エナミン機構に基づく有機分子触媒反応：高性能触媒の開発

• 研究領域: 有機分子触媒による未来型分子変換
• 研究課題/領域番号: 24105535
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 沖縄科学技術大学院大学
• 研究代表者: 田中 富士枝 沖縄科学技術大学院大学, 生体制御分子創製化学ユニット, 准教授 (50260203)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円); 2013年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2012年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
• キーワード: 有機分子触媒 / 有機合成 / 合成化学 / 不斉合成 / エナミン / アミン / 環化反応 / スピロ化合物

研究実績の概要

本課題では、窒素の特性を生かし、エナミン機構に基づき反応を加速する不斉有機分子触媒を設計、創製すると共に、それらを用いる反応法を開発することを提案した。生物活性分子や生命機能解明に用いる機能性分子の開発のためには、生体分子と相互作用するための構造単位として、酸素や窒素を含む官能基、ヘテロ環等を含む多様な分子を合成することが必要である。本研究では、多様な置換基や官能基を有する一連の化合物を、穏和な条件下、簡単に、短工程で合成する方法を開発することを検討した。特に、アミンを触媒とし、反応系中でエナミンを生成することを鍵とし結合生成反応を加速する反応およびその触媒の開発、および、高活性触媒を得るための戦略の開発について検討した。
１．エノンとイサチンの不斉ヘテロディールスアルダー反応の開発
テトラヒドロピラノン構造およびスピロオキシインドール構造は、生物活性を示す分子やその合成中間体によく見られる構造であり、これらを組み合わせた分子骨格上に、種々の置換基や官能基を配置した分子群は、生物活性等を示す分子を探索、開発する上で有用であると期待される。本課題実施１年目に開発した、反応系中、エノンからエナミンを生成させ、これをジエン成分とし、イサチンとの反応により、高ジアステレオおよび高エナンチオ選択的にテトラヒドロピラノン環を構築することにより、スピロオキシインドール誘導体を合成する方法について、反応進行および立体選択性の発現に重要である因子を明らかにする検討を行なった。
２．エノンを原料とする3-アシルピロール誘導体の合成反応の開発
3-アシルピロールも生物活性を示す分子やその合成中間体によく見られる構造である。エノンへのアミン誘導体のアザマイケル反応によるC-N結合生成、引き続くC-C結合生成、そして酸化反により、多置換3-アシルピロール誘導体をワンポットで合成する反応を開発した。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Aldol reactions of 1,2-diketones catalyzed by amines to afford furanose derivatives (2015)
  • 著者名/発表者名: Jithender, E.; Katsuyama, I.; Zhang, D.; Johnson, S.; Tanaka, F.
  • 雑誌名: Tetrahedron Lett. 巻: 56 号: 5 ページ: 735-738
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2014.12.094
  • 査読あり
• [雑誌論文] 高性能アミン触媒システムの開発：求核剤および親電子剤となる分子の反応の制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田中富士枝
  • 雑誌名: 有機分子触媒による未来型分子変換 News Letter 巻: -
• [雑誌論文] Synthesis of furanose spirooxindoles via 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene (DBU)-catalyzed aldol reactions of a pyruvic aldehyde derivative (2014)
  • 著者名/発表者名: Zhang, D.; Johnson, S.; Cui, H.-L.; Tanaka, F.
  • 雑誌名: Asian J. Org. Chem. 巻: 3 号: 4 ページ: 391-394
  • DOI: 10.1002/ajoc.201400016
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] One-pot synthesis of polysubstituted 3-acylpyrroles by cooperative catalysis (2014)
  • 著者名/発表者名: Cui, H.-L.; Tanaka, F.
  • 雑誌名: Org. Biomol. Chem. 巻: 12 号: 31 ページ: 5822-5826
  • DOI: 10.1039/c4ob01019a
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Reactions of pyruvates: organocatalytic synthesis of functionalized dihydropyrans in one pot and further transformations to functionalized carbocycles and heterocycles (2014)
  • 著者名/発表者名: Chouthaiwale, P. V.; Tanaka, F.
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 50 号: 94 ページ: 14881-14884
  • DOI: 10.1039/c4cc06035k
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fluorogenic probes for aldol reactions: Tuning of fluorescence using π-conjugation systems (2014)
  • 著者名/発表者名: Katsuyama, I.; Chouthaiwale, P. V.; Akama, H.; Cui, H.-L.; Tanaka, F.
  • 雑誌名: Tetrahedron Lett. 巻: 55 号: 1 ページ: 74-78
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2013.10.122
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fluorogenic aldehydes bearing arylethynyl groups: turn-on aldol reaction sensors for evaluation of organocatalysis in DMSO (2014)
  • 著者名/発表者名: Mase, N.; Ando, T.; Shibagaki, F.; Sugita, A.; Narumi, T.; Toda, M.; Watanabe, N.; Tanaka, F.
