| 研究課題/領域番号 |
20J22816
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| 研究機関 | 広島大学 |
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研究代表者 |
田中 英也 広島大学, 先進理工系科学研究科, 特別研究員(DC1)
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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 | アライン / ルイス酸性 / スズ / ホウ素 / 銅触媒 |
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| 研究実績の概要 |
芳香環が連結した化合物は，医薬品・機能性材料・配位子などに頻出する重要骨格であり，本骨格構築のための新反応開発は意義深い．特に，アリール金属種に対するアライン挿入反応は芳香環連結と金属導入を一挙に行える優れた手法であり，1940年の初期報告以降，重要な研究分野となっている．しかし，従来の反応では高求核性有機金属種が必須であっただけでなく，異なるアラインの連続挿入は未踏であった．一方令和元年度，アリールスズのルイス酸性の強弱により銅触媒との反応性を制御することで，これら課題を解決した新たなアライン挿入反応の端緒を掴んだ（アラインの銅触媒アリールスタニル化）．本研究では，求核性の低い有機金属種のルイス酸性評価・制御を基軸としたアライン挿入反応のさらなる展開・体系化を目的とする．令和2年度，以下の5つを中心に研究を推進した．
1．アリールスタニル化が水分に敏感であることを突き止めた．実験室の湿度が50%以下であれば通常のシュレンクチューブ・テクニックにより再現性が確保できることを明らかにした．また，従来必須であった電子不足性置換基を持たない基質のアリールスタニル化に成功した．当該基質の高い反応性がスズ/銅トランスメタル化効率に由来することを明らかにした．
2．アリールスタニル化で得られるアリールスズは，右田－小杉－Stilleカップリング（MKSC）により炭素骨格を伸長できる．アリールスズ連続変換のための新たな効率的MKSCを開発した．
3．アリールスタニル化を経由する環形成反応を達成した．これも，湿度調節により再現性良く反応が進行することを明らかにした．
4．計算化学による，有機ホウ素・スズのルイス酸性評価法を一部確立した．
5．有機スズのルイス酸性制御により，アラインの無触媒カルボスタニル化を達成した．本反応においてもアライン挿入分子数を制御でき，選択的アライン1分子挿入を達成した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当初想定していなかった再現性の課題が見えてきたが，種々検討の結果，湿度を50%以下に保つことで本課題を解決した．本知見は極めて重要であり，スズ/銅トランスメタル化を経由する他の反応においても共通することを突き止めた．また，当初の研究計画通り，アリールスタニル化の基質調査を行い，従来必須であった電子不足性置換基を持たない基質のアリールスタニル化に成功した．MKSC開発については，当初の計画以上の検討を行い，新たな条件での高効率反応を達成した．当初，令和3年度以降の着手を予定していた「アリールスタニル化を経由する環形成反応」は，想定以上の進展があったため先に取り組み，中程度以上の収率で目的物を得ることに成功し，種々の置換アラインに適用可能なことが判明した．また，計算化学手法による有機ホウ素・スズのルイス酸性評価にも着手し，実験結果と一致した結果が得られた．実験手法との比較により計算手法を一部確立できた．また，令和元年度に無触媒カルボスタニル化が低収率で進行する知見を得た．これは当初の計画にはなかったが，令和2年度，詳細な調査を行うことで高効率な反応を達成し，アライン1分子挿入が選択的に起こることを明らかにした．遷移金属触媒フリーな「有機スズのルイス酸性制御によるアライン挿入分子数制御」を具現化できた．令和2年度，当研究グループが異動・新体制となったタイミングと新型コロナウィルスの影響による研究室閉鎖が重なり，少なくとも3ヶ月は実験を行うことができなかったが，上記のように当初の計画以上に研究が進展している．特に，「アリールスタニル化の再現性確保」，「新たなMKSC開発」，「計算による有機ホウ素・スズのルイス酸性評価」，「アラインの無触媒カルボスタニル化」は当初計画していなかったが，令和元年度の着想から現在までの期間において高い完成度で達成できており，本研究は広く展開している．
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| 今後の研究の推進方策 |
令和3年度は，まず「計算による有機ホウ素・スズのルイス酸性評価法確立」と「新たなMKSCの完成」を目指す．これらは汎用性が高く，以降の研究遂行の鍵となるためである．これらの研究テーマから得られた知見を基軸に，「電子不足性置換基を持たないアリールスズのアリールスタニル化」，「アラインの無触媒カルボスタニル化」および「アリールスタニル化を経由する環形成反応」に着手する．密接に関わり合うこれら一連の反応を俯瞰・体系化し，求核性の低い有機金属種のルイス酸性評価・制御を鍵とする新たなコンセプトの新反応群創出を目指す．
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