2014 Fiscal Year Research-status Report
非フッ素系活性化剤を用いる銅触媒による有機ケイ素化合物のクロスカップリングの開発
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26410037
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
坪内 彰 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40272637)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | クロスカップリング / ケイ素化合物 / 触媒・化学プロセス / 有機銅化合物 / 環状シリカート / ジオール |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成26年度は、各種配位性官能基をもつアルコールをフッ素イオンに変わる新規な二重活性化剤として利用し、従来のクロスカップリングでは利用することが出来なかったアルケニルおよびアリールジメチルシラン等の活性化を試み、これを求核剤とするハロゲン化アルキルなど種々の求電子剤との銅(I)触媒によるクロスカップリング反応について検討した。
予めエチレングルコールをブチルリチウムによりモノリチオ化した後、ヨウ化銅(I)、アリールジメチルシラン、塩化メタリルを順次加え、DMF中50℃で16時間反応させると収率良くクロスカップリング体が得られることを明らかにした。反応の第一段階では、銅(I)塩の存在下、アルケニルシランがモノリチウムアルコキシドによりアルコキシシランへ変換される。続いて、もう一方のアルコキシ基の分子内配位による環状シリカートの形成がケイ素―炭素結合を2重活性化することで銅(I)へのトランスメタル化を促進しているものと推定した。一方、エチレングリコールの代わりにアミノエタノールあるいはリチウムメトキシドを活性化剤として用いても、クロスカップリング体は得られなかったことから、ジオール構造がケイ素原子の二重活性化にとって重要であることが判った。そこで、ピナコール、trans－1,2－シクロヘキサジオール、カテコールなど種々のジオール類を検討した結果、エチレングリコールが最も効果的であった。
この活性化剤はアルケニルシランに対しても有効であり、この場合、炭素－炭素二重結合の立体化学を保持してカップリングが進行した。sp3炭素求電子剤として、ハロゲン化アリルのみならずハロゲン化ベンジル、更にはヨウ化メチルとのクロスカップリングが行えることを明らかにし、CuI / HO(CH2)2OLi系が有機シラン類とsp3炭素求電子剤とのクロスカップリングを効率よく促進でき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
本年度は、In situ二重活性化法を利用した銅触媒によるシラン類とハロゲン化アルキル(sp3炭素求電子剤)のクロスカップリング反応の開発を目指した。
活性化剤として水酸基やアミノ基等の配位性官能基を分子内にもつアルコールを検討し、配位官能基の種類と反応性の相関を調べ、エチレングリコールのモノリチオ化体が最も効率の良い活性化剤であることを明らかにした。このモノリチオ化体とヨウ化銅(I)を組み合わせることで、従来クロスカップリングへの適用が困難であったアルケニル及びアリールジメチルシランと高反応性のハロゲン化アリル及びベンジル(sp3炭素求電子剤)とのクロスカップリングを実現した。銅(I)塩の触媒化までには至らなかったものの、目的の主要部分であるフッ素イオン活性化に変わるIn situ二重活性化法による有機ケイ素化合物のクロスカップリング反応を実現でき、今後の反応の触媒化や反応基質の拡張への重要な足がかりを確立できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度に確立したカップリング反応における求電子剤の適用範囲を拡張する。パラジウム触媒反応ではその利用が困難であった第一級ヨウ化アルキルを求電子剤として利用したカップリングへ展開する。同時に、第二級ハロゲン化アルキルの利用を試みると共に、有機ハロゲン化物をヨウ化物から臭化物、塩化物へ拡張し、sp3炭素求核剤に対する汎用性の高いカップリング反応を実現する。また、sp2炭素求核剤としてハロゲン化アルケニルやアリールとの触媒的クロスカップリングを実現する。そのためにこれらの基質に対して酸化的付加の活性が高いパラジウムやニッケル等を共触媒として用いる。最終的には、sp2－sp3、sp2－sp2炭素間で自在にクロスカップリングが行える高い汎用性を備えた反応を開発する。銅(I)塩については、各種配位子を検討し触媒化を図る。
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| Causes of Carryover |
研究を開始した当初検討していた、フッ素イオンに変わる活性化剤の探索が予想していた以上に短期間で終了したため、予定していた条件検討のいくつかを行わずに済んだため「次年度使用額」が発生した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度は当該研究費及び、翌年度以降に請求する研究費と合わせ、In situ二重活性化法による有機ケイ素化合物のクロスカップリング反応の適用範囲の拡大を図ると共に成果の発表を行う。
そのために、消耗品費として出発物質の合成のために、各種有機化合物、合成試薬を購入する。反応溶媒、抽出溶媒、またクロマトグラフィーによる生成物の単離精製のために、各種溶媒を購入する。生成物の同定、構造解析で核磁気共鳴装置を使用する際に必要な重溶媒を必要に応じて購入する。出発物質の合成、各種反応を行うためのガラス器具、出発物質・反応生成物の単離精製のためのカラムおよび薄層クロマト用の吸着剤としてシリカゲルおよびアルミナゲルを購入するする。旅費として研究代表者および協力者が成果を学会で発表するために、出張経費（交通費・宿泊費）を使用する。構造決定にはNMRスペクトルを使用するため、装置の利用料を計上する。
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