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2014 年度 実績報告書

剛直な不斉環境場を構築する新規環状キラルアミン触媒の開発

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 26105728
研究機関豊橋技術科学大学

研究代表者

柴富 一孝  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00378259)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
キーワード不斉フッ素化反応 / キラル一級アミン / 分岐型アルデヒド / 有機分子触媒 / 第三級アルコール
研究実績の概要

有機分子触媒を用いた分子変換反応は触媒の環境毒性が低いこと,希少金属を用いる必要が無いことなどから環境調和性の高い化学変換プロセスとして大きく注目されている。プロリン誘導体に代表されるキラルアミンを触媒としたアルデヒドのα位置換反応は様々な医薬品および生物活性物質の合成に応用されている極めて有用な不斉反応である。しかしながら本反応はα―1置換アルデヒドの変換反応には有効であるものの,α―2置換アルデヒド(分岐型アルデヒド)を反応基質とした場合の成功例は少ない。そこでこの制限を打破する高機能なキラルアミン触媒を新たに開発できれば,不斉アミン触媒反応の応用範囲を大きく拡大できると考え、新たなキラルアミン触媒の開発を行った。具体的には軸不斉を持つ新たなαアミノエステルを設計合成し、これを触媒とした分岐型アルデヒドの不斉フッ素化反応に成功した。本反応は最高95%eeで目的のフッ素化体を与える。有機フッ素化合物は医薬品の開発において重要な化合物群であるが、これまで同反応において90%eeを超えるエナンチオ選択性を示す触媒は開発されていなかった。
さらに得られた第三級フッ素化物を塩基性条件下で処理することで、炭素フッ素結合の切断が起こり、αーヒドロキシアセタールが得られることを見いだした。本反応は光学純度を損なわずに進行することから、高い光学純度でヒドロキシアセタールを合成できる。本成果は、強固なことで知られる炭素ーフッ素結合の断裂を経由する反応であることから、学術的に興味深いだけでなく、得られる第三級アルコールは生物活性物質の部分構造として重要であることから医薬品開発への応用が期待できる。

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

当初の計画通り、分岐型アルデヒドの高エナンチオ選択的フッ素化反応に成功した。化学収率、エナンチオ選択性共にこれまで報告されているものの中で最高の値を示した。
さらに得られたフッ素化物の合成的な有用性を検討する中で、炭素-フッ素結合の切断を伴うα-ヒドロキシアセタールの合成という極めて興味深い分子変換反応を発見できた。すなわち、当初の計画にあった含フッ素キラル有機分子の不斉合成を達成できただけでなく、得られたフッ素化合物を中間体としたキラル第三級アルコールの合成にも合わせて成功した。

今後の研究の推進方策

今後は、今回開発したキラルアミン触媒を利用して様々な分岐型アルデヒドの不斉変換反応を試みる。具体的には、トリフルオロメチル化反応、ヒドロキシ化反応、チオエーテル化反応等を検討する。いずれの反応においても得られる生成物はキラル四置換炭素を有しており、医薬品化学において極めて重要な部分構造を構築できる。
不斉反応の化学収率、エナンチオ選択性が十分でない場合、触媒構造のチューニングを行う。本触媒は、反応活性中心近傍の構造を比較的変化させ易い設計となっているため、目的反応に応じた適切な触媒構造を探索する。
また、計算化学を用いて反応の遷移状態を解明することで、不斉制御に影響を与える部分構造を見いだし、この知見を元にした合理的な最適触媒の設計にも挑戦する。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (8件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Organocatalytic Enantioselective Diels-Alder Reaction of 4,4,4-Trifluorocrotonaldehyde2015

    • 著者名/発表者名
      K. Shibatomi, Y. Kawasaki, S. Iwasa
    • 雑誌名

      Journal of Fluorine Chemistry

      巻: just accepted ページ: just accepted

    • DOI

      just accepted

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 新規キラル一級アミン触媒の開発と 分岐型アルデヒドの不斉フッ素化反応への応用2015

    • 著者名/発表者名
      柴富一孝
    • 学会等名
      第8回有機触媒シンポジウム兼「有機分子触媒による未来型分子変換」第5回公開シンポジウム
    • 発表場所
      沖縄県市町村自治会館・自治会館ホール
    • 年月日
      2015-05-10 – 2015-05-11
    • 招待講演
  • [学会発表] 有機分子触媒を用いた分岐型アルデヒドの不斉フッ素化反応および得られたα-フルオロアルデヒドのC-F結合切断を伴う立体特異的誘導化反応2014

    • 著者名/発表者名
      北原一利, 柴富一孝, 岩佐精二
    • 学会等名
      第45回中部化学関係学協会支部連合秋季大会
    • 発表場所
      中部大学春日井キャンパス
    • 年月日
      2014-11-29 – 2014-11-30
  • [学会発表] Primary Amine-Catayzed Enantioselective Fluorination of α-Branched Aldehydes and Subsequent Stereospecific C-F Bond Cleavage at Tertiary Carbon2014

    • 著者名/発表者名
      K. Shibatomi, K. Kitahara, T. Okimi, S. Iwasa
    • 学会等名
      2nd International Conference & 7th Symposium on Organocatalysis
    • 発表場所
      東京大学
    • 年月日
      2014-11-21 – 2014-11-22
  • [学会発表] 三級炭素上での立体特異的なC-F結合切断を経るキラル三級アルコールの不斉合成2014

    • 著者名/発表者名
      北原一利, 沖見卓哉, 柴富一孝, 岩佐精二
    • 学会等名
      第37回フッ素化学討論会
    • 発表場所
      大阪府立男女共同参画青少年センター
    • 年月日
      2014-10-30 – 2014-10-31
  • [学会発表] Enantioselective synthesis of chiral fluorinated molecules2014

    • 著者名/発表者名
      K. Shibatomi
    • 学会等名
      The 5th China-Japan-Korea Joint Seminar on Fluorine Chemistry
    • 発表場所
      Shanghai, China
    • 年月日
      2014-10-19 – 2014-10-21
    • 招待講演
  • [学会発表] 4,4,4-トリフルオロクロトンアルデヒドの合成と触媒的不斉反応への応用2014

    • 著者名/発表者名
      川崎洋平, 楢山輝, 安倍嘉之, 柴富一孝, 岩佐精二
    • 学会等名
      第4回フッ素化学若手の会
    • 発表場所
      舘山寺温泉開華亭、浜松
    • 年月日
      2014-08-08 – 2014-08-09
  • [学会発表] 軸不斉を持つ新規キラル一級アミン触媒を用いた分岐型アルデヒドの不斉フッ素化反応2014

    • 著者名/発表者名
      沖見卓哉, 森川大志, 安倍嘉之, 柴富一孝, 岩佐精二
    • 学会等名
      第4回フッ素化学若手の会
    • 発表場所
      舘山寺温泉開華亭、浜松
    • 年月日
      2014-08-08 – 2014-08-09
  • [学会発表] キラルアミン触媒を用いた分岐型アルデヒドの不斉フッ素化反応2014

    • 著者名/発表者名
      柴富一孝, 沖見卓哉, 森川大志, 安倍嘉之, 岩佐精二
    • 学会等名
      第4回公開シンポジウム 分子活性化‐有機分子触媒合同シンポジウム
    • 発表場所
      北海道大学学術交流会館
    • 年月日
      2014-06-20 – 2014-06-21

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公開日: 2016-06-01  

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