ＦＬＰによる水素分子活性化を利用した高性能不斉水素化触媒の開発

2012 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Advanced Molecular Transformations by Organocatalysts
• Project/Area Number: 24105521
• Research Institution: Iwate University
• Principal Investigator: 是永 敏伸 岩手大学, 工学部, 准教授 (70335579)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Keywords: FLP / 不斉水素化 / ルイス酸 / ルイス塩基

Outline of Annual Research Achievements

1 触媒設計のためのFLPによるイミンの水素化反応の理論的考察
FLP触媒によるイミンの水素化反応は以下の機構で進行すると考えられている。まずFLPが水素開裂を行うと、ルイス塩基上にプロトン、ルイス酸上にヒドリドが結合する。このプロトンはイミンの窒素と水素結合することでイミンが活性化される。その後、ヒドリドがイミンの不飽和炭素を攻撃し、水素化反応が完了する。この機構を見ると、野依教授らにより開発されたホスフィン-ルテニウム-ジアミン触媒によるケトンの不斉水素化反応の反応機構に類似している。そこで、FLP分子内にルイス酸、ルイス塩基を配置し適切な不斉源を導入すれば、効率的不斉FLP触媒が開発できると考えた。研究代表者は分子設計の情報を得るためRepo, Riegerらにより報告されたFLP の水素化反応の遷移状態を計算した。モデル反応として、FLP-H+H- 2とメタンイミンの反応の遷移状態をB3LYP/6-G(d)レベルで求めた所、イミンへのプロトン移動とイミン炭素へのヒドリド攻撃は同時に起こっており、協奏的反応であることが示された。この遷移状態を見ると、FLP1の窒素周りに不斉源を導入すれば、イミンの不斉水素化が行えると考えられた。そこで反応点に近い所に不斉炭素を有しかつC2対称である光学活性2,5-二置換ピロリジンをFLP触媒に導入した新規分子を開発することにした。
2 新規不斉FLP触媒の合成検討
2,5-ジメチルピロリジンを有する新規FLPを設計しその合成を試みた。現在までに中間化合物の合成には成功したが、この中間体へのB(C6F5)2基の導入までには至っていない。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本年度中に最初のFLP触媒を完成させる予定であったが、未だ完成していない。不斉触媒反応はいくつもの触媒を作り反応を試す必要があるため、初年度とは言え、一つの触媒も完成できていない事は、遅れていると言わざるを得ない。しかし、理論計算による反応機構解析は進んだため、”やや遅れている”の評価とした。
この遅れの原因の一つはホウ素ユニットの含ルイス酸骨格への導入のしにくさが、予想を超えていたことにある。またもう一つ、研究代表者自身が研究期間中に所属大学を異動した事にも一因がある。異動後研究体制を整えるのにかなりの時間を要したが、ゼロから始めた本研究にとってこれは著しい時間的ロスとなった。次年度はこの遅れを挽回できるものと考えている。

Strategy for Future Research Activity

分子内にルイス酸とルイス塩基を導入したFLPは原理上、優れた不斉環境を与えると考えられるが、その合成には難があった。そこで本年度はキラルなホウ素化合物の開発に集中することで、高エナンチオ選択的なイミンの水素化反応触媒を開発する。
また、イミンやエナミンの水素化反応の反応速度はFLPの構成要素、すなわちルイス酸とルイス塩基の相性に影響するものと考えられるので、それに関した基礎的な研究も行う予定である。