進捗した。

Strategy for Future Research Activity

平成24年度は、平成23年度に得られた成果を基として、紫外や可視光を吸収する錯体触媒を光励起し、触媒の新機能の探索する研究を行う。適用可能な反応では、有機化合物を直接的に酸化や還元する反応のほかにも、遷移金属錯体に特有な「酸化的付加」や「還元的脱離」を素反応とする触媒反応にも光が影響することは多いに考えられることから、様々な反応様式における光エネルギー駆動触媒反応を検証し、その有用性・普遍性を確立したいと考えている。 例えば、パラジウム触媒の「光活性化」によって、ジエン系を効率的に酸化できれば、酸素官能基化されたπ-アリルパラジウムを中間体として生成することになり、その後の求核反応によって高度に官能基化された化合物を得るタンデム型反応も設計できる。また、平成24年度は、平成23年度の研究で最も有用性・実用性が高いと判断された反応を取り上げ、フローリアクター触媒反応装置を構築する。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

初年度の研究において、光化学反応を行うための基本装置は整備されたので、50万円以上の大型実験装置の物品購入は予定していない。但し、平成24年度は、光化学を組み入れたフローリアクター触媒反応装置を開発する計画であり、これらの部品の購入を予定している。 初年度は、研究の推進に集中したため、旅費の使用がなかったが、平成24年度は、研究成果を広く発信するために国際会議に出席して、研究成果の発表ならびに討論を行う計画である。

  • Research Products

    (20 results)

All 2012 2011 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (12 results) Book (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (4 results)

  • [Journal Article] Asymmetric Banzoylation of meso-Hydrobenzoin Using a Reusable Tripodal Imidazoline-Pyridine-Cu Catalyst.2012

    • Author(s)
      Arai, T.; Sakagami, K.
    • Journal Title

      Eur. J. Org. Chem.

      Volume: 6 Pages: 1097-1100

    • DOI

      10.1002/ejoc.201101722

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Easy Access to Fully Functionalized Chiral Tetrahydro-β-Carboline Alkaloids.2011

    • Author(s)
      Arai, T.; Wasai, M.; Yokoyama, N.
    • Journal Title

      J. Org. Chem.

      Volume: 76 Pages: 2909-2912.

    • DOI

      10.1021/jo1025833

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Catalytic Asymmetric Friedel-Crafts/Protonation of Nitroalkenes and N-Heteroaromatics.2011

    • Author(s)
      Arai, T.; Awata, A.; Wasai, M.; Yokoyama, N.; Masu, H.
    • Journal Title

      J. Org. Chem.

      Volume: 8 Pages: 5450-5456

    • DOI

      10.1021/jo200546a

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 光学活性ビスイミダゾリジンピリジン(PyBidine)-銅錯体を用いるアゾメチンイミンとアルキンのエナンチオ選択的[3+2]環化付加反応

    • Author(s)
      荻野 雄大、三代 亜沙美、荒井 孝義
    • Organizer
      日本化学会第92春季年会
    • Place of Presentation
      慶應義塾大学
    • Year and Date
      平成24年3月25-28日
  • [Presentation] exo'-選択的触媒的不斉[3+2]環化付加反応によるピロリジニルスピロキシインドールの合成

    • Author(s)
      阿波田 篤子、山本 悠史、荒井 孝義
    • Organizer
      日本化学会第92春季年会
    • Place of Presentation
      慶應義塾大学
    • Year and Date
      平成24年3月25-28日
  • [Presentation] イサチン由来のニトロアルケンを用いるインドールの不斉Friedel-Crafts反応

    • Author(s)
      山本 悠史、阿波田 篤子、荒井 孝義
    • Organizer
      日本化学会第92春季年会
    • Place of Presentation
      慶應義塾大学
    • Year and Date
      平成24年3月25-28日
  • [Presentation] C2対称光学活性ビスイミダゾリジンピリジン(PyBidine)-ニッケル錯体を用いる不斉ヨードラクトン化反応

    • Author(s)
      梶川 智史、荒井 孝義
    • Organizer
      日本化学会第92春季年会
    • Place of Presentation
      慶應義塾大学
    • Year and Date
      平成24年3月25-28日
  • [Presentation] 光学活性ビスイミダゾリジンピリジン(PyBidine)-コバルト錯体を用いるマロネートのニトロアルケンへのジアステレオ選択的不斉マイケル付加反応

    • Author(s)
      白杉 繭、三代 亜沙美、荒井 孝義
    • Organizer
      日本化学会第92春季年会
    • Place of Presentation
      慶應義塾大学
    • Year and Date
      平成24年3月25-28日
  • [Presentation] From Exploration to Design: Chiral Imidazoline- or Imidazolidine-consisting Ligands for Asymmetric Catalysis

