2014 Fiscal Year Annual Research Report
プロトンと非金属性元素による協働作用有機触媒の開発
Publicly Offered Research
| Project Area | Advanced Molecular Transformations by Organocatalysts |
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| Project/Area Number |
26105706
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
荒井 孝義 千葉大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (80272483)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 有機触媒 / 不斉触媒 / 光学活性 / ヨウ素結合 / 水素結合 / 協奏作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水素結合は、有機触媒が効果的に機能するための基本的な作動原理である。次世代の有機触媒の創製に向けて、より高度で新規な機能を発現するためには、水素結合に加え、新たな相互作用を取り入れた触媒設計は重要である。本研究では、ヨウ素、ホウ素、リン、ケイ素などの非金属性元素の近傍に、イミダゾリジンもしくはオキサゾリジン等の第２級アミンを配置する『協働作用有機触媒』の開発を目指している。
これまでの金属不斉触媒の開発の中で、金属の近傍に発現するプロトンが特異な触媒活性をもたらすことを報告してきた。これらの知見を『協働作用有機触媒』の創製に生かし、ヨウ素の近傍に二つのイミダゾリジン環を配置したBis(imidazolidine) iodobenzene (I-Bidine) の開発をイソフタロニトリルを原料に行った。
得られたI-Bidine の触媒活性をいくつかの不斉反応において検証した。例えば、PyBidine-Ni(OAc)2触媒が有用であることわかっている不斉ヨードラクトン化では、I-Bidineを有機触媒に用いることで、目的化合物を中程度の不斉収率で得た。また、同じくPyBidine-Ni(OAc)2触媒によって達成されたニトロアルケンとチオサリチルアルデヒドの触媒的不斉Michael/Henry反応によるチオクロマンの触媒的不斉合成でもI-Bidineは有効に働き、ジアステレオ選択性は低いものの、ニトロ基と水酸基がsynに配置された生成物を55%不斉収率で与えた。
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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
平成２６年度の研究で、ヨウ素の近傍に二つのイミダゾリジン環を配置したBis(imidazolidine) iodobenzene (I-Bidine)の合成に成功した。市販のイソフタロニトリルをリチオ化後、ヨウ素を導入し、ニトリル基をアルデヒドに還元し、光学活性ジアミンと縮合してイミダゾリジン環を構築することで、所望のI-Bidineを合成できる。モノアルキル化したジアミンを用いると、イミダゾリジン環の二つの窒素に挟まれた炭素は新たな不斉点となるが、用いた光学活性ジアミン上の置喚基の立体反発のリレーにより、all-transのI-Bidineが単一生成物として得られることも確認した。また、光学活性アミノアルコールを用いれば、オキサゾリジン環を有するBis(oxazolidine)iodobenzene (I-Bodine)を合成することもできる。
さらに、それらの触媒活性をヨードラクトン化と、ニトロアルケンとチオサリチルアルデヒドの触媒的不斉Michael/Henry反応によるチオクロマンの不斉合成に成功した。
不斉収率などはまだ改善が必要であるが、オリジナルの有機触媒の開発に成功したことは大きな成果である。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、広範な不斉環境を提供する光学活性ヨウ素触媒を開発する。特に、研究を効率的に進めるために、固相担持有機触媒のライブラリーを構築し、申請者独自の触媒探索技術『Solid-phase Catalysis/CD-HTS』を用いて、最適触媒の探索を行う。
開発目標とする反応には、平成２６年度の研究で一定の成果が得られた触媒的不斉ヨード環化反応ならびにニトロアルケンとチオサリチルアルデヒドの触媒的不斉Michael/Henry反応によるチオクロマンの触媒的不斉合成を基盤として、生物活性の期待できる化合物を直裁的に与える魅力ある反応に積極的に取り組む。例えば、環状遷移状態をもたらす『協働性有機触媒』の作用を有効に活用し、反応の位置選択性を覆す反応開発を目指す。ビニルインドールとイミンの反応では、芳香族イミン上の置換基R2にアルコキシ基を導入するとPovarov反応が進行することが知られており、リン酸系有機触媒により不斉合成も報告されている。しかしながら、この反応は基質の電子密度によって大きな影響を受ける。『プロトン協調性有機触媒』によって基質の配向を制御、活性化することで、より普遍的なDiels-Alder反応とし、新規β-カルボリンアルカロイド類の触媒的不斉合成を確立する。
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