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Ligand Design for Catalytic Asymmetric C-H Bond Functinalization

Research Project

Project/Area Number 18H03906
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Medium-sized Section 33:Organic chemistry and related fields
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

澤村 正也  北海道大学, 理学研究院, 教授 (40202105)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2022-03-31
Project Status Declined (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥43,810,000 (Direct Cost: ¥33,700,000、Indirect Cost: ¥10,110,000)
Fiscal Year 2021: ¥10,660,000 (Direct Cost: ¥8,200,000、Indirect Cost: ¥2,460,000)
Fiscal Year 2020: ¥10,660,000 (Direct Cost: ¥8,200,000、Indirect Cost: ¥2,460,000)
Fiscal Year 2019: ¥10,660,000 (Direct Cost: ¥8,200,000、Indirect Cost: ¥2,460,000)
Fiscal Year 2018: ¥11,830,000 (Direct Cost: ¥9,100,000、Indirect Cost: ¥2,730,000)
Keywords不斉合成 / C-H活性化 / 触媒 / 有機合成 / 量子化学計算 / ナノ材料 / 触媒・化学プロセス / C-H結合活性化 / ホスフィン / 銅触媒 / ホウ素化 / アリル化 / β-ラクタム / アルキルボロン
Outline of Annual Research Achievements

有機分子のC-H結合を特定の場所で選択的かつ触媒的に活性化し、炭素-炭素結合やヘテロ元素官能基に変換するC-H結合変換反応は、有機化合物の合成法を革新する手法として期待されている。近年の活発な研究によって多様なC-H結合変換反応が開発されている。しかし、キラル触媒によるC-H結合不斉変換反応の研究例は未だ少なく、今後の飛躍的な発展が必要である。本研究の当該年度の実績は以下の通りである。
〈1. プロリノールーホスフィンの応用〉 銅触媒と末端アルキンを用いるα-ケトエステルの不斉アルキニル化と及び不斉衣笠反応によるα-アルキリデン-β-ラクタムの不斉合成の成果を論文発表した。
〈2. フェノール-カルベン配位子の応用〉 フェノール-カルベン-銅触媒によるアリルボロネーととリン酸アリルの不斉カップリング反応の成果をまとめ論文発表した。
〈3.不斉C-Hホウ素化反応〉 不斉C-Hホウ素化反応の研究において、新規ホスファイト配位子を用いて99% eeを超えるエナンチ選択性を最近達成した。配向基の拡張など合成化学的な展開を行なうとともに、不斉発現メカニズムの解明のための理論論計算とを行った。
〈4.2-アルキルアザアレーンのC-H不斉アリル化〉 配位子スクリーニングの結果として、イソマンニド骨格の両端に単座ホスファイトと嵩高いトリチル置換基を持つ不斉配位子がPd触媒による2-アルキルアザアレーンのC-H不斉アリル化に有効であることを見出し、速度論解析や速度論同位体効果の実験から反応機構を考察し、その成果を論文発表した。トリチル型立体効果部位が、C-H水素結合、C-H-π、π-πスタックなどの2次的相互作用にっよって反応の促進、立体制御に関与していることを推定しており、それを解明するための量子化学計算を開始した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

目標としていた反応開発がいずれの項目でも論文発表のレベルに到達した。C-Hホウ素化の研究では理論計算が順調に進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

〈1. プロリノールーホスフィンの応用〉 Ir触媒―ギ酸系によるケトンの不斉水素化の適用範囲を明らかにするとともに、エナンチオ選択性発現機構に対する配位子―基質間の分散力の効果に注目した反応経路の理論計算を終える。
〈2. フェノール-カルベン配位子の応用〉 フェノール-カルベン配位子の構造改変を行い、高活性・長寿命の銅触媒を開発する。例えばフェノール性水酸基のオルト位にカチオン配位サイトを導入することで、銅と協同的に作用する金属アルコキシドを活性化しつつ、明確な不斉環境を形成する。銅触媒によるシクロプロパノールの開環不斉アリル位アルキル化反応の基質適用範囲を明らかにする。
〈3.不斉C-Hホウ素化反応〉 不斉C-Hホウ素化反応の研究において、新規ホスファイト配位子を用いて99% eeを超えるエナンチ選択性を最近達成した。配向基の拡張など合成化学的な展開を行なうとともに、不斉発現メカニズムの解明を理論論計算と実験の両面から行う。
〈4.2-アルキルアザアレーンのC-H不斉アリル化〉 トリチル基置換キラルジアミドホスファイト配位子を用いる不斉反応のエナンチオ選択性発現機構解明を目指し、反応中間体やそのモデル錯体の単離とX線結晶構造解析を行う。この情報を基にして反応経路の理論計算を行う。特にキラル配位子上のトリチル基と不斉配位子内部の環状糖構造および反応基質の間のC-H/O水素結合、C-H/π相互作用などの分散力に基づく2次的相互作用の働きに注目して解析を行う。さらに反応機構に関する結果を基に触媒構造を最適化し、アザアレーン部位の拡張、第4級不斉炭素中心の構築、アリル基質側不斉点の導入などの課題に取り組む。

Report

(1 results)
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(20 results)

