• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2013 年度 実施状況報告書

二酸化物低分子量物質の特異的活性化による高付加価値化合物への立体選択的変換反応

研究課題

研究課題/領域番号 25620075
研究種目

挑戦的萌芽研究

研究機関千葉大学

研究代表者

荒井 孝義  千葉大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (80272483)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
キーワード触媒設計・反応 / 錯体・有機金属触媒 / 触媒的不斉合成 / 配位子 / 低分子 / 反応場 / 反応機構
研究概要

金属とプロトンの協調作用による官能基特異的活性化機構による触媒的不斉合成を実現するために、独自に開発を行ったビスイミダゾリジンピリジン(PyBidine)-金属不斉触媒を基盤とする反応開発ならびに反応機構の解明を行った。
まず、予備的知見の得られていたPyBidine-Ni(OAc)2触媒を用いる触媒的不斉ヨードラクトン化反応において、金属塩として酢酸イオンを有する金属塩が一般に良好な触媒活性を示すことがわかった。また、PyBidine配位子に特徴的なNH-プロトンを有さない既存のビスオキサゾリンピリジン(pybox)やビスイミダゾリンピリジン(pybim)では、触媒活性と不斉誘起能に顕著な低下が見られた。これは、金属とプロトンの協調作用が効率的に機能していることを示す重要な知見である。本反応において、NMRならびにMS解析により、酢酸ニッケルの酢酸イオンと基質のカルボン酸が交換して反応が進行している機構が明らかとなり、触媒的不斉ヨードラクトン化に新たな触媒設計指針を提示することができた。本触媒を用いることにより、ニトロメタンや酢酸ならびにメタノールなど低分子量化合物を活性化し、高機能分子に変化できることも見出した。
さらに、広範な反応基質に対し、十分に高い立体選択性をもたらすため、基質に適応させた精密な不斉反応場の構築を可能にするビスオキサゾリジンピリジン配位子(PyBodine)の開発を行った。アゾメチンイミンとアルキンの[3+2]環化付加反応によるN,N-二環性ピラゾリノン誘導体の合成に有用なPyBodine-Cu(OAc)2触媒をTailor-made型に創出することに成功した。

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

ニトロ基の活性化機構を範とする官能基特異的触媒的不斉反応の開発では、ニトロメタンや酢酸ならびにメタノールなど低分子量化合物を活性化し、高機能分子に変換できることも見出しており、当初の研究計画に基づいて順調に推進している。特に、単純なpKaに基づかないアルコールの活性化にも成功したことは、当初に計画していた以上の成果である。また、反応機構についても1)配位子中のNH-プロトンが基質の活性化能を示すこと、2)金属カルボキシレート経由の反応であることについて、これらを強力に支持する解析結果を得ており、「金属とプロトンの協調作用による官能基特異的活性化機構」を触媒開発の設計概念として確立することができた。本成果は、Synlett, 2013, 24, 2045-2048に報告している。
広範な反応様式に適用可能な触媒開発においても、ビスオキサゾリジンピリジン (PyBodine)-金属不斉触媒のTailor-made型開発にも成功し、本成果は、Chem. Commun. 2013, 49, 7776-7778に発表するとともに、雑誌の裏表紙の扉絵にも採用されそのユニークな触媒機能、開発手法が広く世界に発信された。以上のように、当初計画した以上に、初年度において研究は計画に基づいて着実に推進し、想定以上の成果を得ることに成功した。現在、これらの知見を元に、二酸化炭素などより効果的で選択性の高い不斉触媒の開発を進めている。

