Generation of Organometallics from Alkanes by Organoradical-Metal Complex Hybrid Catalysis

• Project Area: Hybrid Catalysis for Enabling Molecular Synthesis on Demand
• Project/Area Number: 17H06442
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 金井 求 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 教授 (20243264)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2022-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥171,210,000 (Direct Cost: ¥131,700,000、Indirect Cost: ¥39,510,000); Fiscal Year 2021: ¥29,250,000 (Direct Cost: ¥22,500,000、Indirect Cost: ¥6,750,000); Fiscal Year 2020: ¥25,350,000 (Direct Cost: ¥19,500,000、Indirect Cost: ¥5,850,000); Fiscal Year 2019: ¥20,410,000 (Direct Cost: ¥15,700,000、Indirect Cost: ¥4,710,000); Fiscal Year 2018: ¥31,200,000 (Direct Cost: ¥24,000,000、Indirect Cost: ¥7,200,000); Fiscal Year 2017: ¥65,000,000 (Direct Cost: ¥50,000,000、Indirect Cost: ¥15,000,000)
• Keywords: ハイブリッド触媒 / 分子合成オンデマンド / 触媒 / 有機合成化学 / アルカン / ハイブリッド触媒系 / 光触媒 / クロム錯体触媒 / 不斉触媒 / 不斉アリル化 / アルデヒド / 付加反応 / 触媒・化学プロセス / C-H活性化 / 有機金属 / 水素放出 / 合成化学 / 蛋白質

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、豊富な炭素資源であるアルカンを原料として、抗癌剤などの高付加価値な有機分子を実践的に合成できるハイブリッド触媒系の創製である。ハイブリッド触媒系によるアルカンの炭素－水素結合活性化を経る有機金属活性種の発生と分子合成オンデマンドへの展開を計画した。光触媒－ラジカル触媒ハイブリッドによるアルカンからの水素原子の引き抜きと、生じた炭素ラジカルの金属錯体触媒での捕捉により目的の変換を達成する。本研究では、強力な水素原子引き抜き能と迅速な炭素ラジカル捕捉能を兼ね備えたハイブリッド触媒系の創製により課題を克服する。アルカンから生成する有機金属活性種は、位置・立体化学制御をともなう選択的反応への適用が可能で、高付加価値な有機分子を合成するための有用な活性種である。
本年度は、光触媒と不斉クロム錯体触媒からなるハイブリッド触媒系を見い出し、これが豊富な炭素資源であるアルケンを活性化することでキラル有機クロム種を発生させ、アルケンとアルデヒドの間での触媒的不斉アリル化反応が可能になることを見い出した。単純アルケンを用いるアルデヒドへのGrignard型の触媒的不斉付加反応は前例が無く、将来的に非常に有用な反応になる可能性を示した。特に、マグネシウム塩を添加することでアルカンから光触媒によって生成するラジカルカチオン中間体の濃度が上昇し、反応性を亢進できた。
本業績は、A01公募研究の大久保教授（大阪大学）との共同研究であり、東大からプレスリリースをおこない、イギリス王立化学会や国内紙などで広く報道された。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本業績は世界的に類を見ないものであり、極めて発展性が高い。当初は3年以上かかるであろうと考えていた地点に2年間で到達できたことになり、当初の計画以上に研究が進展していると評価できる。

Strategy for Future Research Activity

適用できるアルケンの種類の拡張と、より不活性であるアルカンを活性できるハイブリッド触媒系の開発へと研究を進める。

Research Products

• [Int'l Joint Research] マルセイユ大学(フランス)
• [Int'l Joint Research] IMDEA nanoscience(スペイン)
• [Journal Article] Catalytic asymmetric allylation of aldehydes with alkenes through allylic C(sp3)-H functionalization mediated by organophotoredox and chiral chromium hybrid catalysis (2019)
  • Author(s): Mitsunuma Harunobu、Tanabe Shun、Fuse Hiromu、Ohkubo Kei、Kanai Motomu
  • Journal Title: Chemical Science Volume: 10 Pages: 3459-3465
  • DOI: 10.1039/c8sc05677c
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Palladium-Catalyzed C-H Heteroarylation of 2, 5-Disubstituted Imidazoles (2019)
  • Author(s): T Togo, Y Sohma, Y Kuninobu, M Kanai
  • Journal Title: Chemical and Pharmaceutical Bulletin Volume: 67 Pages: 196-198
  • NAID: 130007607157
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Catalytic Regio- and Enantioselective Proton Migration from Skipped Enynes to Allenes (2019)
