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本研究は、二成分ハイブリッド触媒の一つに有機触媒、特に申請者らが独自に開発したキラルリン酸触媒を取り上げ、これに遷移金属錯体触媒をリレー式に組み合わせた触媒系を確立することによって、ワンポット高次反応制御を実現することが特徴である。二つの触媒反応系をリレー式に結びつける組み合わせは数多くあるが、これらをワンポットで効率的に行うためには、(i) 互いの触媒により触媒作用を阻害あるいは変性しないこと、(ii) 基質が望みの触媒サイクルを順に回るようにリレー式に結びつけられること、などの解決すべき問題がいくつかある。これらの課題を克服するべく研究を推進し、以下の通りいくつかの成果を挙げることができた。
本研究ではキラルブレンステッド酸として用いているキラルリン酸触媒を起点としたハイブリッド触媒系の構築を目指してきたが、これまでの研究でキラルリン酸触媒の酸性度の不足による失活が課題となっていた。この課題を解決するため強酸性キラルリン酸触媒の設計開発の一環として、リン酸触媒の共役塩基を金属塩で安定化させる方法論が有効であることを見出した。リン酸の共役塩基は求核性を有し、この化学種が反応阻害を招くことから、その安定化によって求核性を低下させることは、結果として強酸性を獲得したことと同じ化学的な意味を持つことになる。実際、この金属塩で安定化させる方法論によって従来系では触媒の失活が問題となり低収率でしか生成物を得ることができなかった置換反応の不斉触媒化に成功した。また、キラルリン酸によって発生させたカチオン性中間体を光励起した化学種が酸化力を有していることに着目した分子変換を検討した。キラルリン酸触媒と光活性化を組み合わせたハイブリッド系を用いることで従来系では困難であった求核種との分子変換を可能とした。このようにハイブリッド触媒系の新たな展開が期待される方法論を見出した。
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