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2012 年度 実績報告書

π空間を利用する有機分子フラスコ触媒の創成とトリフルオロメチル化反応の開発

公募研究

研究領域有機分子触媒による未来型分子変換
研究課題/領域番号 24105513
研究機関名古屋工業大学

研究代表者

柴田 哲男  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40293302)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2014-03-31
キーワードフッ素 / 不斉合成 / 生理活性物質 / 水素結合 / 光学活性 / π空間 / 医薬品 / キナアルカロイド
研究概要

有機分子触媒による分子変換システム開発という研究項目において,安価な天然アルカロイドであるシンコナアルカロイドを有機触媒として用いたフルオロアルキル基の立体選択的導入法の開発に焦点を当てた研究を展開している。とりわけ,キノリン環の持つπ電子とキヌクリジン環に挟まれた空間で反応を制御することにより,効率的に反応を進めるべく手法を開発しており,今年度は分子状酸素を酸化剤に用いる有機分子触媒的不斉エポキシ化反応の開発に成功した。オレフィンに対する触媒的不斉エポキシ化反応は光学活性エポキシドを合成する最も実用的な手法である。得られたエポキシドは様々な天然物の中間体として用いられ,また医薬品などの生理活性物質合成の際の重要なビルディングブロックである。1980年,Sharpless,香月らはTi(OiPr)4/酒石酸ジエチル/tBuOOH系を用いたアリルアルコールの画期的な不斉エポキシ化反応を報告した。本反応は現在においても強力な不斉エポキシ化反応の実用的手法として広く用いられている。この報告以後,非常に多くの不斉エポキシ化反応の触媒システムが開発されている。金属(Ti, V, Mn, Fe, Zr, Hf, Vなど)と活性酸化剤(各種ペルオキサイド,NaOClなど)を用いる手法,有機触媒と活性酸化剤を用いる手法,および金属(Ruなど)と分子状酸素を用いる手法が挙げられる。しかし有機触媒と分子状酸素を用いる手法は報告されていなかった。β位二置換エノンを基質として,メチルヒドラジン,塩基として炭酸セシウム,第四級アンモニウム塩を用いて反応を行ったところ,エポキシドが高収率,高エナンチオ選択性で得られることを見出した。本反応系は,芳香環上の置換基の種類によらず,電子供与性基,電子求引性基を有する基質に対して,高収率かつ高エナンチオ選択性でエポキシドを得ることが可能である。

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

今年度は,キノリン環の持つπ電子とキヌクリジン環に挟まれた空間で反応を制御することでシンコナアルカロイドを有機触媒として用いたフルオロアルキル基の立体選択的導入法の開発に焦点を当てた研究を展開した。その結果,これまでの不斉エポキシ化反応は金属と活性酸化剤を用いる手法,有機触媒と活性酸化剤を用いる手法,および金属と分子状酸素を用いる手法しかなく,今まで報告例がなかった有機触媒と分状酸素を用いる不斉エポキシ化反応の開発に成功した。この結果はトップジャーナルであるAngew. Chem. Int. Ed.に掲載された。また,これだけでなく天然アルカロイドであるシンコナアルカロイドを有機触媒とした不斉反応の開発も着々と進行している。また,シンコナアルカロイドだけでなくサブフタロシアニンを用いた分子フラスコへの展開も行っている。3つのイソインドールユニットから成るサブフタロシアニンはすり鉢状の形をしており,トリフルオロエトキシ基の強力な電子吸引性によって形成された電子不足なπ空間に電子豊富な芳香族化合物を取り込むことができる。この時,サブフタロシアニン周辺のトリフルオロエトキシ基は,取り込まれた化合物の構造によって柔軟に形を変え,あたかも化合物を包み込むような構造をとることがX線結晶構造解析によって確認された。このことを利用して,電子豊富な化合物をサブフタロシアニン内に取り込む分子フラスコとしての応用が可能となる。これらの現象を展開させ,特殊な性質を持つフタロシアニンを化学反応の反応場及び反応種として利用する。このことも有機触媒と合わせて今後展開していくつもりである。

