2018 Fiscal Year Annual Research Report
シグマトロピー転位を基軸とする芳香族化合物の官能基化反応の開発
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18J22842
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
柳 智征 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | シグマトロピー転位 / アリールスルホキシド / ビアリール合成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
以下２つの成果を得た
1)スルホキシドを配向基とする反復アリール化によるオリゴアレーン合成
我々は近年，アリールスルホキシドとフェノールを酸無水物存在下で反応させることで，一時的に硫黄酸素結合を介して２つの芳香環が連結し，[3,3]シグマトロピー転位によってビアリール骨格が構築できることを報告した．出発原料のスルホキシド部位は反応の進行に従って還元されスルフィドとなるが，これを再度酸化し，スルホキシドとすることで再度アリール化に用いることができると考え，本ビアリール合成法によるオリゴアレーン合成を試みた．実際に，アリールスルホキシドとフェノールをカップリングによって得られた生成物を，スルホキシドへの再酸化し，二度目のカップリングを試みたところ，３つの芳香環が連結したターフェニルが良好な収率で得られた．本手法は高い官能基許容性を有し，オリゴアレーン合成に汎用されている鈴木・宮浦カップリング反応条件下では共存不可能なハロゲノ基を有するオリゴアレーンも合成可能であった．一連の操作を４回繰り返すことで，５つの芳香環を順次連結することにも成功した．
2)ニッケル触媒によるアリールスルホニウムのカルボキシル化反応
三ヶ月の海外留学にてニッケル触媒による還元的カルボキシル化反応に関する研究に携わったことをきっかけに，有機硫黄化合物のカルボキシル化反応の開発を構想した．当初，アリールスルフィドのカルボキシル化の検討を行ったが，強固な炭素硫黄結合の切断が困難であり方針の変更を迫られた．そこで，より酸化的付加活性の高いアリールスルホニウムに基質をかえて検討を行ったところ，目的のカルボキシル化が高収率で進行することを見いだした．本反応には，フェナントロリン系配位子が高い触媒活性を示した．また，溶媒効果が顕著であり，DMSOを用いた場合突出した収率で目的のカルボン酸が得られた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画していたN-クロロアセトアニリドとアリールスルフィドを用いたアニリノスルホニウム中間体の生成を経るビアリール合成反応の実現に向け鋭意検討を行っていたものの，これまでのところ反応の進行は残念ながら確認できていない．現在，N-クロロアセトアニリドをアニリン-N-オキシドなど別の窒素化学種に置き換えることで問題の解決を試みている．
またこれと並行して，我々が近年報告したビアリール合成の次なる展開として，オリゴアレーン合成への応用も検討した．一般に，オリゴアレーンは鈴木・宮浦カップリングを繰り返すことで合成されており，遷移金属触媒を使わない合成法は稀である．本手法は，既存法での合成が難しい立体的に非常に込み合ったオリゴアレーン合成に非常に有用であることがわかった．
当初の計画から若干の変更が必要になっている部分もあるが，大枠では研究課題であるシグマトロピー転位を基軸とする芳香環化合物の官能基化反応の開発は進展しているといえる．
カルボン酸は有機合成的に非常に重要な官能基であるものの，これまで有機硫黄官能基から直接変換反応は非常に限られていた．当初の計画にはなかったニッケル触媒によるアリールスルホニウムのカルボキシル化反応の開発であるが，こうした需要に対し新たな合成ルートを提供できる非常に意義深い研究といえる．反応の基質適用範囲は若干の改善の余地を残しているものの，反応機構に関する知見も集まりつつあり，概ね順調に進展しているといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
シグマトロピー転位によるアニリン-N-オキシドを基質のオルト位修飾反応の開発を行う．
NーO結合の開裂を伴うシグマトロピー転位は古くから有機合成に用いられてきたが，その多くはヒドロキシルアミン誘導体を用いたものであった．しかしながら，ヒドロキシルアミンベースの合成は基質合成に手間がかかることが実用性の面での課題であった．一方でアニリン-N-オキシドは対応するアニリンに対してmCPBAなどの汎用酸化剤を作用させるのみで調製可能である．そこでアニリン-N-オキシドを用いたアニリンのオルト位修飾反応が開発できればより短工程でのアニリン類の誘導体化が可能となる．より具体的にはアニリン-N-オキシドに対し，種々のビニルカチオン等価体を作用させ，酸素原子で捕捉することで[3,3]シグマトロピー転位前駆体の形成を狙う．
アミノ基はπ電子系に大きな摂動をもたらす官能基として様々な機能性有機分子に含まれる．本手法により，これら機能性分子の合成終盤での誘導体化が可能となればライブラリ構築のための強力な手法になりうると考えられる．
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