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2018 年度 実績報告書

フッ素脱離過程を基盤とする炭素-フッ素結合の活性化と分子変換

公募研究

研究領域高難度物質変換反応の開発を指向した精密制御反応場の創出
研究課題/領域番号 18H04234
研究機関筑波大学

研究代表者

市川 淳士  筑波大学, 数理物質系, 教授 (70184611)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
キーワード有機化学 / 合成化学 / 触媒・化学プロセス / 炭素-フッ素結合活性化 / 含フッ素有機化合物
研究実績の概要

トリフルオロメチルアルケンのアリル位フッ素置換反応 (SN2’型反応)は、1,1-ジフルオロアルケン合成に有用でありながら、強力なアニオン性求核剤を必要とするという欠点があった。これに対し申請者は、フッ素置換基が有する ①フッ化物イオンとしての脱離能に加えて、 ②α-カルボカチオン安定化効果(図1)に着目し、ルイス酸によるトリフルオロメチルアルケン1のアリル位置換反応を検討し、種々のトリフルオロプロペン1に対して、二塩化エチルアルミニウムとアレーン2を作用させたところ、ジフルオロアルケン3(ジフルオロアリル化生成物)が良好な収率で得られた。この反応は、3,3-ジフルオロアリルベンゼン誘導体の効率的な合成法となる。また、2位にシリル基が置換した1aでも同様に置換反応が進行し、続くヨウ化アリールとの檜山カップリングにより、炭素二置換ジフルオロアルケン4aへ導くことができた。
またアルケニル基と同様、シクロプロピル基もその曲がったσ結合により、α-カルボカチオン安定化効果と高い反応性を有する。そこで、トリフルオロメチル置換シクロプロパン5からフッ化物イオンを引き抜くことができれば、フッ素とシクロプロピル基により二重に安定化されたカルボカチオンBが発生し、これを求核剤で捕捉することによってそのジフルオロホモアリル化が行えることになる。実際、スチレン誘導体より得られるトリフルオロメチル置換シクロプロパン5に対し、塩化ジメチルアルミニウム存在下、種々のアレーンを作用させたところ、期待通りジフルオロアルケン6(ジフルオロホモアリル化生成物)を高収率で与えた。これを分子内反応へと展開することにより、フルオレン骨格の構築にも成功した。

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

炭素-フッ素結合は炭素を含む共有結合のうち最も強力で、その切断を経る反応は困難とされる。中でもsp3炭素-フッ素結合の切断は難しく、sp3炭素-フッ素結合の活性化法が望まれる。申請者は、(i) 遷移金属による酸化的付加ではなく (ii) より穏和な条件で進行するフッ素脱離によって炭素-フッ素結合を切断し、同時に新たな炭素-炭素結合の形成(炭素-フッ素結合活性化)を目指している。
トリフルオロメチル化合物は比較的入手容易な含フッ素基質であるが、その炭素-フッ素結合活性化では3本ある炭素-フッ素結合のうち、1本だけを選択的に活性化する“single activation”が更に難題である。我々は、フッ化物イオンの脱離が起こり難いジフルオロアルケンを生成物とする変換法を採用することにより、2本目以降の炭素-フッ素結合活性化を抑え、ルイス酸によるトリフルオロメチル基の“single C-F Bond activation”を達成した。
以上により本研究課題は順調に進展していると言える。

今後の研究の推進方策

前年度に開発した α- あるいは β-フッ素脱離を伴う合成反応を元に、これらを触媒反応へと展開する。不活性な金属-フッ素結合を有する反応副生物を反応活性種へ戻すために、副生する金属フッ化物の種類に応じて最適な添加剤を探索する。これにより開発した反応を触媒化し、高難度物質変換である炭素-フッ素結合の活性化を経た、含フッ素化合物の高効率合成法を完成する。

  • 研究成果

    (22件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 4件、 招待講演 3件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] Nucleophilic 5-endo-trig cyclization of 2-(trifluoromethyl)allylic metal enolates and enamides: Synthesis of tetrahydrofurans and pyrrolidines bearing exo-difluoromethylene units2019

    • 著者名/発表者名
      Fujita Takeshi、Hattori Masahiro、Matsuda Masaaki、Morioka Ryutaro、Jankins Tanner C.、Ikeda Masahiro、Ichikawa Junji
    • 雑誌名

      Tetrahedron

      巻: 75 ページ: 36~46

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.tet.2018.11.011

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Construction of Pinpoint-Fluorinated Benzothiophene Frameworks Using Palladium-Catalyzed Cyclization of o-(Fluorovinyl)phenyl-substituted Thiophenes2019

    • 著者名/発表者名
      Ichikawa Junji、Fuchibe Kohei、Tsuda Nobushige、Shigeno Kento
    • 雑誌名

      HETEROCYCLES

      巻: 99 ページ: in press

    • DOI

      10.3987/COM-18-S(F)95

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Flash generation and borylation of 1-(trifluoromethyl)vinyllithium toward synthesis of α-(trifluoromethyl)styrenes2018

    • 著者名/発表者名
      Fujita Takeshi、Konno Naruki、Watabe Yota、Ichitsuka Tomohiro、Nagaki Aiichiro、Yoshida Jun-ichi、Ichikawa Junji
    • 雑誌名

      Journal of Fluorine Chemistry

      巻: 207 ページ: 72~76

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.jfluchem.2018.01.004

    • 査読あり
  • [雑誌論文] sp3 carbon?fluorine bond activation in 2,2-difluorohomoallylic alcohols via nucleophilic 5-endo-trig cyclisation: synthesis of 3-fluorinated furan derivatives2018