  • 雑誌名: Tetrahedron Letters 巻: 55 (11) 号: 11 ページ: 1946-1948
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2014.02.007
  • NAID: 120005441930
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Substituent-dependent reactivity in aldehyde transformations: 4-(phenylethynyl)benzaldehydes versus simple benzaldehydes (2013)
  • 著者名/発表者名: Katsuyama, I.; Chouthaiwale, P. V.; Cui, H.-L.; Ito, Y.; Sando, A.; Tokiwa, H.; Tanaka, F.
  • 雑誌名: Tetrahedron 巻: 69 号: 20 ページ: 4098-4104
  • DOI: 10.1016/j.tet.2013.03.056
  • 査読あり
• [雑誌論文] Catalytic enantioselective formal hetero-Diels-Alder reactions of enones with isatins to give spirooxindole tetrahydropyranones (2013)
  • 著者名/発表者名: Cui, H.-L.; Tanaka, F.
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 19 号: 20 ページ: 6213-6216
  • DOI: 10.1002/chem.201300595
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fluorogenic probes for chemical transformations: 9-anthracene derivatives for monitoring reaction progress by an increase in fluorescence (2013)
  • 著者名/発表者名: Mase, N.; Takabe, K.; Tanaka, F.
  • 雑誌名: Tetrahedron Letters 巻: 54 号: 32 ページ: 4306-4308
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2013.06.010
  • NAID: 120005349329
  • 査読あり
• [雑誌論文] 官能基化された分子の合成と触媒開発戦略 (2013)
  • 著者名/発表者名: 田中富士枝
  • 雑誌名: 有機分子触媒による未来型分子変換 News Letter 巻: -
• [学会発表] Cooperative catalysis: synthesis of 3-acylpyrroles and 2,5-dihydropyrroles via aza-Michael-alkyne carbocyclization cascade from enones and propargylamines (2014)
  • 著者名/発表者名: Cui, H.-L.; Tanaka, F.
  • 学会等名: 平成26年度「知的クラスター形成に向けた研究拠点構築事業」シンポジウム
  • 発表場所: 那覇市
  • 年月日: 2014-12-18
• [学会発表] Asymmetric formal oxa-Diels-Alder reaction catalyzed by amine-based catalysts affording functionalized spirooxindole tetrahydropyrans (2014)
  • 著者名/発表者名: Cui, H.-L.; Tanaka, F.
  • 学会等名: 平成26年度「知的クラスター形成に向けた研究拠点構築事業」シンポジウム
  • 発表場所: 那覇市
  • 年月日: 2014-12-18
• [学会発表] Organocatalytic aldol reactions of C6 pyranoses to synthesize C9 sugars (2014)
  • 著者名/発表者名: Johnson, S.; Tanaka, F.
  • 学会等名: 平成26年度「知的クラスター形成に向けた研究拠点構築事業」シンポジウム
  • 発表場所: 那覇市
  • 年月日: 2014-12-18
• [学会発表] β-Proline-catalyzed reactions of pyruvates to synthesize functionalized molecules (2014)
  • 著者名/発表者名: Chouthaiwale, P. V.; Tanaka, F.
  • 学会等名: 平成26年度「知的クラスター形成に向けた研究拠点構築事業」シンポジウム
  • 発表場所: 那覇市
  • 年月日: 2014-12-18
• [学会発表] Synthesis of spirooxindole furanose derivatives via DBU-catalyzed aldol reactions (2014)
  • 著者名/発表者名: Zhang, D.; Johnson, S.; Cui, H.-L.;Tanaka, F.
  • 学会等名: 平成26年度「知的クラスター形成に向けた研究拠点構築事業」シンポジウム
  • 発表場所: 那覇市
  • 年月日: 2014-12-18
• [学会発表] β-Proline-catalyzed reactions of pyruvates to synthesize functionalized molecules (2014)
  • 著者名/発表者名: Chouthaiwale, P. V.; Tanaka, F.
  • 学会等名: Advanced Molecular Transformations by Organocatalysts 2nd International Conference and 7th Symposium on organocatalysis
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2014-11-21 – 2014-11-22
• [学会発表] Asymmetric formal oxa-Diels Alder reaction catalyzed by amine-based catalysts affording functionalized spirooxindole tetrahydropyrans (2014)
  • 著者名/発表者名: Cui, H.-L.; Tanaka, F.
  • 学会等名: The 14th Belgian Organic Synthesis Symposium
  • 発表場所: Louvain-la-Neuve, Belgium
  • 年月日: 2014-07-13 – 2014-07-18
• [学会発表] Synthesis of spirooxindole furanose derivatives via DBU-catalyzed aldol reactions (2014)
  • 著者名/発表者名: Zhang, D. Johnson, S., Cui, H.; Tanaka, F.
  • 学会等名: The 14th Belgian Organic Synthesis Symposium
  • 発表場所: Louvain-la-Neuve, Belgium
  • 年月日: 2014-07-13 – 2014-07-18
• [学会発表] 不斉ヘテロ-ディールス-アルダー反応：スピロ置換オキシインドール基を有するテトラヒドロピラノン誘導体の合成 (2014)
  • 著者名/発表者名: Cui, H.-L.; 田中富士枝
  • 学会等名: 文科省新学術領域研究•がん支援「化学療法基盤支援活動」第３回シンポジウム アカデミアからの抗がん剤創薬に向けて天然物の有効利用
  • 発表場所: 名護市、沖縄県
  • 年月日: 2014-05-12
• [学会発表] Cooperative catalysis: synthesis of 3-acylpyrroles and 2,5-dihydropyrroles via aza-Michael-alkyne carbocyclization cascade from enones and propargylamines (2014)
  • 著者名/発表者名: Cui, H.-L.; Tanaka, F.
