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Stereoselective Synthesis of Chiral Substituted-Cyclobutanes and Ladderanes

Research Project

Project/Area Number 20H03360
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 47010:Pharmaceutical chemistry and drug development sciences-related
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

佐藤 美洋  北海道大学, 薬学研究院, 教授 (90226019)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2020: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Keywordsシクロブタン / ラダラン / 環化反応 / ルテニウム / 不斉合成 / ロジウム / 遷移金属触媒
Outline of Research at the Start

シクロブタンは4つの炭素からなる四角形の化合物で,立体的な自由度が制限された特徴ある三次元構造を持っています。このシクロブタン骨格は天然物などにも含まれ,また創薬においてもその構造的な特徴を利用できると期待される骨格です。また最近,シクロブタン環が連結し「はしご状」となったラダランという化合物も自然界の細菌(アナモックス菌)の膜脂質から発見され,その機能にも興味が持たれています。本研究課題では,この多置換シクロブタンやラダラン化合物の立体選択的合成法の確立を目指しています。

Outline of Annual Research Achievements

シクロブタンは4つの炭素からなる小員環であり,立体配座の自由度が制限された特徴ある三次元構造を有する。また,創薬においてはオレフィンやベンゼンの生物学的等価体としての利用も期待される骨格である。更に最近,シクロブタン環が連結し「はしご状」となったラダラン(ladderane)構造が嫌気性アンモニア細菌(アナモックス菌)の膜脂質から発見され,その機能にも興味が持たれている。一方,シクロブタン化合物の合成に関しては古くから研究がなされているが,立体選択的な合成が難しく,特に多置換シクロブタンの立体選択的合成法や光学活性体での合成法は確立されていない。またラダラン化合物に関しては合成例が極めて少ない。そこで本研究課題では,光学活性多置換シクロブタン及びラダラン化合物の立体選択的合成法の確立を目指している。
研究開始初年度の2020年度は,1)Ru触媒を用いたラダラン骨格の構築法の展開,2)Rh触媒を用いた光学活性スピロシクロブタン骨格の構築,の2つに焦点を当て研究を進めた。すなわち,1)ではその後の官能基化の手掛かりとなる「硫黄官能基」を含有する基質によるRu触媒を用いた環化反応の検討を行なったところ,これまで用いてきた炭素官能基や窒素官能基を持つ基質とは性質が異なり,中性錯体を用いた反応,カチオン性錯体を用いた反応のいずれの場合も目的とするラダラン骨格を持つ生成物が得られるものの,構造未知の化合物が主生成物となった。この化合物はNMRスペクトルからシクロブタン骨格を有する対称性の良い化合物であることがわかっているが,構造の詳細を決めるには至っておらず,今後X線構造解析等によって解析する予定である。一方,2)のRh触媒を用いた光学活性スピロシクロブタン骨格の構築では,目的物を高い収率及び鏡像異性体過剰率で得ることに成功した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

研究開始初年度の2020年度は,1)Ru触媒を用いたラダラン骨格の構築法の展開,2)Rh触媒を用いた光学活性スピロシクロブタン骨格の構築,の2つに焦点を当て研究を進めた。その結果,1)では,当初の研究計画の通り,その後の官能基化の手掛かりとなる「硫黄官能基」を含有する基質によるRu触媒を用いた環化反応で,目的となるラダラン骨格を持つ化合物の合成に成功した。しかし,現時点ではその収率は満足のいくものではなく,また構造不明の化合物が主生成物として得られた。現在,目的化合物の収率の向上と構造未知の主生成物の構造解析を行なっているところである。また,2)のRh触媒を用いた光学活性スピロシクロブタン骨格の構築では,スピロ骨格を持つ二環式シクロブタン化合物を高い収率及び鏡像異性体過剰率で得ることに成功し,論文として報告することができた。