    • Author(s)
      Takayoshi Arai
    • Organizer
      14th Asian Chemical Congress 2011(招待講演)
    • Place of Presentation
      Bangkok, Thailand
    • Year and Date
      平成23年9月5-8日
  • [Presentation] Catalytic Asymmetric endo- and exo'-Selective [3+2] Cycloaddition of Iminoesters with Nitroalkenes

    • Author(s)
      Takayoshi Arai, Asami Michiro, Naota Yokoyama, Atsuko Awata, and Mayu Shirasugi
    • Organizer
      The 16th IUPAC International Symposium on Organometallic Chemistry Directed Towards Organic Synthesis (OMCOS 16)
    • Place of Presentation
      Shanghai
    • Year and Date
      平成23年7月24-28日
  • [Presentation] ニトロアルケンと含窒素ヘテロ環との触媒的不斉Fridel-Crafts/Protonationの開発

    • Author(s)
      阿波田 篤子・和才 真希子・横山 直太・荒井 孝義
    • Organizer
      第61回 有機合成化学協会関東支部シンポジウム
    • Place of Presentation
      千葉大学
    • Year and Date
      平成23年6月22日
  • [Presentation] Construction of Multiple Stereogenic Centers on Indoles and Pyrroles

    • Author(s)
      Takayoshi Arai, Atsuko Awata, Makiko Wasai, Naota Yokoyama, Satomi Oyama, and Hiromichi Fujino
    • Organizer
      The 6th International Conference on Cutting-Edge Organic Chemistry in Asia (ICCEOCA-6)/The 2nd New Phase International Conference on Cutting-Edge Organic Chemistry in Asia (NICCEOCA-2)
    • Place of Presentation
      Hong Kong
    • Year and Date
      平成23年12月11-15日
  • [Presentation] Chiral Artificial Indole and Pyrrole Alkaloids: Catalytic Synthesis and Biological Activity

    • Author(s)
      Atsuko Awata, Makiko Wasai, Satomi Oyama, Hiromichi Fujino, and Takayoshi Arai
    • Organizer
      8th AFMC International Medicinal Chemistry Symposium "Frontier of Medicinal Science" (AIMECS 11)
    • Place of Presentation
      KeioPlaza Hotel
    • Year and Date
      平成23年11月29日-12月2日
  • [Presentation] α,β-不飽和イノンのヨウ素化:ヨードエノン化合物の構造と機能

    • Author(s)
      渡邊 陽太・星野勝義・荒井 孝義
    • Organizer
      第14回 ヨウ素学会シンポジウム-ヨウ素発見200年記念-
    • Place of Presentation
      千葉大学
    • Year and Date
      平成23年11月18日
  • [Presentation] 光学活性ビスイミダゾリジンピンサー金属触媒の開発

    • Author(s)
      岡 以気代・白杉 繭・三代 亜沙美・荒井 孝義
    • Organizer
      第100回 有機合成シンポジウム
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      平成23年11月10-11日
  • [Book] ヨウ素の化学と最新応用技術2011

    • Author(s)
      荒井孝義
    • Total Pages
      262
    • Publisher
      シーエムシー出版
  • [Patent(Industrial Property Rights)] ピロリジニル-スピロオキシインドール誘導体及びその製造方法2012

    • Inventor(s)
      荒井孝義、阿波田篤子
    • Industrial Property Rights Holder
      千葉大学
    • Industrial Property Number
      特許: 特願2012-002906号
    • Filing Date
      2012年01月11日
  • [Patent(Industrial Property Rights)] インドール誘導体とその製造方法2012

    • Inventor(s)
      荒井孝義、山本悠史、阿波田篤子
    • Industrial Property Rights Holder
      千葉大学
    • Industrial Property Number
      特許: 特願2012-003905号
    • Filing Date
      2012年01月12日
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 光学活性γ-ジシアノニトロ化合物とその製造方法2012

    • Inventor(s)
      荒井孝義、岡以気代
    • Industrial Property Rights Holder
      千葉大学
    • Industrial Property Number
      特許: 特願2012-009298号
    • Filing Date
      2012年01月19日
  • [Patent(Industrial Property Rights)] ビスイミダゾリジンピンサー型錯体、及び、ビスイミダゾリジンピンサー型錯体並びにそれらの製造方法2011

    • Inventor(s)
      荒井孝義、岡以気代
    • Industrial Property Rights Holder
      千葉大学
    • Industrial Property Number
      特許: 特願2011-290447号
    • Filing Date
      2011年12月29日

URL: 

Published: 2013-07-10  

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