相間移動触媒を用いた立体選択的なエステル官能基変換反応の開発

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K05497
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 山本 英治 九州大学, 理学研究院, 助教 (70782944)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 徳永 信 九州大学, 理学研究院, 教授 (40301767)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 不斉加アルコール分解 / 不斉エステル交換 / 相間移動触媒 / アズラクトン / アミノ酸エステル / シンコナアルカロイド / 四級アンモニウム塩

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、エステル官能基の触媒的な立体選択的変換反応が未だ未成熟である点に着目し、そのカテゴリーに含まれる反応として相間移動触媒を用いた不斉エステル交換反応および加アミド分解反応の開発を目指し、検討を実施した。2020年度では、シンコナアルカロイド由来のキラル四級アンモニウム塩を相間移動触媒として用いてアミノ酸エステル類およびアズラクトン類の不斉加アルコール分解反応の開発を重点的に検討した。

不斉加アルコール分解に関する予備実験では、t-Leucine 由来のアミノ酸エステルを基質として用いた場合に、収率、立体選択性はそれぞれ75%、91%eeであり、やや改善の余地のある状況であった。また、基質となるアミノ酸エステルやアズラクトン基質上の置換基検討や求核剤となるアルコールの検討も十分行われていなかった。そこで、最初にアズラクトンを基質として用いた反応の検討を行った。その結果、アズラクトン基質においては、より高い立体選択性、収率で反応が進行することが明らかになった(最大97% ee、87%収率)。
また、反応条件の検討も進めたところ、アズラクトン基質において、これまでNaOH水溶液を利用していたところを固体のNaOHと置き換え、反応剤となるアルコールを滴下しながらゆっくり反応容器へと加えることで様々なアルコール基質で高い立体選択性が発現することを見出した。これは、アルコールを滴下することで反応剤とは別分子のアルコールが基質や触媒と不必要な相互作用することを抑制した結果であると推測している。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究開始前の予備実験の結果と比べ、アズラクトンを基質し、反応条件を最適化することでより高い収率、選択性で反応が進行する触媒系の開発に成功した。
また、求核剤となるアルコールの適用範囲を調べたところ、ベンジルアルコールに限らず、鎖状アルカノール類をはじめ、プロパルギルアルコールやアリルアルコールなどの多重結合をもつアルコールやハロゲンやシリルエーテルなど生成物を変換する足掛かりとなる官能基をもつ基質など、幅広い構造のアルコールに対して適用できることを新たに明らかにした。また、触媒の量に関して、研究当初、10 mol%と比較的多めの触媒量で反応を行っていたが、反応条件を最適化することで添加量を0.1 mol%まで低下しても立体選択性を下げることなく反応が進行し、41%収率で目的生成物を与えることも確認できた。この際、触媒回転数は441であり、有機触媒反応としてはかなり高い効率で反応を行えているといえる結果である。以上のことを踏まえ、研究全体として概ね順調に進められていると判断した。

Strategy for Future Research Activity

今後、さらに対照実験やHammet則に基づく手法に加えて、量子化学計算的手法を用いた反応機構の解析を検討する予定である。また、さらにエステル基質、アズラクトン基質の適用範囲の検討も実施する。これらの結果をまとめて、論文化を進めるとともに、不斉加アミン分解への展開も検討する。

Causes of Carryover

コロナの影響で学会発表がオンライン開催になり、旅費が不要になるケースが発生した。また、実験の進捗が遅れてしまったため、その分の試薬類や英文校閲費を繰り越す必要が生じた。