多官能基性分子のカルボン酸選択的有機触媒反応

• Project Area: Advanced Molecular Transformations by Organocatalysts
• Project/Area Number: 26105709
• 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, 薬学研究科(研究院), 教授 (20243264)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2015: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2014: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: 触媒 / ホウ素 / カルボン酸 / アルドール反応 / ホウ素触媒 / Mannich反応 / 触媒的不斉反応 / 官能基選択性

Outline of Annual Research Achievements

当量のホウ素化合物を用いたカルボン酸の求核的活性化を既に見出している。本予備的知見を踏まえ、ホウ素化合物の触媒化と世界初のカルボン酸をドナーとする触媒的不斉アルドール反応の実現に注力した。まず当量反応条件を確立した。ホウ素上の置換基のチューニングにより、電子求引性のリガンドを用いたときに、芳香族、脂肪族双方のアルデヒドに対して有効に機能するカルボン酸アルドール反応を見出した。触媒の電子密度と立体障害、配位飽和度等を最適化し、生成物と触媒の解離を加速することで触媒再生を促進することを試みた。その結果、トリフルオロメチルケトンを基質として用いると、カルボン酸アルドール反応でホウ素触媒の回転が観測された。この基質依存性の原因を探るべく、トリフルオロメチル基を含む2級アルコールと3級アルコールをそれぞれ共存させて反応を行ったところ、3級アルコール存在下では触媒回転が達成できたのに対して、2級アルコール存在下では触媒回転が見られなかった。以上の結果は、アルドール生成物の立体項が触媒回転の有無に重要な役割を果たしていることを示している。この知見をもとに、今後、ホウ素上の置換基を立体的に嵩高くすることにより基質一般性のより高い触媒回転の実現を目指して行く予定である。
この研究で開発した方法を用いると、カルボン酸類が化学選択性高く求核的に活性化することができる。カルボン酸は特に医薬等の生物活性化合物に数多く含まれる官能基であり、医薬のlate-stage構造変換に有用な反応が開発できたと考えている。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Organocatalytic aerobic oxidation of α-fluoroalkyl alcohols to fluoroalkyl ketones at room temperature (2015)
  • Author(s): Yoichi Kadoh, Masayuki Tashiro, Kounosuke Oisaki, Motomu Kanai
  • Journal Title: Advanced Synthesis & Catalysis Volume: 357(10) Issue: 10 Pages: 2193-2198
  • DOI: 10.1002/adsc.201500131
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Chemoselective Boron-Catalyzed Nucleophilic Activation of Carboxylic Acids for Mannich-Type Reactions (2015)
  • Author(s): Yuya Morita, Tomohiro Yamamoto, Hideoki Nagai, Yohei Shimizu, Motomu Kanai
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 137 Issue: 22 Pages: 7075-7078
  • DOI: 10.1021/jacs.5b04175
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Metal-free C(3)-H arylation of coumarins promoted by catalytic amounts of 5,10,15,20-tetrakis(4-diethylaminophenyl)porphyrin (2015)
  • Author(s): Masahiro Kojima, Kounosuke Oisaki, Motomu Kanai
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 51 Issue: 47 Pages: 9718-9721
  • DOI: 10.1039/c5cc02349a
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Regioselective Trifluoromethylation of N-Heteroaromatic Compounds using Trifluoromethyldifluoroborane Activator (2014)
  • Author(s): Nishida, T.; Ida, H.; Kuninobu, Y.; Kanai, M.
  • Journal Title: Nat. Commun. Volume: 5 Issue: 1 Pages: 3387-3392
  • DOI: 10.1038/ncomms4387
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Serine-selective aerobic cleavage of peptides and a protein using water-soluble copper-organoradical conjugate (2014)
  • Author(s): Yohei Seki, Kana Tanabe, Daisuke Sasaki, Youhei Sohma, Kounosuke Oisaki, Motomu Kanai
