2015 Fiscal Year Annual Research Report
次世代型有機分子触媒の創製と実践的精密有機合成への応用
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26220803
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
丸岡 啓二 京都大学, 理学研究科, 教授 (20135304)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
加納 太一 京都大学, 理学研究科, 准教授 (40372560)
橋本 卓也 京都大学, 理学研究科, 助教 (20437198)
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| Project Period (FY) |
2014-05-30 – 2019-03-31
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| Keywords | 次世代型有機触媒 / キラル相間移動触媒 / 二官能性触媒 / 環境調和型 / 酸塩基複合触媒 / 有機ラジカル / 精密有機合成反応 / 不斉アルドール反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では有機触媒の性能に応じて、有機塩基触媒、有機酸触媒、有機酸塩基複合触媒、有機ラジカル触媒という四つの研究項目に分けて、次世代型有機触媒の合理的なデザインを目指すとともに、これら次世代型有機触媒を駆使して精密有機合成反応を開拓した。まずキラル相間移動触媒では、塩基性条件下で不安定なN-Bocイミンを系内発生させることに成功し、グリシン誘導体との不斉マンニッヒ反応が実現できた。また、光学活性第二級アミンを駆使することにより、アルデヒドのβ-トシルエノンへの位置－及び立体選択的な共役付加が可能になった。さらに、テトラアルキルアンモニウム塩を用いた中性条件下におけるN-アシルイソキノリンのマンニッヒ反応にも取り組み、相間移動触媒の水素結合能を引出すことに成功した。一方、キラル有機酸塩基複合触媒の反応としては、不斉アルドール反応における水の加速効果を見出し、理論計算の解析により、水よりさらに加速効果のあるシス-2-ブテン-1,4-ジオールを見出すことができた。光学活性ビナフチルジカルボン酸触媒の研究では、キノンイミンケタールの不斉Diels-Alder反応を開発することに成功した。また本研究の過程において光学活性ビナフチルボロン酸触媒が、ヒドロキシアミンのキノンイミンケタールへの不斉アザ共役付加反応に有効であることを見出した。有機ラジカル反応剤として、超原子価ヨウ素触媒を用い、α,β-不飽和カルボニル化合物へのジアステレオ選択的ヒドロアシル化やベンジルラジカルの位置選択的発生法やパーフルオロアルキルラジカルの新規発生法などを見出した。一方、嵩高いチイルラジカル触媒の開発に成功し、ビニルアジリジンとアルケンとの環化付加反応を達成することができた。
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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
本研究室で開発された2-トリフェニルメチルピロリジンやその誘導体の光学分割は難しく、新たな誘導体の合成は極めて困難であった。本研究では、安価な4-ヒドロキシプロリンを原料とすることで、カラムクロマトグラフィーのみで分離可能な新たな2-トリアリールメチルピロリジンを開発できた。この触媒を用いて、幾つかの新規不斉触媒反応を開発できた。また、テトラアルキルアンモニウム塩を用いた中性条件下における炭素炭素結合形成反応にも取り組み、相間移動触媒の水素結合能力を明らかにした。カルボン酸ならびにボロン酸を用いる不斉触媒に関しては、ボロン酸自体に新しい不斉触媒能があることを見出した。アミン有機触媒による共役付加反応では、アンチ体を与える遷移状態における立体反発が大きいため、シン体が主生成物として得られている。一方、本研究で用いられたビナフチル骨格にふたつのジフェニルヒドロキシメチル基を導入したアミン有機触媒は、酵素様の特異な反応空間を持ち、アンチ体の付加生成物が高エナンチオ選択的に得られた。高難度とされるジアステレオ選択性の逆転を達成したことは、本研究で用いられた有機酸塩基複合触媒の高い潜在能力を顕著に示している。触媒的不斉ラジカル反応を実現するに当たって最も困難である、効果的な不斉反応場の簡便合成法を確立した。これにより、今後、種々の触媒スクリーニングが可能となり、優れた不斉ラジカル触媒の創製が実現される見込みである。また、Ｎ－ヒドロキシルベンゾイミダゾール化合物が有用な触媒骨格として利用できることを見出した。現時点では、その触媒活性は、既存のＮ－ヒドロキシフタルイミドには劣るものの、触媒構造の最適化による反応性の向上を行うことにより、今後の発展が見込まれる。
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| Strategy for Future Research Activity |
安価なヒドロキシプロリンを原料として用いた新たなピロリジン型キラルアミン触媒が、エナミン中間体を経由する不斉触媒反応に有効であったことから、その様々な誘導体の合成法を確立する。特に不斉環境の構築において最も大きな役割を果たしているピロリジン環上の置換基として、従来のトリアリールメチル基以外にもトリアリールシリル基や対称性を下げたビアリールメチル基などを導入し、不斉触媒反応における立体選択性に対する影響を調べる。また、キラル相間移動触媒を用いるα-ケトエステルと第一級アミンによるα-アミノ酸合成に取り組み、キラル相間移動触媒のアニオン対の効果を詳細に調べる。現段階で、カルボン酸ならびにボロン酸を用いた不斉触媒の開発は順調に進んでおり、さらに展開していく予定である。またより挑戦性の高い酸触媒としてπ酸である求電子的セレンを用いたキラル触媒に関しても良好な結果を得ており、今後さらに触媒に関する知見を深め、幾つかの精密不斉合成反応に適用し、汎用性のある不斉π酸触媒とする。α,β-不飽和ケチミンを求電子剤として用いた反応において、有機酸塩基複合触媒であるプロリンとビナフチル型アミン触媒とでは反応部位が劇的に変化することが見出されたことから、両触媒の構造を元にした有機酸塩基複合触媒の開発に取り組み、新たなエナミン経由型反応を実現する。これまでの研究で確立されたインダノール骨格を有する不斉反応場をチイルラジカル触媒系に適用する。新規反応開発は並行して進んでおり、これら反応を利用して新たな高エナンチオ選択的ラジカル反応を実現する。また、新たな骨格を有する超原子価ヨウ素剤を合成し、それに対し光分解や配位子交換といった手法を応用することで、これまでにないラジカル反応の実現を目指す。さらに、新規な光学活性なＮ－ヒドロキシルベンゾイミダゾールを用いた不斉ラジカル反応への応用を進めていく。
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