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2017 年度 実施状況報告書

水素結合ドナー・ホスホニウム塩複合型有機分子触媒の設計開発

研究課題

研究課題/領域番号 17K14483
研究機関信州大学

研究代表者

戸田 泰徳  信州大学, 学術研究院工学系, 助教 (60758978)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード有機分子触媒 / 二官能性触媒 / ホスホニウム塩
研究実績の概要

近年、有機分子触媒の利用は金属触媒に頼らない精密有機合成を実現するアプローチとして注目を集めているが、その多くは酸・塩基触媒であり、他の機能をもつ有機分子触媒の開発が望まれている。本研究は“ホスホニウム塩”を触媒官能基として導入し、従来とは根本的に活性化様式の異なる有機分子触媒の創製をめざしている。本研究の目的は、新規有機分子触媒の創製と機能開拓ならびに触媒作用の解明とともに、高効率・高選択的反応の開発と医薬品などへの合成化学的応用である。
研究目的に沿って、H29年度はこれまで開発に成功しているホスホニウム塩触媒系を主軸として、さらなる触媒反応の開発と新規触媒の設計開発を併行して実施した。まず、エポキシドと二酸化炭素のカップリング反応をベンチマークとして新規触媒の機能評価を行った。ホスホニウム塩触媒の置換基を種々検討したところ、リン原子上に電子豊富なアリール基を有するホスホニウム塩を触媒として用いるとその活性が向上するという興味深い結果が得られた。続いて、反応機構に関する知見を得るため量論量のホスホニウム塩を用いた反応や単離した中間体を用いた反応を行い、触媒の構造や置換基が反応のどの段階に関与しているかを明らかにした。さらに、DFT法を用いて遷移状態構造の計算を行い、エポキシドと二酸化炭素のカップリング反応におけるエネルギーダイアグラムを得た。また、エポキシドとイソシアネートのカップリング反応を検討し、開発したホスホニウム塩が同反応の極めて有効な触媒となることを示した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

これまでの研究で開発したテトラアリールホスホニウム塩に関しては、触媒ライブラリーを構築し高活性な触媒の開発や反応系の探索を行っており、一定の目標は達成されたと考えている。一方、不斉触媒に関しては、いくつかキラルホスホニウム塩触媒を合成して反応に用いたものの、エナンチオ選択性の発現には至っていない。また、ホスホニウムイオンをルイス酸として利用する二官能性触媒の合成は十分検討できていない。したがって、現在までの進捗状況を「やや遅れている」と判断した。

今後の研究の推進方策

エポキシドと二酸化炭素ならびにイソシアネートのカップリング反応については、継続的に反応機構解明を行うとともに、DFT計算により得られた知見に基づきさらなる反応の効率化を行う予定である。特にイソシアネートの反応に関しては、エポキシドとしてグリシドールを用いた場合にオキサゾリジノンの位置異性体が得られるという知見が得られており、ホスホニウム塩の新しい触媒能の開拓が期待される。また、不斉触媒や新規二官能性触媒の開発も引き続き行いたいと考えている。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件) 備考 (2件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] A Phosphonium Ylide as an Ionic Nucleophilic Catalyst for Primary Hydroxyl Group Selective Acylation of Diols2017

    • 著者名/発表者名
      Yasunori Toda, Tomoyuki Sakamoto, Yutaka Komiyama, Ayaka Kikuchi, Hiroyuki Suga
    • 雑誌名

      ACS Catalysis

      巻: 7 ページ: 6150~6154

    • DOI

      10.1021/acscatal.7b02281

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Tetraarylphosphonium Salt-Catalyzed Synthesis of Oxazolidinones from Isocyanates and Epoxides2017

    • 著者名/発表者名
      Yasunori Toda, Shuto Gomyou, Shoya Tanaka, Yutaka Komiyama, Ayaka Kikuchi, Hiroyuki Suga
    • 雑誌名

      Organic Letters

      巻: 19 ページ: 5786~5789

    • DOI

      10.1021/acs.orglett.7b02722

    • 査読あり
  • [学会発表] Development and Mechanistic Study of Bifunctional Phosphonium Salt-Catalyzed Coupling Reactions of Carbon Dioxide with Epoxides2018

    • 著者名/発表者名
      戸田泰徳,小見山裕崇,江嵜啓祥,福島和明,菅博幸
    • 学会等名
      日本化学会第98春季年会
  • [学会発表] テトラアリールホスホニウム骨格をベースとした有機分子触媒の開発2017

    • 著者名/発表者名
      戸田泰徳
    • 学会等名
      平成29年度有機合成化学協会東海支部 若手研究者のためのセミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] Tetraarylphosphonium Salt-Catalyzed Carbon Dioxide Fixation2017

    • 著者名/発表者名
      小見山裕崇,戸田泰徳,菅博幸
    • 学会等名
      HALCHEM VIII
    • 国際学会
  • [学会発表] Tetraarylphosphonium Salt-Catalyzed Synthesis of Oxazolidinones from Isocyanates and Epoxides2017

    • 著者名/発表者名
      五明秀斗,田中祥也,小見山裕崇,戸田泰徳,菅博幸
    • 学会等名
      HALCHEM VIII
    • 国際学会
  • [学会発表] 二官能性テトラアリールホスホニウム塩触媒による常圧下での二酸化炭素固定反応2017

    • 著者名/発表者名
      小見山裕崇,江嵜啓祥,福島和明,戸田泰徳,菅博幸
    • 学会等名
      第47回複素環化学討論会
  • [学会発表] 二官能性テトラアリールホスホニウム塩触媒を用いるオキサゾリジノン合成2017

    • 著者名/発表者名
      田中祥也,五明秀斗,小見山裕崇,戸田泰徳,菅博幸
    • 学会等名
      第47回複素環化学討論会
  • [学会発表] 置換基修飾した二官能性テトラアリールホスホニウム塩触媒による二酸化炭素固定化反応の効率化2017

    • 著者名/発表者名
      小見山裕崇,江嵜啓祥,福島和明,戸田泰徳,菅博幸
    • 学会等名
      第48回中部化学関係学教会支部連合秋季大会
  • [学会発表] 新規イオン性求核触媒の開発と第一級アルコールの選択的アシル化反応における触媒能評価2017

    • 著者名/発表者名
      坂本智行,小見山裕崇,戸田泰徳,菅博幸
    • 学会等名
      第48回中部化学関係学教会支部連合秋季大会
  • [備考] 研究室ホームページ

    • URL

      http://www.shinshu-u.ac.jp/faculty/engineering/chair/chem002/index.html

  • [備考] 信州大学トピックス

    • URL

      http://www.shinshu-u.ac.jp/topics/2017/08/acs-editors-choice.html

  • [産業財産権] イオン性求核触媒およびこれを用いたアシル化方法2017

    • 発明者名
      戸田泰徳,菅博幸,坂本智行,小見山裕崇
    • 権利者名
      信州大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2017-161926

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公開日: 2018-12-17  

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