  • 学会等名: 日本薬学会第134年会
  • 発表場所: 熊本市
  • 年月日: 2014-03-27 – 2014-03-30
• [学会発表] Organocatalytic aldol reactions of C6 pyranoses to synthesize C9 sugars (2014)
  • 著者名/発表者名: Johnson, S.; Tanaka, F.
  • 学会等名: 日本薬学会第134年会
  • 発表場所: 熊本市
  • 年月日: 2014-03-27 – 2014-03-30
• [学会発表] Synthesis of spirooxindole furanose derivatives via DBU-catalyzed aldol reactions of pyruvic aldehyde dimethyl acetal (2014)
  • 著者名/発表者名: Zhang, D.; Johnson, S.; Cui, H.-L.; Tanaka, F.
  • 学会等名: 日本薬学会第134年会
  • 発表場所: 熊本市
  • 年月日: 2014-03-27 – 2014-03-30
• [学会発表] 生物活性分子探索を指向する糖骨格関連構造を有する分子の合成 (2013)
  • 著者名/発表者名: 田中富士枝
  • 学会等名: 平成25年度「知的クラスター形成に向けた研究拠点構築事業」シンポジウム
  • 発表場所: 那覇市
  • 年月日: 2013-12-19
• [学会発表] Amino acid-catalyzed reactions of pyruvates: One-pot aldol condensation-Michael addition-cyclization sequence (2013)
  • 著者名/発表者名: Chouthaiwale, P. V.; Tanaka, F.
  • 学会等名: Advanced Molecular Transformations by Organocatalysts 1st International Conference & 6th Symposium on organocatalysis
  • 発表場所: Otsu, Japan
  • 年月日: 2013-05-27 – 2013-05-28
• [学会発表] Catalytic enantioselective formal hetero-Diels-Alder reactions of enoneswith isatins to give spirooxindole tetrahydropyranones (2013)
  • 著者名/発表者名: Cui, H.-L.; Tanaka, F.
  • 学会等名: Advanced Molecular Transformations by Organocatalysts 1st International Conference & 6th Symposium on organocatalysis
  • 発表場所: Otsu, Japan
  • 年月日: 2013-05-27 – 2013-05-28
• [学会発表] Enantioselective formal cycloadditions catalyzed by amine-based catalysts that afford functionalized tetrahydropyranones (2013)
  • 著者名/発表者名: Cui, H.-L.; Tanaka, F.
  • 学会等名: 日本薬学会第133年会
  • 発表場所: 横浜
• [学会発表] Enamine-Based Catalysis: Synthesis of Amino Acids and Sugars (2012)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, F.
  • 学会等名: The Second Asian Chemical Biology Conference (ACBC2012)
  • 発表場所: Okinawa
  • 招待講演
• [学会発表] 窒素の特性を生かした有機触媒反応の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 田中富士枝
  • 学会等名: 第43回アステラス病態代謝研究会研究報告会
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] エナミン機構に基づく有機分子触媒反応：触媒設計と触媒開発戦略 (2012)
  • 著者名/発表者名: 田中富士枝
  • 学会等名: 第５回有機触媒シンポジウム（兼：文部科学省科学研究費補助金「新学術領域研究（研究領域提案型）」有機分子触媒による未来型分子変換 第２回公開シンポジウム）
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] Amino acid-catalyzed reactions of pyruvates: One-pot aldol condensation-Michael addition-cyclization sequence (2012)
  • 著者名/発表者名: Chouthaiwale, P. V.; Tanaka, F.
  • 学会等名: The Twelfth International Kyoto Conference on New Aspects of Organic Chemistry (IKCOC-12)
  • 発表場所: Kyoto
• [学会発表] Amine-catalyzed asymmetric construction of quaternary carbon centers (2012)
  • 著者名/発表者名: Cui, H.-L.; Tanaka, F.
  • 学会等名: The Twelfth International Kyoto Conference on New Aspects of Organic Chemistry (IKCOC-12)
  • 発表場所: Kyoto
• [備考] FY2013 Annual Report
  • URL: https://groups.oist.jp/ja/ccbe/fy2013-annual-report
• [産業財産権] Novel spirooxindole derivative and process for producing the same (2013)
  • 発明者名: Cui, H.-L.; Tanaka, F.
  • 権利者名: 学校法人沖縄科学技術大学院大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2013-10-04
  • 外国
• [産業財産権] Process for producing dihydro-2H-pyran derivatives (2013)
  • 発明者名: Chouthaiwale, P. V.; Tanaka, F.
  • 権利者名: 学校法人沖縄科学技術大学院大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2013-10-10
  • 外国