クロス及びマルチカップリング反応の高効率触媒系の構築と高度制御

2011 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20225004
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 神戸 宣明 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60144432)
• キーワード: クロスカップリング / ニッケル / 銅 / ロジウム / アルキル化 / ブタジエン / エーテル / 脂肪酸

研究概要

本研究では、遷移金属錯体を触媒とするクロスカップリング及び多成分カップリング反応の開発を目指しており、本年度は下記の触媒反応系について重点的に検討した。(1)銅触媒を用いたクロスカップリング反応により立体的に嵩高い2級アルキルハライド類の利用を可能とした。銅触媒はアルキル-アルキルクロスカップリング反応に高い触媒活性を有しており、触媒回転数40万回を達成した。また、多成分カップリング反応として銅触媒を適当な条件で前処理することにより、ブタジエンに対してアルキルフルオライド由来のアルキル基とグリニャール試薬由来の水素が1,2-付加し、分岐構造を有する末端オレフィンが得られることを明らかにした。(2)ニッケル触媒を用いたクロスカップリング反応を利用し、脂肪酸類の効率的合成手法およびチアゾール類へのアルキル基導入反応を開発した。前者では、クロスカップリング反応を集積化することにより、生理活性を有する不飽和脂肪酸およびその位置異性体の選択的合成も可能である。(3)ロジウム触媒によるビニルエーテルおよびエステルとアリール金属試薬とのクロスカップリング反応を新たに開発した。本反応では、シリルエーテルも利用可能であり容易に入手可能な含酸素基質を直接クロスカップリング反応に利用できる。反応機構研究から、アニオン性ロジウム錯体のビニル基への付加およびβ酸素脱離を経る機構が示唆された。

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

新たに見出したロジウム錯体によるクロスカップリング反応では様々な安価かつ入手容易な含酸素基質が利用可能であることから汎用性の高い合成反応になり得ると考えている。反応機構研究からその詳細な反応機構が明らかになりつつある。また、同族のコバルトが立体的に嵩高いアルキルグリニャール試薬を基質とするクロスカップリング反応に有効であることを新たに発見した。

今後の研究の推進方策

ロジウム触媒およびコバルト触媒は、それぞれ特徴的な反応性を示す。例えば後者では立体的に嵩高い3級アルキル基の導入反応に高い触媒活性を示すことが明らかになりつつある。従来から本研究課題で取り組んでいるニッケルや銅触媒と併せて、コバルト触媒を用いたアルキル基の導入反応について系統的に研究を推進する計画である。また、それぞれの特長を利用した合成反応への展開を行い有用化合物の合成手法の開発を目指す。既に脂肪酸や複素環化合物の合成手法については十分な成果が得られつつある。また、反応機構研究を同時に推進する。