All 2019 2018 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Invited: 12 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Asymmetric Synthesis of α-Alkylidene-β-Lactams through Copper Catalysis with a Prolinol-Phosphine Chiral Ligand2019

    • Author(s)
      Imai Koji、Takayama Yurie、Murayama Hiroaki、Ohmiya Hirohisa、Shimizu Yohei、Sawamura Masaya
    • Journal Title

      Organic Letters

      Volume: 21 Pages: 1717-1721

    • DOI

      10.1021/acs.orglett.9b00276

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Copper-Catalyzed Enantioselective Coupling between Allylboronates and Phosphates with a Phenol-Carbene Chiral Ligand: Asymmetric Synthesis of Chiral Branched 1,5-Dienes2018

    • Author(s)
      Yasuda, Y.; Ohmiya, H.; Sawamura, M.
    • Journal Title

      Synthesis

      Volume: 印刷中 Pages: 2235-2246

    • DOI

      10.1055/s-0036-1591548

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Enantiocontrol by assembled attractive interactions in copper-catalyzed asymmetric direct alkynylation of α-ketoesters with terminal alkynes: OH-O/sp3-CH-O two-point hydrogen bonding combined with dispersive attractions2018

    • Author(s)
      Schwarzer Martin C.、Fujioka Akane、Ishii Takaoki、Ohmiya Hirohisa、Mori Seiji、Sawamura Masaya
    • Journal Title

      Chemical Science

      Volume: 9 Pages: 3484-3493

    • DOI

      10.1039/c8sc00527c

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Palladium-Catalyzed Asymmetric C(sp3)-H Allylation of 2-Alkylpyridines2018

    • Author(s)
      Murakami Ryo、Sano Kentaro、Iwai Tomohiro、Taniguchi Tohru、Monde Kenji、Sawamura Masaya
    • Journal Title

      Angew. Chem. Int. Ed.

      Volume: 57 Pages: 9465-9469

    • DOI

      10.1002/anie.201802821

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    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 配位子設計のおもしろさ2019

    • Author(s)
      澤村正也
    • Organizer
      日本薬学会東海支部特別講演会
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    • Invited
  • [Presentation] Enantioselective Borylation of Unactivated C(sp3)-H Bond2019

    • Author(s)
      Masaya Sawamura
    • Organizer
      The Hokkaido University & Peking University Joint Symposium
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 炭素ー炭素結合形成不斉銅触媒反応の開発2019

    • Author(s)
      澤村正也
    • Organizer
      2019年度有機合成化学協会総会
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      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Non-covalent Interactions in Our Studies on Asymmetric Transition Metal Catalysis2019

    • Author(s)
      Masaya Sawamura
    • Organizer
      3rd Workshop of SPP 1807: Central of London dispersion interactions in molecular chemistry
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 固定化ホスフィンと遷移金属による触媒デザイン2018

    • Author(s)
      澤村正也
    • Organizer
      第7回JACI/GSCシンポジウム
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Catalytic Asymmetric Borylation of Unactivated Methylene C-H Bonds2018

    • Author(s)
      Ronald L. Reyes, Tomohiro Iwai, and Masaya Sawamura
    • Organizer
      The 28th International Conference on Organometallic Chemistry (ICOMC2018)
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Iridium-Catalyzed Asymmetric Borylation of Methylene C-H Bonds2018

    • Author(s)
      Ronald L. Reyes, Tomohiro Iwai, Satoshi Maeda, and Masaya Sawamura
    • Organizer
      The 4th International Symposium on C-H Activation (ISCHA4)
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 高分子ゲルによる触媒デザイン2018

    • Author(s)
      澤村正也
    • Organizer
      第67回高分子討論会
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      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] C-H不斉変換触媒の開発2018

    • Author(s)
      澤村正也
    • Organizer
      第122回触媒討論会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 触媒のチカラを引き出す配位子設計と反応開発2018

    • Author(s)
      澤村正也
    • Organizer
      第8回CSJ化学フェスタ2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Catalytic Enantioselective Borylation of Unactivated Methylene C-H Bonds2018

    • Author(s)
      Masaya Sawamura
    • Organizer
      The Junior International Conference on Cutting-Edge Organic Chemistry in Asia
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 不斉触媒反応と非共有結合相互作用2018

    • Author(s)
      澤村正也
    • Organizer
      大塚創薬化学シンポジウム
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      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Catalytic Asymmetric Borylation of Unactivated Methylene C-H Bonds2018

    • Author(s)
      Masaya Sawamura
    • Organizer
      第6回日英触媒的不斉合成シンポジウム
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Iridium-Catalyzed Enantioselective Borylation of Methylene C-H Bonds Enablebled by Chiral Monophosphite Ligands2018

    • Author(s)
      Masaya Sawamura
    • Organizer
      International Conference on Phosphorus, Boron and Silicon (PBSi 2018)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 北海道大学大学院理学研究院化学部門 有機金属化学研究室 ホームページ

    • URL

      https://wwwchem.sci.hokudai.ac.jp/~orgmet/

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Remarks] Organometallic Chemistry Lab. Home Page

    • URL

      https://wwwchem.sci.hokudai.ac.jp/~orgmet/index.php?id=25

    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2021-12-27  

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