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遷移金属触媒による炭素―水素結合の変換反応は、標的分子を短工程かつ副生成物を最小限に抑えながら合成できるため、きわめて有用な分子変換手法である。現在、sp3炭素―水素結合の活性化反応が適用できる化合物には大きな制約があり、その改善が急務である。本研究では、これまで困難であったカルボニル化合物やアミン化合物のsp3炭素―水素結合の活性化・官能基化を達成することを目的とするものである。
昨年度までに、窒素原子上にカルボキシラートが置換した基質を、一酸化炭素雰囲気下でパラジウム触媒と反応させると、窒素原子のβ位の炭素ー水素結合が活性化されて、さらに一酸化炭素が挿入したβーラクタムが生成することを明らかにしていた。これはパラジウム触媒による窒素-酸素結合の切断を伴った新しい反応機構で進行するものである。この知見を基に本年度は不飽和化合物の反応による、窒素原子のγ位の炭素ー水素結合の切断を伴った含窒素環状化合物の新規合成法の開発に取り組んだ。まずは不飽和結合としてアルキンを用いて、パラジウム触媒をベースにさまざまなリン配位子と塩基、溶媒などの組み合わせについて検討を行った。しかしながら、原料基質は消費されるものの、目的とする環状化合物の生成は全く見られなかった。またアルキンに変えて、一酸化炭素を系内で発生するギ酸フェニルとの反応によるCO挿入反応の開発も試みたが、目的生成物は得られなかった。一方で、炭素-水素結合活性化の鍵であるカルボン酸の効果について調べるために、機械学習によるモデル化を進めた。機械学習を行うために計算化学によるさまざまなカルボン酸の数値化を試みたところ、カルボニル基の電荷に関する情報を数値化することに成功した。現在、カルボニル基の赤外吸収振動の数値化を試みており、今後は機械学習によって、炭素ー水素結合の活性化の鍵となるカルボン酸の構造等の解明を行っていく予定である。
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