研究成果

• [雑誌論文] Ni-Butadiene Catalytic System for the Cross-Coupling of Bromoalkanoic Acids with Alkyl Grignard Reagents: A Practical and Versatile Method for Preparing Fatty Acids (2013)
  • 著者名/発表者名: Iwasaki, T, Higashikawa, K, Reddy, VP, Ho, WWS, Fuj imoto, Y, Fukase, K, Terao, J, Kuniyasu, H, Kambe, N
  • 雑誌名: CHEMISTRY A EUROPEAN JOURNAL 巻: (In press)
  • DOI: 10.1002/chem.201204222
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Nickel Catalyzed Coupling of Thiomethyl-Substituted 1, 3-Benzothiazoles with Secondary Alkyl Grignard Reagents (2013)
  • 著者名/発表者名: Ghaderi, A, Iwasaki, T, Fukuoka, A, Terao, J, Kambe, N.
  • 雑誌名: CHEMISTRY A EUROPEAN JOURNAL 巻: (In press)
  • DOI: 10.1002/chem.201203413
  • 査読あり
• [雑誌論文] Palladium-Catalyzed Vinylselenation of Allenes (2012)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara, SI, Okuyama, M, Tsuda, S, Iwasaki, T, Kuniyasu, H, Kambe, N
  • 雑誌名: TETRAHEDRON 巻: 68 ページ: 10523-10529
  • DOI: 10.1016/j.tet.2012.10.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Computational Study of Lithium Cuprate Mixed Aggregates (2012)
  • 著者名/発表者名: Khiem. CND, Thach, LN, Iwasaki, T, Kambe, N, Bogus lavskiy, AA, Pratt, LM
  • 雑誌名: JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY A 巻: 116 ページ: 9027-9032
  • DOI: 10.1021/jp3034424
  • 査読あり
• [雑誌論文] Copper-Catalyzed Coupling Reaction of Unact ivated Secondary Alkyl Iodides with Alkyl Grignard Reagents in the Presence of 1, 3-Butadiene as an Effective Additive (2012)
  • 著者名/発表者名: Shen, R, Iwasaki, T, Terao, J, Kambe N
  • 雑誌名: CHEMICAL COMMUNICATIONS 巻: 48 ページ: 9313-9315
  • DOI: 10.1039/C2CC34847K
  • 査読あり
• [雑誌論文] In Vitro Study of Photocurable Embolization Agent for Cerebral Aneurysms (2012)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa, A, Nakayama, Y, Kambe, N
  • 雑誌名: JOURNAL BIOTECHNOLOGY & BIOMATERIALS 巻: 2 ページ: 128-133
  • DOI: 10.4172/2155-952X.1000128
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cross-coupling of Grignard reagents with Alkyl Halides or Tosylates by the Use of Nickel or Palladium Containing Perovskite (2011)
  • 著者名/発表者名: Singh, SP, Iwasaki, T Terao, J, Kambe, N
  • 雑誌名: TETRAHEDRON LETTERS 巻: 52 ページ: 774-776
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2010.12.Oil
  • 査読あり
• [雑誌論文] The First Example of Palladium-Catalyzed In te rmolecular Allylaryloxylation of an Internal Alkyne by Allyl Aryl Ethers (2011)
  • 著者名/発表者名: Kuniyasu, H, Takekawa, K, Sanagawa, A, Wakasa, T, Iwasaki, T, Kambe, N
  • 雑誌名: TETRAHEDRON LETTERS 巻: 52 ページ: 5501-5503
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2011.08.065
  • 査読あり
• [雑誌論文] Silver-Catalyzed Regioselective Carbomagnesiation of Alkynes with Alkyl Halides and Grignard Reagents (2011)
  • 著者名/発表者名: Kambe, N, Moriwaki, Y, Fujii, Y, Iwasaki, T, Terao, J
  • 雑誌名: ORGANIC LETTERS 巻: 13 ページ: 4656-4659
  • DOI: 10.1021/o12018664
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kinetic Studies of the Ni-Catalyzed CroSs-Coupling of Alkyl Halides and a Tosylate with Butyl Grignard Reagent in the Presence of 1, 3-Butadi (2011)
  • 著者名/発表者名: Iwasaki, T, Tsumura, A, Omori, T, Kuniyasu, H, Terao, J, Kambe, N
  • 雑誌名: CHEMISTRY LETTERS 巻: 40 ページ: 1024-1026
  • DOI: 10.1246/cl.2001.1024
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nickel Catalyzed Alkyl Coupling Reactions : Evaluation of Computational Methods (2011)
  • 著者名/発表者名: Pratt, LM, Voit, S, Okeke, FN, Kambe, N
  • 雑誌名: JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY A 巻: 115 ページ: 2281-2290
  • DOI: 10.1021/jpl077196
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kambe, N ; Ivasaki, T ; Terao, J Pd-catalyzed cross-coupling reactions of alkyl ha1ides (2011)
  • 著者名/発表者名: Kambe, N, Ivasaki, T, Terao, J
  • 雑誌名: CHEMICAL SOCIETY REVIEWS 巻: 40 ページ: 4937-4947
  • DOI: 10.1039/C1CS15129K
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of a head-to-tail-type cyclodxtrin-based insulated molecular wire (2011)
  • 著者名/発表者名: Terao, J, Ikai, K, Kambe, N, Seki, S, Saeki, A, Ohkoshi, K, Fujihara, T, Tsuji, Y
  • 雑誌名: CHEMICAL COMMUNICATIONS 巻: 47 ページ: 6816-6818
  • DOI: 10.1039/C1CC12231B
  • 査読あり
• [雑誌論文] Free Radical Addition of alpha-Telluroesters to Alkenes (2011)
  • 著者名/発表者名: Kambe, N, Han, LB, Fujiwara, S, Sonoda, N
  • 雑誌名: HETEROATOM CHEMISTRY 巻: 22 ページ: 518-522
  • DOI: 10.1002/hc.20716
  • 査読あり
• [学会発表] Asymmetric Arylation of Aldehydes Catalyzed by NHC-Rhodi um Complexes bearing a Cyclodextrin (2012)
  • 著者名/発表者名: Nobuaki Kambe
  • 学会等名: Biological and Chemical Methods for Selective Catalysis (SeleCa)
  • 発表場所: Germany(招待講演)
  • 年月日: 20121203-20121204
• [学会発表] Transition Metal Catalyzed Alkylation Reactions (2012)
  • 著者名/発表者名: Malaysian
  • 学会等名: Cambodian Malaysian Chemical Conference (CMCC)
  • 発表場所: Cambodia(招待講演)
  • 年月日: 2012-10-20
• [学会発表] Transition Metal Catalyzed Alkylation Reactions (2012)
  • 著者名/発表者名: Nobuaki Kambe
  • 学会等名: Cambodian Malaysian Chemical Conference (CMCC)
  • 発表場所: Malaysian(招待講演)
  • 年月日: 2012-10-15
• [学会発表] Transition Metal Catalyzed Alkylation Toward sp3, sp2 and sp-Carbons (2011)
  • 著者名/発表者名: Nobuaki Kambe
  • 学会等名: International Symposium on Catalysis and Fine Chemicals 2011
  • 発表場所: 奈良県(招待講演)
  • 年月日: 2011-12-06
• [学会発表] Transition Metal Catalyzed Alkylation Reactions Involving (2011)
  • 著者名/発表者名: Nobuaki Kambe
  • 学会等名: 5th Pacific Symposium on Radical Chemistry
  • 発表場所: 和歌山県(招待講演)
  • 年月日: 2011-09-26
• [学会発表] Addition of Heteroatom Comounds Across Carbon-Carbon Unsaturate Bonds Catalyzed by Transition Metals (2011)
  • 著者名/発表者名: Nobuaki Kambe
  • 学会等名: Aachen Symposium on Direct Catalytic Activation of Inert Substrates
  • 発表場所: Germany(招待講演)
  • 年月日: 2011-09-01