非電子的な芳香環の活性化を利用した新規なピリジン骨格修飾法の開発

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 20K05498
• 研究機関: 高知工科大学
• 研究代表者: 西脇 永敏 高知工科大学, 環境理工学群, 教授 (30237763)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 置換基間反発 / 芳香族性 / キノリニウム / ナフタレン

研究実績の概要

芳香族化合物は特徴ある光学的あるいは電子的な特性を有し、幅広く利用されている。むしろ、材料科学の分野において芳香環を含まない骨格の方が少数派である。それに伴って多様な活性化の手法が開発されてきた。しかし、その多くは置換基の電子的な性質の利用や炭素―ハロゲン結合を利用した活性化に分類される。一方、芳香環を高度に湾曲させれば芳香族性が低下して活性化されることも明らかになってはいるものの、これらの基質を合成することは困難であるがために導入できる置換基にも制限があることから、簡便な骨格修飾法としての利用には至っていない。一方、芳香環に適度なストレスを与え、平面性を低下させさえすれば、高度に湾曲させなくても十分に活性化できると考えられるが、このアプローチについては全く検討がなされていない。本研究では、置換基間の立体的な反発のみで芳香環が非電子的に活性化されることを明らかにすることを検討した。
昨年度までの研究において、peri位に２つの置換基を有するキノリン環を合成し、その反応性について評価した結果、置換基間反発により芳香環が活性化されることを明らかにした。本研究ではこの手法をできる限り一般的なものとするために、他の基質への応用を図った。今年度はヨウ素をperi位に導入したナフタレンを用いて、その反応性を評価したところ、いくつかの興味ある反応性が現れることを明らかにした。また、この反応性が環骨格に歪みが生じ、芳香族性が低下したことを明らかにした。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

N-メチルキノリニウム塩を基質に用いて検討を行なった。水素化ホウ素試薬による還元を用いれば、反応性をNMRの測定時間で評価できることを明らかにした。実際に反応をNMRで追跡したところ、8位の置換基が嵩高くなるにつれて置換基間反発が増大し、それに伴って反応性が大きく向上することを明らかにした。しかし、その手法を有機合成に利用する段階になり、そのテーマを博士課程の留学生に与えたものの、コロナウィルスの影響で来日することができず、その部分においては進捗が得られなかった。
一方、アルキル基の代わりに同程度の嵩高さを有するヨード基を導入したナフタレンを基質に用いて検討を行なった。peri位に置換基を有する基質（1,8体）と、その比較対象として、同様の電子状態を有しているものの置換基間反発を持たない基質（1,5体）を同条件で反応させ、その違いを評価した。その結果、後者では全く反応しない条件下でも前者は容易に反応し、いくつかの生成物を与えることを明らかにした。この反応性の発現は立体反発により活性化された結果である。

今後の研究の推進方策

キノリン系の基質を用いて、その置換基間反発による活性化が可能であることを明らかにした。また、デアザ誘導体であるナフタレン誘導体も同様に高い活性を示すことも明らかにした。今後、この手法を単環のピリジン誘導体に応用することができれば、本手法が汎用性の高い骨格修飾法であることを示すことが可能になる。また、現在のところ、求核試薬に対する反応性の比較のみを行なっているが、今後、求電子試薬との反応やDiels-Alder反応なども検討する。