| 研究課題/領域番号 |
17K05867
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| 研究機関 | 青山学院大学 |
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研究代表者 |
武内 亮 青山学院大学, 理工学部, 教授 (00216871)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | ヒドロアルキル化 / 炭素‐水素結合活性化 / 単純アルケン / イリジウム |
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| 研究実績の概要 |
芳香環上の配向基を手がかりにしたsp2C-H結合のヒドロアリール化反応は活発に研究されているが、sp3C-H結合のヒドロアルキル化反応の開発は遅れている。本研究では、カチオン性イリジウム触媒を用いた活性sp3C-H結合による脂肪族末端アルケンへの分子間ヒドロアルキル化反応を開発する。配向基を用いない新規ヒドロアルキル化反応を確立することを目的とする。
平成30年度ではアセト酢酸メチルの活性sp3C-H結合の脂肪族末端アルケンへのヒドロアルキル化反応を検討した。本ヒドロアルキル化反応は、カチオン性イリジウム／ジアリールジホスフィン触媒により1,3-ジクロロプロパン還流下で進行した。1-オクテンとアセト酢酸メチルの反応では、Markovnikov型生成物が高収率で得られ、生成物はジアステレオ比50:50の混合物として得られた。ケトンの置換基とエステルの置換基を立体的に嵩高くしてもジアステレオ比は改善されなかった。Krapco脱エステル化反応を用いて、ケトンへと導くことで単一の生成物として得ることができた。この2つの反応をワンポットで連続して行うことによって、脂肪族末端アルケンとβ-ケトエステルから一段階でケトンを得ることができた。チオフェン環やフタルイミド基を末端に有するアルケンからもこれらの官能基が損なわれることなく対応するケトンが得られた。tert-ブチル基やフェニル基を有するβ-ケトエステルからも良好な収率で対応するケトンが得られた。
平成29年度に検討した1,3-ジケトンの活性sp3C-H結合の脂肪族末端アルケンへのヒドロアルキル化で得られた生成物をヒドロキシルアミンやヒドラジンと反応させることにより、高収率で芳香族複素環化合物に導いた。本ヒドロアルキル化反応が多様な炭素骨格形成に有用であることを示すことができた。
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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
本年度はカチオン性イリジウム触媒によるβ-ケトエステルの活性sp3C-H結合の脂肪族末端アルケンへのヒドロアルキル化を検討した。さらに本ヒドロアルキル化反応の有用性を示すために、1,3-ジケトンと脂肪族末端アルケンから得られるヒドロアルキル化生成物の有用物質への変換を行った。
β-ケトエステルと末端アルケンの反応では、Markovnikov型生成物がジアステレオマー混合物として得られた。本反応はカチオン性イリジウム触媒により特徴的に進行し、中性イリジウム触媒、カチオン性ロジウム触媒、カチオン性銀触媒では全く進行しなかった。種々の反応条件や置換基を検討してもジアステレオ比を改善することはできなかった。ヒドロアルキル化とKrapco脱エステル化を連続して行うことにより、単一の生成物を高収率で得ることができた。本連続反応は、メチルケトンの間接的ヒドロアルキル化とみることができる。本連続反応の基質一般性を調べるために、種々の末端アルケンと種々のβ-ケトエステルの反応を行なった。官能基許容性についても検討した。反応機構に関する知見を得るために、反応中間体の単離を試みたが、単離して構造決定することはできなかった。ヒドロイリデーションによるアルキル中間体を経由する反応機構、エノールのアルケンイリジウム中間体への求核攻撃による反応機構などが考えられるので、来年度も引き続き検討を行っていく。
1,3-ジケトンの活性sp3C-H結合脂肪族末端アルケンへのヒドロアルキル化については、反応機構の全容解明にはいたらなかったが、基質適用範囲の詳細な検討と想定する反応機構を、論文発表することができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和元年度では、昨年度検討したβ-ケトエステルの活性sp3C-H結合の脂肪族末端アルケンへのヒドロアルキル化反応の適用範囲及び反応機構をさらに検討する。広範囲な基質に対する一般性を確認し、有機合成法としての有用性を明らかにする。本反応の反応機構の解明に取り組む。末端メチレンが重水素化されたアルケンを用いて、反応機構の解明を試みる。1,3-ジケトンのヒドロアルキル化反応では、ホスフィン配位子は不要であるが、β-ケトエステルのヒドロアルキル化反応では、ホスフィン配位子は必須である。反応機構の検討により、この相違点が生じる理由について明らかにしたい。
これまで検討してきた1,3-ジケトン、β-ケトエステルの活性sp3C-H結合の脂肪族末端アルケンへのヒドロアルキル化反応において、不斉触媒化を試みる。1,3-ジケトンの反応では光学活性ジエン配位子を検討し、β-ケトエステルの反応では、光学活性ジアリールホスフィン配位子を検討する。また、活性メチレン化合物として、マロン酸エステル、マロノニトリル、シアノ酢酸エステル、ニトロメタンなどについて脂肪族末端アルケンへのヒドロアルキル化反応を試みる。これらの反応は既に検討しているが、良い結果は得られていない。そこで、活性メチレン化合物を活性化できるルイス酸や有機触媒とカチオン性イリジウム触媒との協同作用による反応の進行を検討する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
実験方法の工夫により、試薬、有機溶媒、シリカゲルの使用量を削減することができた。その結果残額が生じた。
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