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 53 Issue: 25 Pages: 6501-6505
  • DOI: 10.1002/anie.201402618
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Asparagine-Selective Cleavage of Peptide Bonds through Hypervalent Iodine-Mediated Hofmann Rearrangement in Neutral Aqueous Solution (2014)
  • Author(s): Kana Tanabe, Atsuhiko Taniguchi, Takuya Matsumoto, Kounosuke Oisaki, Youhei Sohma, Motomu Kanai
  • Journal Title: Chem. Sci. Volume: 5 Issue: 7 Pages: 2747-2753
  • DOI: 10.1039/c3sc53037j
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Attenuated aggregation and neurotoxicity of amyloid-beta peptide by catalytic photo-oxidation. (2014)
  • Author(s): Taniguchi A, Sasaki D, Shiohara A, Iwatsubo T, Tomita T, Sohma Y, Kanai M
  • Journal Title: Angew Chem Int Ed Engl Volume: 53 Issue: 5 Pages: 1382-1385
  • DOI: 10.1002/anie.201308001
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 低分子から生体高分子までを標的とする触媒反応開発 (2016)
  • Author(s): 金井求
  • Organizer: 九州大学・先導物質科学研究所講演会
  • Place of Presentation: 九州大学・先導物質科学研究所（福岡県春日市）
  • Year and Date: 2016-01-22
  • Invited
• [Presentation] 低分子から生体高分子までを標的とする触媒反応開発 (2015)
  • Author(s): 金井求
  • Organizer: 第33回メディシナルケミストリーシンポジウム
  • Place of Presentation: 幕張国際研修センター（千葉県千葉市）
  • Year and Date: 2015-11-26
  • Invited
• [Presentation] 低分子から生体高分子までを標的とする触媒反応開発 (2015)
  • Author(s): 金井求
  • Organizer: 有機合成協会東海支部、平成27年度有機合成セミナー
  • Place of Presentation: 豊橋技術科学大学（愛知県豊橋市）
  • Year and Date: 2015-07-27
  • Invited
• [Presentation] 銅触媒の多彩な反応性：塩基触媒からレドックス触媒まで (2015)
  • Author(s): 金井求
  • Organizer: 中外製薬セミナー
  • Place of Presentation: 中外製薬・製薬研究部（浮間）
  • Year and Date: 2015-03-26
  • Invited
• [Presentation] 触媒にどこまでできるのか (2014)
  • Author(s): 金井求
  • Organizer: 第9回理研シンポジウム
  • Place of Presentation: 理研、和光
  • Year and Date: 2014-06-27
  • Invited
• [Presentation] Merging Organic Synthesis and Life Science by Catalysis (2014)
  • Author(s): 金井求
  • Organizer: Dept. of Chemistry, Vanderbilt University, seminar
  • Place of Presentation: Dept. of Chemistry, Vanderbilt University, 米国
  • Year and Date: 2014-04-28
  • Invited
• [Presentation] Merging Organic Synthesis and Life Science by Catalysis (2014)
  • Author(s): 金井求
  • Organizer: Dept. of Chemistry and Biochemistry, University of Texas at Austin, seminar
  • Place of Presentation: Dept. of Chemistry and Biochemistry, University of Texas at Austin, 米国
  • Year and Date: 2014-04-26
  • Invited
• [Presentation] Merging Organic Synthesis and Life Science by Catalysis (2014)
  • Author(s): 金井求
  • Organizer: Dept. of Chemistry and Biochemistry, UCLA, seminar
  • Place of Presentation: Dept. of Chemistry and Biochemistry, UCLA, 米国
  • Year and Date: 2014-04-25
  • Invited
• [Remarks] 金井研究室ホームページ
  • URL: http://www.f.u-tokyo.ac.jp/~kanai/index.html
• [Remarks] 金井研究室ホームページ
  • URL: http://www.f.u-tokyo.ac.jp/~kanai/publication/2014.html