  • Author(s): Wei Xiao-Feng、Wakaki Takayuki、Itoh Taisuke、Li Hong-Liang、Yoshimura Takayoshi、Miyazaki Aya、Oisaki Kounosuke、Hatanaka Miho、Shimizu Yohei、Kanai Motomu
  • Journal Title: Chem Volume: 5 Pages: 585-599
  • DOI: 10.1016/j.chempr.2018.11.022
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Convergent and Functional-Group-Tolerant Synthesis of B-Organo BODIPYs (2018)
  • Author(s): Sawazaki Taka、Shimizu Yusuke、Oisaki Kounosuke、Sohma Youhei、Kanai Motomu
  • Journal Title: Org. Lett. Volume: 20 Pages: 7767-7770
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.8b03138
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hydroxy Group Directed Catalytic Hydrosilylation of Amides (2018)
  • Author(s): Ni Jizhi、Oguro Tsubasa、Sawazaki Taka、Sohma Youhei、Kanai Motomu
  • Journal Title: Org. Lett. Volume: 20 Pages: 7371-7374
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.8b03014
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Organophotoredox/Copper Hybrid Catalysis for Regioselective Allylic Aminodecarboxylation of β,γ-Unsaturated Carboxylic Acids (2018)
  • Author(s): Oisaki Kounosuke、Kanai Motomu、Manick Anne-Doriane、Tanaka Hirotaka
  • Journal Title: Synthesis Volume: 50 Pages: 2936-2947
  • DOI: 10.1055/s-0036-1591983
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Copper(I)-Catalyzed Enantio- and Diastereodivergent Borylative Coupling of Styrenes and Imines (2018)
  • Author(s): Itoh Taisuke、Kanzaki Yamato、Shimizu Yohei、Kanai Motomu
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 57 Pages: 8265-8269
  • DOI: 10.1002/anie.201804117
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] C(sp3)-H Cyanation Promoted by Visible-Light Photoredox/Phosphate Hybrid Catalysis (2018)
  • Author(s): Wakaki Takayuki、Sakai Kentaro、Enomoto Takafumi、Kondo Mio、Masaoka Shigeyuki、Oisaki Kounosuke、Kanai Motomu
  • Journal Title: Chem. Eur. J. Volume: 24 Pages: 8051-8055
  • DOI: 10.1002/chem.201801746
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Chemo- and Enantioselective Pd/B Hybrid Catalysis for the Construction of Acyclic Quaternary Carbons: Migratory Allylation of O-Allyl Esters to α-C-Allyl Carboxylic Acids (2018)
  • Author(s): Fujita Taiki、Yamamoto Tomohiro、Morita Yuya、Chen Hongyu、Shimizu Yohei、Kanai Motomu
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 140 Pages: 5899-5903
  • DOI: 10.1021/jacs.8b02783
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] LC-MS/MS-based quantitative study of the acyl group- and site-selectivity of human sirtuins to acylated nucleosomes (2018)
  • Author(s): Tanabe Kana、Liu Jiaan、Kato Daiki、Kurumizaka Hitoshi、Yamatsugu Kenzo、Kanai Motomu、Kawashima Shigehiro A.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Pages: 2656-2656
  • DOI: 10.1038/s41598-018-21060-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Near-Infrared Photoactivatable Oxygenation Catalysts of Amyloid Peptide (2018)
  • Author(s): Ni Jizhi、Taniguchi Atsuhiko、Ozawa Shuta、Hori Yukiko、Kuninobu Yoichiro、Saito Takashi、Saido Takaomi C.、Tomita Taisuke、Sohma Youhei、Kanai Motomu