今後の研究の推進方策

研究は、当初の計画以上に順調に進展しているため、研究計画に変更はない。現在、初年度で得られた知見を元に、より効果的で選択性の高い不斉触媒の設計・開発を進めている。
開発目標とする反応には、ニトロ化合物を用いる反応やヨードラクトン化を基盤として、高極性なスルホン酸やリン酸化合物などを用いる分子内ならびに分子間反応を取り上げる。これらの基質は、一般に金属イオンのカウンターアニオンとして安定な塩を与えるため、触媒的不斉合成への展開が困難と思われるが、本研究の「金属とプロトンの協調作用による官能基特異的活性化」構想により達成を目指す。また、平成25年度の研究で予想以上の成果が得られたアルコールの活性化反応について、イサチン由来のイミンへのアルコールの付加反応など、医薬など生物活性の期待できる高付加価値化合物の合成反応へと展開する。ニトロ化合物の活性化についても同様に、イサチン由来のイミンへの付加反応を検討し、同一原料から多角的な触媒的不斉反応を研究することで、多様性指向型触媒的不斉合成として特徴ある研究展開とする。
さらに、低分子量化合物の効率的で応用性の高い高付加価値化合物への変換を目指し、二酸化物を用いる有機化合物の官能基化反応に研究を展開する。平成25年度の研究で得られたフェニルアセチレンと二酸化炭素の反応に良好な活性を示す触媒を基盤として、平成26年度はベンジルアミンとベンズアルデヒドから調製できるイミンと二酸化炭素(CO2)の反応により光学活性アミノ酸の触媒的不斉合成を目指す。

  • 研究成果

    (21件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (11件) 備考 (2件) 産業財産権 (3件)

  • [雑誌論文] The Role of Ni-carboxylate During Catalytic Asymmetric Iodolactonization Using PyBidine-Ni(OAc)2.2013

    • 著者名/発表者名
      Arai, T.; Kajikawa, S.; Matsumura, E.
    • 雑誌名

      Synlett

      巻: 24 ページ: 2045-2048

    • DOI

      10.1055/s-0033-1339676

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Developmet of a Tailor-made Bis(oxazolidine)pyridine-metal Catalyst for the [3+2] Cycloaddition of Azomethine Imines with Propiolates.2013

    • 著者名/発表者名
      Arai, T.; Ogino, Y.; Sato, T.
    • 雑誌名

      Chem. Commun.

      巻: 49 ページ: 7776-7778

    • DOI

      10.1039/C3CC44354J

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Catalytic Asymmetric [3+2]-Cycloaddition Reaction for Controlling Multiple Stereogenic Centers on Pyrrolidines.2013

    • 著者名/発表者名
      Arai, T.
    • 雑誌名

      J. Synth. Org. Chem, Japan.

      巻: 71 ページ: 672-682

    • DOI

      10.5059/yukigoseikyokaishi.71.672

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Catalytic Asymmetric Synthesis of Mixed 3,3'-Bisindoles and Their Evaluation as Wnt Signaling Inhibitors.2013

    • 著者名/発表者名
      Arai, T.; Y. Yamamoto; Awata, A.; Kamiya, K.; Ishibashi, M.; Arai, M. A.
    • 雑誌名

      Angew. Chem. Int. Ed.

      巻: 52 ページ: 2486-2490

    • DOI

      10.1002/anie201208918

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Neutral, Chiral, Bis(imidazolidine)-derived NCN-type Palladium Pincer Complex Demonstrating Catalyst Activity2013

    • 著者名/発表者名
      Arai, T.; Oka, I.; Morihata, T.; Awata, A.; H. Masu. A
    • 雑誌名

      Chem. Eur. J.

      巻: 19 ページ: 1554-1557

    • DOI

      10.1002/chem.201204017

    • 査読あり
  • [学会発表] 光学活性ビスイミダゾリジンピリジン(PyBidine)配位子を用いるイサチン由来のケチミンに対する触媒的不斉aza-Henry反応2014

    • 著者名/発表者名
      松村恵理、荒井孝義
    • 学会等名
      日本化学会第94春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] 第二級および第三級アミンを有する新規不斉配位子の開発とHenry反応を初めとする触媒的不斉求核付加反応への応用2014

    • 著者名/発表者名
      常光研徳、杉山典幸、荒井孝義
    • 学会等名
      日本化学会第94春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] 光学活性ビスアミノイミノビナフトール亜鉛三核錯体を用いる不斉ハロラクトン化反応の開発2014

    • 著者名/発表者名
      杉山典幸、荒井孝義
    • 学会等名
      日本化学会第94春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] インドリルニトロアルケンとa-イミノエステルの[3+2]環化付加反応による3-(ピロリジン-3-イル)-インドールの触媒的不斉合成2014