    • 著者名/発表者名
      Fujita Takeshi、Morioka Ryutaro、Arita Tomohiro、Ichikawa Junji
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 54 ページ: 12938~12941

    • DOI

      10.1039/c8cc04643c

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Single C-F Bond Activation of the CF3Group with a Lewis Acid: CF3‐Cyclopropanes as Versatile 4,4‐Difluorohomoallylating Agents2018

    • 著者名/発表者名
      Fuchibe Kohei、Oki Rie、Hatta Hibiki、Ichikawa Junji
    • 雑誌名

      Chemistry ? A European Journal

      巻: 24 ページ: 17932~17935

    • DOI

      https://doi.org/10.1002/chem.201805054

    • 査読あり
  • [学会発表] Single C-F Bond Activation of the CF3 Group Using Lewis Acid Promotors2019

    • 著者名/発表者名
      Ichikawa, J.
    • 学会等名
      24th Winter Fluorine Conference
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] トリフルオロメチル基の選択的炭素-フッ素結合活性化を経る1,1-ジフルオロアルケンの合成法2019

    • 著者名/発表者名
      不死原立樹、大木理江、渕辺耕平、市川淳士
    • 学会等名
      日本化学会第99春季年会
  • [学会発表] ブレンステッド酸触媒によるらせん状多環式芳香族炭化水素の合成2019

    • 著者名/発表者名
      庄司訓章、林 雅樹、藤田健志、市川淳士
    • 学会等名
      日本化学会第99春季年会
  • [学会発表] 酸による芳香族炭素-フッ素結合活性化:フルオロベンゾフランとアレーンとのカップリング2019

    • 著者名/発表者名
      森岡龍太郎、福田拓也、藤田健志、市川淳士
    • 学会等名
      日本化学会第99春季年会
  • [学会発表] スルホンアミド置換スチレンの酸化的環化によるトリフルオロメチルインドールの合成法2019

    • 著者名/発表者名
      井出啓介、野島智也、藤田健志、市川淳士
    • 学会等名
      日本化学会第99春季年会
  • [学会発表] チイランの環拡大を経るチオフェン環構築法:チエノヘテロールの合成2019

    • 著者名/発表者名
      渕辺耕平、向原伊吹、八戸康成、山田淳史、市川淳士
    • 学会等名
      日本化学会第99春季年会
  • [学会発表] 1,1-ジフルオロアレンとアルデヒドの[3+2]付加環化:フッ素置換ジヒドロフランの合成2019

    • 著者名/発表者名
      藤木裕介、佐近和樹、須藤恭介、市川淳士
    • 学会等名
      日本化学会第99春季年会
  • [学会発表] フルオロアルケンの求電子的環化によるピンポイントフッ素化ナフトチオフェンの合成2019

    • 著者名/発表者名
      津田修成、渕辺耕平、市川淳士
    • 学会等名
      日本化学会第99春季年会
  • [学会発表] HFIP溶媒を用いたブレンステッド酸触媒による芳香環増環反応2018

    • 著者名/発表者名
      藤田健志、高橋一光、林雅樹、庄司訓章、市川淳士
    • 学会等名
      第113回有機合成化学シンポジウム
  • [学会発表] ルイス酸によるトリフルオロメチル基の選択的sp3炭素-フッ素結合活性化2018

    • 著者名/発表者名
      市川淳士
    • 学会等名
      日本学術振興会第155委員会第113回研究会
  • [学会発表] Metal-promoted C-F Bond Activation via Fluorine Elimination2018

    • 著者名/発表者名
      Ichikawa, J.
    • 学会等名
      Institut de Chimie et de Biochimie Moleculaires et Supramoleculaires (ICBMS)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Single C-F Bond Activation of the CF3 Group Using Lewis Acid Promotors2018

    • 著者名/発表者名
      Ichikawa, J.
    • 学会等名
      The 22nd International Symposium on Fluorine Chemistry
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Reactivity and Synthetic Utility of Difluorinated Thiiranes2018

    • 著者名/発表者名
      Fuchibe, K.; Yamada, A.; Hachinohe, K.; Ichikawa, J.
    • 学会等名
      28th International Symposium on the Organic Chemistry of Sulfur(ISOCS-28)
    • 国際学会
  • [学会発表] Gold-Catalyzed[2+3]and[3+2]Cycloadditions of Difluoroallenes2018

    • 著者名/発表者名
      Fuchibe, K.; Suto, K.; Sakon, K.; Ichikawa, J.
    • 学会等名
      第65回有機金属化学討論会
  • [学会発表] 金(I)触媒を用いるジフルオロアレンの[2+3]および[3+2]付加環化:フッ素置換ヘテロ五員環化合物の合成2018

    • 著者名/発表者名
      佐近和樹、須藤恭介、藤木裕介、渕辺耕平、市川淳士
    • 学会等名
      第41回フッ素化学討論会
  • [図書] 有機分子触媒の開発と工業利用2018

    • 著者名/発表者名
      渕辺耕平、市川淳士
    • 総ページ数
      330
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • ISBN
      978-4-7813-1323-8
  • [図書] 有機フッ素化合物の最新動向2018

    • 著者名/発表者名
      藤田健志、渕辺耕平、市川淳士
    • 総ページ数
      317
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • ISBN
      978-4-7813-1337-5

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公開日: 2019-12-27  

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