  • Journal Title: Chem Volume: 4 Pages: 807-820
  • DOI: 10.1016/j.chempr.2018.02.008
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Palladium-Catalyzed Synthesis of Diaryl Ketones from Aldehydes and (Hetero)Aryl Halides via C?H Bond Activation (2018)
  • Author(s): Wakaki Takayuki、Togo Takaya、Yoshidome Daisuke、Kuninobu Yoichiro、Kanai Motomu
  • Journal Title: ACS catal. Volume: 8 Pages: 3123-3128
  • DOI: 10.1021/acscatal.8b00440
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 2-Position-Selective C?H Perfluoroalkylation of Quinoline Derivatives (2018)
  • Author(s): Shirai Takahiro、Kanai Motomu、Kuninobu Yoichiro
  • Journal Title: Org. Lett. Volume: 20 Pages: 1593-1596
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.8b00339
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Boron-Catalyzed Carboxylic Acid-Selective Aldol Reaction with Trifluoromethyl Ketones (2018)
  • Author(s): Ishizawa Kouhei、Nagai Hideoki、Shimizu Yohei、Kanai Motomu
  • Journal Title: CHEMICAL & PHARMACEUTICAL BULLETIN Volume: 66 Issue: 3 Pages: 231-234
  • DOI: 10.1248/cpb.c17-00545
  • NAID: 130006407099
  • ISSN: 0009-2363, 1347-5223
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Iridium/Bipyridine-Catalyzed ortho-Selective C?H Borylation of Phenol and Aniline Derivatives (2017)
  • Author(s): Li Hong-Liang、Kanai Motomu、Kuninobu Yoichiro
  • Journal Title: Organic Letters Volume: 19 Pages: 5944-5947
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.7b02936
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Protecting Group-Minimal Asymmetric Catalysis (2018)
  • Author(s): Motomu Kanai
  • Organizer: The 6th Japan-UK Symposium on Asymmetric Catalysis, Kyushu University, Fukuoka, Japan
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 保護基＝必要悪に挑む触媒 (2018)
  • Author(s): 金井求
  • Organizer: 化学フェスタ 特別企画、船堀、東京
  • Invited
• [Presentation] Methodology Development toward Protecting Group-Minimal Synthesis (2018)
  • Author(s): Motomu Kanai
  • Organizer: 元素有機化学国家重点実験室本年会, Nankai University, Tenjin, China
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Methodology Development toward Protecting Group-Minimal Synthesis (2018)
  • Author(s): Motomu Kanai
  • Organizer: Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, China
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Methodology Development toward Protecting Group-Minimal Synthesis (2018)
  • Author(s): Motomu Kanai
  • Organizer: Wuhan University, Wuhan, China
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Methodology Development toward Protecting Group-Minimal Synthesis (2018)
  • Author(s): Motomu Kanai
  • Organizer: Central China Normal University, Wuhan, China
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 保護基のいらない有機合成を目指した触媒研究 (2018)
  • Author(s): 金井求
  • Organizer: 有機金属部会平成30年度第2回（東京）例会、東京大学本郷キャンパス（浅野地区）武田先端知ビル
  • Invited
• [Presentation] Protecting Group-Minimized Asymmetric Catalysis (2018)
  • Author(s): Motomu Kanai
  • Organizer: The 2nd Japanese-Spanish Symposium on Organic Synthesis, Kyoto University