    • 著者名/発表者名
      徳光千尋、阿波田篤子、荒井孝義
    • 学会等名
      日本化学会第94春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] 光学活性アミノイミノビナフチル骨格を有する新規ポリマー型亜鉛触媒を用いる不斉ヨードラクトン化反応2014

    • 著者名/発表者名
      小島孝裕、杉山典幸、荒井孝義
    • 学会等名
      日本化学会第94春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] Catalytic asymmetric [3+2] cycloaddition for indole compounds containing quaternary chiral carbon center2014

    • 著者名/発表者名
      阿波田篤子、荒井孝義
    • 学会等名
      日本化学会第94春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] Imidazoline-aminophenol IAP)-nickel complex: Structure and catalyst activity in enantioselective 1,4-addition of 3'-indolyl-3-oxindoles to nitroethylene2013

    • 著者名/発表者名
      Atsuko Awata, Makiko Wasai, Hyuma Masu, Sayaka Kado, Takayoshi Arai
    • 学会等名
      3rd Junior International Conference on Cutting-Edge Organic Chemistry in Asia
    • 発表場所
      千葉、生命の森リゾート
    • 年月日
      20131122-20131125
  • [学会発表] ビスアミノイミノビナフトール-亜鉛三核錯体を用いる触媒的不斉ヨードラクトン化反応2013

    • 著者名/発表者名
      杉山 典幸、荒井 孝義
    • 学会等名
      第104回有機合成シンポジウム
    • 発表場所
      早稲田大学
    • 年月日
      20131106-20131107
  • [学会発表] 3,3'-ビス(アミノイミノ)ビナフトール-亜鉛錯体を用いる触媒的不斉ヨードラクトン化2013

    • 著者名/発表者名
      杉山 典幸、荒井 孝義
    • 学会等名
      第16回ヨウ素学会シンポジウム
    • 発表場所
      千葉大学
    • 年月日
      20130918-20130918
  • [学会発表] ビスイミダゾリジンピリジン(PyBidine)-酢酸ニッケル錯体を用いた触媒的不斉ヨードラクトン化の反応機構2013

    • 著者名/発表者名
      松村 恵理、梶川 智史、荒井 孝義
    • 学会等名
      第16回ヨウ素学会シンポジウム
    • 発表場所
      千葉大学
    • 年月日
      20130918-20130918
  • [学会発表] 光学活性NCNピンサー型ビスイミダゾリジン-パラジウム錯体の触媒活性2013

    • 著者名/発表者名
      森畠 拓真、岡 以気代、阿波田 篤子、桝 飛雄馬、荒井 孝義
    • 学会等名
      第60回有機金属化学討論会
    • 発表場所
      学習院大学
    • 年月日
      20130912-20130914
  • [備考] 千葉大学大学院理学研究科化学コース有機合成科学研究室ホームページ

    • URL

      http://synthesis.chem.chiba-u.jp/

  • [備考] 千葉大学キラリティーネットワーク研究会ホームページ

    • URL

      http://wccu.chem.chiba-u.jp/

  • [産業財産権] ビナフトール骨格を有するビスアミノイミン配位子及び触媒2013

    • 発明者名
      荒井孝義、杉山典幸
    • 権利者名
      千葉大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2013-169911
    • 出願年月日
      2013-08-19
  • [産業財産権] 光学活性非対称ビスインドール化合物及びその製造方法2013

    • 発明者名
      荒井孝義、阿波田篤子
    • 権利者名
      千葉大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2013-185950
    • 出願年月日
      2013-09-09
  • [産業財産権] インドール化合物、DPプロスタノイド受容体アンタゴニスト、それを用いた薬剤、及DPプロスタノイド受容体アンタゴニストの使用2013

    • 発明者名
      荒井孝義、藤野裕道、村山俊彦、大山聡美、阿波田篤子
    • 権利者名
      千葉大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2013-192422
    • 出願年月日
      2013-09-17

URL: 

公開日: 2015-05-28  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi