| 研究課題/領域番号 |
20J01913
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| 研究機関 | 名古屋工業大学 |
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研究代表者 |
安川 直樹 名古屋工業大学, 工学研究科, 特別研究員(PD)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| キーワード | 四級不斉炭素 / 炭素－炭素結合形成 / ラジカル付加反応 / aza-Henry反応 |
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| 研究実績の概要 |
私は、「ラジカル反応における四級不斉炭素中心の構築を目指したハイブリッド型触媒」の開発を目指し、研究を遂行している。その一環として令和2年度は、「ケチミン(ケトン由来のイミン)類への不斉ラジカル反応による四置換不斉炭素中心の構築法」の開発研究プロジェクトをゼロから立ち上げ、進めた。ラジカル反応は炭素-炭素(C-C)結合を構築できる強力なツールである一方、高活性ラジカル種が電子的相互作用を受けにくいため、不斉反応への利用は少ない。私は、環状ケチミン類を反応基質、1-アルキル-1,4-ジヒドロピリジン誘導体をラジカル前駆体として、触媒量の2価銅と所属研究室で独自開発したビスイミダゾリンリガンド存在下、アセトニトリル中で可視光を照射することで、アルキルラジカル種が効率良く発生し、環状ケチミン類に付加したアミン類が良好な収率で生成することを明らかとした。しかし、目的付加体のエナンチオマー過剰率(ee)はほとんど発現しておらず、詳細な条件・触媒のスクリーニングが今後の検討課題である。
また上記のプロジェクトと並行して、「新規不活性環状ケチミンへの不斉aza-Henry反応」を立案し、開発研究に取り組んだ。環状アミノ酸類(プロリンやピぺコリン酸など)の酸化反応により調製した環状ケチミンを基質、ニトロメタンを求核種として反応条件をスクリーニングした結果、トルエン溶媒中、所属研究室で独自開発された8-キノリンスルホニル基を導入したシンコナアルカロイド-ジエチル亜鉛共触媒を使用することで、aza-Henry反応が効率良く進行して、高収率・高立体選択性で目的の付加体が生成すること明らかとした。環状アミノ酸から合成した不活性ケチミン類を不斉反応に適用された例は皆無であり、この反応・基質の学術的価値は高い。
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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
ケチミン類への不斉ラジカル反応による四置換不斉炭素中心の構築法」の開発研究に関しては、プロジェクトをゼロから立ち上げ、少しずつではあるものの、研究成果を着実に挙げてきた。既に、環状ケチミンを基質、1-アルキル-1,4-ジヒドロピリジン誘導体をラジカル前駆体として、反応条件のスクリーニング検討を実施し、ラジカル種の発生及び、ラジカル付加反応が進行する条件を確立した。しかし、目的付加体のエナンチオマー過剰率(ee)はほとんど発現しておらず、今年度は、基質・リガンド構造を改良、反応条件を最適化するとともに、基質適用の拡充、反応機構を解明し、ケチミン類への不斉ラジカル反応として確立を目指す。また上記のプロジェクトと並行して取り組んだ「新規不活性環状ケチミンへの不斉aza-Henry反応」に関しては、既に、反応条件検討等の大部分の検討を終えており、プロジェクト完結の目前まできた。今年度は、様々な置換様式を持つ基質・求核種を合成、検討するとともに、反応機構解明に関する検討、生成物の 合成的変換を実施し、四置換不斉炭素中心を有するキラル環状アミノ酸類合成を可能とする高立体選択的aza-Henry反応として確立する。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度も昨年度に引き続き、「四級並びに四置換不斉炭素構築を志向した立体選択的炭素-炭素（C-C）結合形成法の開発」に取り組む予定である。
[１] ケチミン類への不斉ラジカル付加反応：ビスイミダゾイン（BIM）と銅（Cu）塩から形成される二座配位錯体（BIM-Cu）が、可視光照射下、1-アルキル-1,4-ジヒドロピリジン誘導体（アルキルラジカル前駆体）を使用した環状ケチミン類へのラジカル付加反応を効率良く触媒することを明らかとした。しかしこの反応では、目的付加体のエナンチオマー過剰率（ee）がほとんど発現しなかった。本年度は、下記の研究計画で遂行する。
[計画1] 市販及び独自開発した不斉有機分子触媒をスクリーニングして、得られた知見・結果（Cu錯体の電子・立体的環境、共役系の長さ等）を基に、触媒をデザイン・改良することで触媒ライブラリーを拡充する。
[計画2] ラジカル前駆体のスクリーニングを実施し、ラジカル種及び目的生成物の生成・不斉発現する反応系を探索する。また、触媒と相互作用する配向基を反応剤に導入することで不斉発現を目指す。
[計画3] 計画1、2で得られた結果を基に反応条件の最適化、基質一般性の拡充を図るとともに、対照実験や計算化学を駆使して、反応・不斉発現メカニズムを解明する。
[２] 新規不活性環状ケチミンに対する不斉aza-Henry反応：環状アミノ酸類の酸化により容易に調製される環状ケチミンを、所属研究室で独自開発されたヘテロアレーンスルホニル基を導入したシンコナアルカロイド-ジエチル亜鉛共触媒存在下、ニトロメタン類と反応することで、高収率及び高立体選択的に四置換不斉炭素中心を有するキラル環状アミノ酸類を得ることに成功した。本年度は、基質一般性を拡充するとともに、反応機構解明・生成物の合成的変換反応を検討し、学会発表及び論文投稿する予定である。
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