有機分子触媒によるアルデヒドのラジカル型カップリング反応の開発

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20J20599
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 石井 卓也 金沢大学, 医薬保健学総合研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2020-04-24 – 2023-03-31
• キーワード: 合成反応 / 有機分子触媒

研究実績の概要

本研究は、アルデヒドをアシルラジカル等価体として利用できる、新たなN-ヘテロ環カルベン有機触媒反応を開発し、本手法をアシル化の有用な手法として確立するものである。元来、求電子的な性質を有するアルデヒドを、N-ヘテロ環カルベンと反応させBreslow 中間体とすることで、ラジカル種として利用する反応を開発する。一電子移動反応の特性を活かし、これまで困難であった一段階でのカルボニル化合物合成や、種々の置換基導入の新手法に展開する。具体的には、１）N-ヘテロ環カルベン触媒アルデヒドアシル化を踏まえた、ラジカル型3成分カップリングによるケトン合成の開発、２）光酸化還元触媒を用いた、N-ヘテロ環カルベン/光酸化還元触媒協働系による高還元電位化合物のアシル化の開発を実施する。本年度は、以下に述べるような研究成果が得られた。

これまでに報告したN-ヘテロ環カルベン触媒によるラジカル反応を適用できる基質をさらに拡大し、芳香族および脂肪族アルデヒドとα-ブロモカルボニルのクロスカップリングによるβ-ケトカルボニルの合成法を開発した。具体的には、N-ヘテロ環カルベン触媒前駆体のチアゾリウム塩と炭酸セシウムを用いることで、アルデヒドとα-ブロモカルボニルを原料として、対応するβ-ケトカルボニルが高収率で得られることを見出した。立体的に込み入った構造の第三級α-ブロモエステルやα-ブロモアミド基質の適用が可能である。本手法は、４置換炭素中心を持つ1,3-ジカルボニル化合物を一段階で得られる新たな触媒反応であり、合成的観点においても有用であるといえる。

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

N-ヘテロ環カルベン触媒によるラジカル型クロスカップリング反応の適用拡大を志向した研究を行い、有意義な結果が得られた。

今後の研究の推進方策

1年目に、N-ヘテロ環カルベン触媒による芳香族および脂肪族アルデヒドとα-ブロモカルボニルのクロスカップリングによるβ-ケトカルボニルの合成法の開発に成功した。この知見に基づき、アルデヒド, アルケン, 炭素求電子剤の3成分カップリング反応の基質適用拡大を引き続き検討する。さらに、これまでのN-ヘテロ環カルベン触媒の構造における活性相関の評価や、反応への適用に基づき、キラルN-ヘテロ環カルベン触媒による不斉アシル化へ展開する。目的のカップリング反応において、最も活性が高いN-ヘテロ環カルベン触媒の構造を基本骨格として、その一部への不斉構造導入を軸に検討を行う。

研究成果

• [雑誌論文] Recent Advances in N-Heterocyclic Carbene-Based Radical Catalysis (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishii, T.; Nagao, K.; Ohmiya, H.
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: 11 ページ: 5630_5636
  • DOI: 10.1039/D0SC01538E
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ラジカル型N-ヘテロ環カルベン触媒によるアルデヒドとa-ブロモカルボニルのクロスカップリング反応 (2021)
  • 著者名/発表者名: 石井卓也・長尾一哲・大宮寛久
  • 学会等名: 日本化学会第101春季年会
• [学会発表] 含窒素複素環カルベン触媒を用いたアルケンのラジカルリレー型アルキルアシル化反応 (2020)
  • 著者名/発表者名: 太田健治・石井卓也・長尾一哲・大宮寛久
  • 学会等名: 第49回複素環化学討論会
• [学会発表] N-ヘテロ環カルベン触媒を用いたアルケンのラジカルリレー型 アルキルアシル化反応 (2020)
  • 著者名/発表者名: 太田健治・石井卓也・長尾一哲・大宮寛久
  • 学会等名: 第117回有機合成シンポジウム
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: https://seimitsu.w3.kanazawa-u.ac.jp