今後の研究の推進方策

今後の研究の展開として,サブフタロシアニンを用いた分子フラスコへの展開と天然アルカロイドであるシンコナアルカロイドを有機触媒とした不斉反応の開発を行っていく。すり鉢構造をしたサブフタロシアニンにトリフルオロエトキシコーティングすることで,電子不足となったサブフタロシアニン内部に様々な電子豊富な芳香族分子を取り込むことのできる新規分子フラスコを合成する。それと同時にトリフルオロエトキシ基によってアキシアル位が活性化されていることを利用し,サブフタロシアニンを求電子的な反応剤として用いる。サブフタロシアニン内部はフッ素のもつ撥水撥油効果によって外界から遮断される。この空間では溶媒効果などを受けず,通常とは全く異なる反応条件で化学反応を行うことができると考えられる。まずはサブフタロシアニンに取り込める化合物の種類や大きさを検討するため,サブフタロシアニンと目的の化合物を混合し結晶化させる。X線結晶構造解析を行うことで,サブフタロシアニンに取り込める化合物の検討を行う。次にサブフタロシアニン内に取り込める基質に対し,アキシアル位に位置する化学活性種を利用した反応を行う。用いる化学種としてはトリフルオロメチル基を計画している。また,シンコナアルカロイドを有機触媒とした不斉反応としては,フッ素官能基を標的分子の特定の位置に導入する直接法とフッ素官能基を有する単純な原料を化学変換して目的の化合物を合成するビルディングブロック法の二つのアプローチから不斉合成を行う。

  • 研究成果

    (17件)

すべて 2012

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (11件) (うち招待講演 11件)

  • [雑誌論文] Organocatalytic Asymmetric Synthesis of Trifluoromethyl-substituted Diarylpyrrolines: Enatioselective Conjugate Cyanation of β-Aryl-β-trifluoromethyl-disubstituted Enones2012

    • 著者名/発表者名
      H. Kawai
    • 雑誌名

      Angew. Chem. Int. Ed.

      巻: 51 ページ: 4959-4962

    • DOI

      10.1002/anie.201201278

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cation versus Radical: Studies on the C/O Regioselectivity in Electrophilic Tri-, Di- and Monofluoromethylations of β-Ketoesters2012

    • 著者名/発表者名
      Y.-D. Yang
    • 雑誌名

      ChemistryOpen.

      巻: 1 ページ: 221-226

    • DOI

      10.1002/open.201200032

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Efficient Difluoromethylation of sp3 Carbon Nucleophiles by Bromodifluoromethylation Reagents with Organic Bases2012

    • 著者名/発表者名
      G.-K. Liu
    • 雑誌名

      ChemistryOpen.

      巻: 1 ページ: 227-231

    • DOI

      10.1002/open.201200033

    • 査読あり
  • [雑誌論文] C-F Bond Activation of Unactivated Aliphatic Fluorides: Synthesis of Fluoromethyl-3,5-diaryl-2-oxazolidinones by Desymmetrization of 2-Aryl-1,3-difluoropropan-2-ols2012

    • 著者名/発表者名
      G. Haufe
    • 雑誌名

      Angew. Chem. Int. Ed.

      巻: 51 ページ: 12275-12279

    • DOI

      10.1002/anie.201207304

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 3,5-Bis(pentafluorosulfanyl)phenylboronic acid: A new organocatalyst for Conia-ene carbocyclization of 1,3-dicarbonyl compounds having terminal alkynes2012

    • 著者名/発表者名
      Y.-D. Yang
    • 雑誌名

      J. Fluorine Chem.

      巻: 143 ページ: 204-209

    • DOI

      10.1016/j.jfluchem.2012.06.007,

    • 査読あり
  • [雑誌論文] N-2-Iodobenzylcinchoninium bromide is effective for catalytic enantioselective trifluoromethylation of azomethine imines in Solkane365mfc2012