Strategy for Future Research Activity

まず,Ru触媒を用いたラダラン骨格の構築法の展開では,硫黄官能基含有ラダラン化合物の収率の向上を目指し,触媒系の最適化を進める予定である。また,構造不明の化合物に関しては,化合物の対称性の高さのため,2次元NMR等での解析は困難であることが既に明らかとなっているため,今後はX線構造解析等を行なっていく予定である。また,現時点で得られている硫黄官能基含有ラダラン化合物の分子変換を行っていくとともに,新たな基質としてホウ素官能基を含有する基質によるRu触媒を用いた環化反応を進めていく。一方,Rh触媒を用いた光学活性スピロシクロブタン骨格の構築では,現時点で得られている化合物はその後の誘導体化が困難であるため,誘導体化の足掛かりとなる硫黄官能基やホウ素官能基を持つ化合物の飯能へと展開する予定である。

Report

(1 results)
  • 2020 Annual Research Report

Research Products

(8 results)

All 2021 2020 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Nickel‐Catalyzed Acyl Group Transfer of o‐Alkynylphenol Esters Accompanied by C-O Bond Fission for Synthesis of Benzo[b]furan2021

    • Author(s)
      Doi Ryohei、Shimizu Koji、Ikemoto Yuma、Uchiyama Masashi、Koshiba Mikiko、Furukawa Atsushi、Maenaka Katsumi、Watanabe Satoshi、Sato Yoshihiro
    • Journal Title

      ChemCatChem

      Volume: 13 Pages: 2086-2092

    • DOI

      10.1002/cctc.202001949

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Palladium-catalyzed Decarboxylative α-Polyfluoroarylation of Ketones2021

    • Author(s)
      Doi Ryohei、Hayashi Kanako、Sato Yoshihiro
    • Journal Title

      Chem. Lett.

      Volume: - Issue: 6 Pages: 1181-1183

    • DOI

      10.1246/cl.210092

    • NAID

      130008053407

    • ISSN
      0366-7022, 1348-0715
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Rh(I)-Catalyzed Enantioselective Cyclization of Enyne through Site-Selective C(sp3)-H Bond Activation Triggered by Formation of Rhodacycle2021

    • Author(s)
      Yoshihiro Oonishi, Shunki Sakamoto, Shuya Agata, Yoshihiro Sato
    • Journal Title

      Synthesis

      Volume: -

    • DOI

      10.1055/a-1469-7408

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Self-Assembled Multilayer Iron(0) Nanoparticle Catalyst for Ligand-Free Carbon-Carbon/Carbon-Nitrogen Bond-Forming Reactions2020

    • Author(s)
      Akiyama Toshiki、Wada Yuki、Yamada Makito、Shio Yasunori、Honma Tetsuo、Shimoda Shuhei、Tsuruta Kazuki、Tamenori Yusuke、Haneoka Hitoshi、Suzuki Takeyuki、Harada Kazuo、Tsurugi Hayato、Mashima Kazushi、Hasegawa Jun-ya、Sato Yoshihiro、Arisawa Mitsuhiro
    • Journal Title

      Organic Letters

      Volume: 22 Pages: 7244-7249

    • DOI

      10.1021/acs.orglett.0c02574

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Ni触媒を用いたアミドのC-N結合切断を鍵とするインドール合成法の開発2021

    • Author(s)
      小芝 未希子,土井 良平,佐藤 美洋
    • Organizer
      日本薬学会第143年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Rh(Ⅰ)触媒による動的速度論的光学分割を利用したアルキンの分子内不斉ヒドロアシル化反応の開発2021

    • Author(s)
      高岸 和輝,劉 宜旻,大西 英博,佐藤 美洋
    • Organizer
      日本薬学会第143年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Au(I)触媒およびZn(II)触媒によるヒドロキシアミドのイナミドへの付加/3,3-シグマトロピー転位を経由するオキシインドールの合成2021

    • Author(s)
      本郷 伶奈,大西 英博,Steven P. Nolan,佐藤 美洋
    • Organizer
      日本薬学会第143年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Remarks] 北海道大学大学院薬学研究院精密合成化学研究室HP

    • URL

      http://hokudaigouka.main.jp

    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2022-04-19  

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