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 保護基使用の最少化を目指した触媒反応開発 (2018)
  • Author(s): 金井求
  • Organizer: 第１９４委員会「分子性触媒による高度分子変換技術」 設立総会、東京
  • Invited
• [Presentation] Synthetic chromatin acylation promoted by chemical catalyst systems (2018)
  • Author(s): 金井求
  • Organizer: 理研H29年度 エピジェネティクスセミナーシリーズ
  • Invited
• [Presentation] ハイブリッド触媒系構築のための新規な水素原子移動触媒 (2018)
  • Author(s): 金井 求
  • Organizer: ハイブリッド触媒 第1回公開シンポジウム
• [Presentation] 化学触媒による凝集アミロイドの無毒化・除去 (2018)
  • Author(s): 金井 求
  • Organizer: 第1回ライフサイエンスイノベーションセミナー
  • Invited
• [Presentation] Cu(I)-Catalyzed Asymmetric Reactions (2017)
  • Author(s): Motomu Kanai
  • Organizer: Chirality 2017 (ISCD-29)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 生体分子を標的とする触媒反応の開発と応用 (2017)
  • Author(s): 金井求
  • Organizer: 創薬セミナー
  • Invited
• [Presentation] Aerobic Oxygen-Driven Functionalization of Proteins (2017)
  • Author(s): Motomu Kanai
  • Organizer: 6th French-Japanese Symposium on Medicinal & Fine Chemistry
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Aerobic Oxygen-Driven Functionalization of Proteins (2017)
  • Author(s): Motomu Kanai
  • Organizer: 1st International Symposium on Catalysis for Sustainable Chemical Synthesis
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 一価銅触媒による求核種発生の概念と応用 (2017)
  • Author(s): 金井求
  • Organizer: 第１回日本プロセス化学会 東海地区フォーラム
  • Invited
• [Presentation] タンパク質を基質とする化学反応開発 (2017)
  • Author(s): 金井求
  • Organizer: 蛋白研セミナー、カルコゲン、ヘテロ元素を含む生体分子の化学、大阪大学蛋白質研究所
  • Invited
• [Presentation] A Method for Site-Selective Histone Lysine N-Acylation (2017)
  • Author(s): Motomu Kanai
  • Organizer: the 2017 International Symposium on Bio-related Chemistry (ISBC2017)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ラジカル－金属錯体ハイブリッド触媒系によるアルカンからの有機金属活性種発生 (2017)
  • Author(s): 金井 求
  • Organizer: 新学術ハイブリッド触媒キックオフミーティング
• [Remarks] 東京大学大学院薬学系研究科 有機合成化学教室HP
  • URL: http://www.f.u-tokyo.ac.jp/~kanai/index.html
• [Remarks] 分子合成オンデマンドを実現するハイブリッド触媒系の創製「ハイブリッド触媒」
  • URL: http://hybridcatalysis.jp/
• [Remarks] 東京大学大学院薬学系研究科 有機合成化学教室
  • URL: http://www.f.u-tokyo.ac.jp/~kanai/index.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] 蛍光を有する複合体 (2017)
  • Inventor(s): 國信 洋一郎、金井 求、山川 健司、王 子嘉、吉越 裕介
  • Industrial Property Rights Holder: 独立行政法人科学技術振興機構
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2017-161912
  • Filing Date: 2017
• [Patent(Industrial Property Rights)] 蛍光を有する複合体 (2017)
  • Inventor(s): 國信 洋一郎、金井 求、山川 健司、王 子嘉、吉越 裕介
  • Industrial Property Rights Holder: 独立行政法人科学技術振興機構
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2018-037356
  • Filing Date: 2017
• [Patent(Industrial Property Rights)] 抗体薬物複合体およびそれを含む医薬組成物 (2017)
  • Inventor(s): 金井求ら
  • Industrial Property Rights Holder: 東大TLO・カネカ
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2018-015404
  • Filing Date: 2017
• [Funded Workshop] Lecture by Prof. Ojima at Stoney Brook Univ. (2017)
• [Funded Workshop] Lecture by Prof. Groger at Bielefeld Univ. (2017)