    • 著者名/発表者名
      S. Okusu
    • 雑誌名

      J. Fluorine Chem.

      巻: 143 ページ: 216-219

    • DOI

      10.1016/j.jfluchem.2012.06.008

    • 査読あり
  • [学会発表] Enantioselective Synthesis of Partially Saturated Fluorinated Heterocycles2012

    • 著者名/発表者名
      柴田哲男
    • 学会等名
      First Japan-USA Organocatalytic Symposium
    • 発表場所
      Honolulu, lHawaii, USA
    • 年月日
      20121215-20121218
    • 招待講演
  • [学会発表] Enantioselective Synthesis of Partially Saturated Fluorinated Heterocycles, Fluorine Chemistry to Environment and Health Aspects2012

    • 著者名/発表者名
      柴田哲男
    • 学会等名
      Dasan Conference
    • 発表場所
      Changwon, South Korea
    • 年月日
      20121114-20121116
    • 招待講演
  • [学会発表] フッ素が創る新しいサブフタロシアニンとそのπ空間2012

    • 著者名/発表者名
      柴田哲男
    • 学会等名
      第43回 中部化学関係学協会支部連合秋季大会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      20121110-20121111
    • 招待講演
  • [学会発表] サブフタロシアニン色素(フッ素と化学工業)2012

    • 著者名/発表者名
      柴田哲男
    • 学会等名
      東海化学工業会セミナー
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      20121101-20121101
    • 招待講演
  • [学会発表] Enantioselective 5-Endo-dig Carbocyclization with Internal Alkynes using a Combinatorial Box-Ph/Zn(II)/Yb(OTf)3/HFIP System2012

    • 著者名/発表者名
      柴田哲男
    • 学会等名
      Cambodian Malaysian Chemical Conference (CMCC)
    • 発表場所
      Siem Reap, Cambodia
    • 年月日
      20121019-20121021
    • 招待講演
  • [学会発表] Trifluoroethoxy-Coated Subphthalocyanines:Synthesis, Characterization, Reactivity and Solubility2012

    • 著者名/発表者名
      柴田哲男
    • 学会等名
      17th Malaysian Chemical Congress (17MCC)
    • 発表場所
      Kuala Lumpur, Malaysia
    • 年月日
      20121015-20121017
    • 招待講演
  • [学会発表] ENANTIOSELECTIVE SYNTHESIS OF FLUORO-ORGANIC COMPOUNDS2012

    • 著者名/発表者名
      柴田哲男
    • 学会等名
      20th International Symposium on Fluorine Chemistry
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20120722-20120727
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of Shelf-stable Electrophilic Trifluoromethylating Reagents2012

    • 著者名/発表者名
      柴田哲男
    • 学会等名
      8th Japanese-French Joint Seminar on Fluorine Chemistry
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20120719-20120721
    • 招待講演
  • [学会発表] トリフルオロメチル化試薬の開発2012

    • 著者名/発表者名
      柴田哲男
    • 学会等名
      文部科学省科学研究費補助金 「有機分子触媒による未来型分子変換」 第1回全体会議
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20120608-20120609
    • 招待講演
  • [学会発表] Recent Progress of Fluoromethylation Reactions, 3rd International Symposium on Organofluorine Compounds in Biomedical, Materials and Agricultural Sciences2012

    • 著者名/発表者名
      柴田哲男
    • 学会等名
      Valencia Fluorine Days
    • 発表場所
      Valencia, Spain
    • 年月日
      20120520-20120524
    • 招待講演
  • [学会発表] Enantiocontrolled Synthesis of Organofluorine Compounds, BIT’s 3nd Annual World Congress of Catalytic Asymmetric Synthesis2012

    • 著者名/発表者名
      柴田哲男
    • 学会等名
      WCCAS-2012
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      20120512-20120514
    • 招待講演

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公開日: 2015-05-28  

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