| 研究領域 | 分子合成オンデマンドを実現するハイブリッド触媒系の創製 |
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| 研究課題/領域番号 |
17H06450
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
丸岡 啓二 京都大学, 理学研究科, 教授 (20135304)
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| 研究期間 (年度) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| キーワード | ハイブリッド触媒 / ドミノ反応 / アミン触媒 / 不斉ベンゾイロキシ化反応 / β-ヒドロキシアルデヒド / アルキルシリルパーオキシド / ラジカル反応 / Ｎ－ヒドロキシベンゾイミダゾール |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、独立した機能を持つ複数の触媒が、協働・重奏して作用する「高性能ハイブリッド触媒系」の構築を目指して、有機分子触媒、有機金属錯体触媒や光触媒など、多岐にわたる触媒の組合せを取扱い、それらの触媒系を活用して新たなドミノ型精密有機合成反応を開拓することを目指している。まず、新たに確立した簡便かつ効率的なアミン触媒の合成法により、多段階反応に利用するためのさまざまな新規アミン触媒を合成した。それらをアルデヒドの不斉ベンゾイロキシ化反応に適用すると、従来の2-トリフェニルメチルピロリジンと比較して高収率および高立体選択的に反応を促進する触媒が見出された。続いて、種々のＮ－ヒドロキシベンゾイミダゾール（ＮＨＢＩ）化合物を合成し、有機ラジカル触媒としての活性評価を行った結果、触媒骨格にフッ素原子を導入したフッ素置換型ＮＨＢＩ触媒が高い水素引抜き能を持つことを明らかにした。さらにこの触媒を用いて、アルデヒドの直截的な酸フッ化物への変換反応を見出した。この反応は、アルドール反応の生成物であるβヒドロキシアルデヒドやマンニッヒ反応生成物であるβアミノアルデヒドを用いても進行し、対応する酸フッ化物が得られることを確認している。一方、容易に調製できる光学活性βヒドロキシエポキシドを用い、種々のルイス酸の検討を行ったところ、触媒量の塩化スズを作用させることにより、セミピナコール転位反応が光学純度を保ったまま円滑に進行し、α位に不斉四級炭素中心を有する光学活性βヒドロキシアルデヒドが得られることを見出した。アルキルシリルペルオキシドを利用する反応においては、鉄触媒を利用することにより、銅触媒ではまったく進行しなかったラジカル反応が進行するなど、生じたアルキルラジカルが用いた遷移金属触媒によって異なる反応性を有していることを見出した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究では、複数の有機分子触媒を組合わせたハイブリッド触媒系の構築を行う一方、複数の金属触媒や光触媒等を組合わせたハイブリッド触媒系の構築をも手掛け、幅広くドミノ反応系の可能性を追求したい。新たに開発した２-トリアリールメチルピロリジン誘導体を触媒として用いたアルデヒドのα位の立体選択的な官能基化では、不斉ベンゾイロキシ化反応や不斉共役付加反応が高立体選択的に進行することを見出している。これらの反応生成物を求電子剤やラジカル種の前駆体として用いた多段階反応を検討している。Ｎ－ヒドロキシルベンゾイミダゾール触媒を利用したアルデヒドの直截的なフッ素化反応に関しては、得られた酸フッ化物に対しアミンやアルコールを作用させたところ、アミドやエステルへと効率的に変換できることを見出した。β-ヒドロキシエポキシドの転位反応により得られた、光学活性β-ヒドロキシアルデヒドに対し、アリル化反応を試みたところ、添加する酸によりアリル化反応の立体選択性が逆転することを見出した。また、ケトンから容易に調製できるオキサジリジンがアルキルラジカル発生源として利用できることを見出し、スチレン誘導体との反応に適用することにより、ヘック型反応が進行することを明らかにした。現時点では、複数の触媒を組み合わせてハイブリッド触媒系の構築可能な反応系を探索しており、今後の発展が見込まれる。また、理論計算を行っている研究グループとの共同研究を行い、複数の触媒を駆使する反応系の理論計算による個々の触媒反応の遷移状態の解析を進めることによって、研究の更なる進展へとつなげていきたい。
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| 今後の研究の推進方策 |
(1) 複数の有機分子触媒を組合わせたハイブリッド触媒系の構築：本研究室では最近、Ｎ－ヒドロキシベンゾイミダゾール（NHBI）が有機ラジカル触媒として利用できることを見出している。この触媒は、適切な酸化剤やラジカル開始剤の存在下、アルデヒドからアシルラジカルを温和な反応条件で効率的に発生させることが可能であるため、キラルアミン触媒を利用したアルデヒドの不斉アルドール反応やマンニッヒ反応の生成物を、単離精製することなく、連続的にNHBI触媒によるラジカル的アシル化反応に適用することで、高度に官能基化された化合物の不斉合成法の開発を目指す。また、既に本研究室で開発した、キラルアミン触媒を用いる不斉ベンゾイルオキシ化反応や不斉共役付加反応を開発しており、その反応生成物を基質とした連続反応への展開を目指す。一方、複数のルイス酸を利用した光学活性β-ヒドロキシエポキシドの転位反応により、不安定な光学活性β-ヒドロキシアルデヒドを系内発生させ、引き続き、異なる反応へと適用する連続反応の検討を行う。
(2) 複数の金属錯体触媒や光触媒等を組合せたハイブリッド触媒系の構築：アルキルシリルペルオキシドを利用する反応において、銅のみならず鉄触媒を用いてもアルキルラジカルが効率良く発生することを最近、見出している。その際、銅触媒ではまったく進行しなかったラジカル反応が鉄触媒を用いると進行し始めるなど、生じたアルキルラジカルが発生させた遷移金属触媒によって異なる反応性を有していることが判った。そこで鉄触媒を用いた新たな反応探索を行うと共に、二種類の異なる金属触媒を利用した協働触媒反応系の実現も目指していく。また、これらに実験化学と平行して、複数の触媒を駆使する反応系の理論計算による触媒反応の遷移状態の解析を進める予定である。
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