遷移金属・ルイス酸複合触媒の分子設計と複素環Ｃ－Ｈ官能基化のサイト自在制御

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C-H結合の直接的かつサイト選択的な官能基化は有機分子の構造的複雑化や多様化を迅速に行う手法として理想的であり，複雑分子の合成や医薬品のリード化合物探索を加速する．本研究では，精密に分子設計された遷移金属と典型金属ルイス酸の複合触媒を用い，医薬品分子において重要な部分構造をなす含窒素複素環について，高度な反応サイト制御を伴ったC-H官能基化手法を創出することを目指している．本年度は主に，コバルトと種々のルイス酸を近接配置可能な二官能性配位子であるホスフィン・第二級ホスフィンオキシド（PSPO）配位子を利用したヘテロ芳香族化合物のサイト選択的なC-H官能基化反応の検討を続けるとともに，両者を遠隔配置しうる新規配位子の設計・合成と機能探索を行った．前者の触媒系においては，以前に見つけたコバルト・アルミニウムの組み合わせに加えて，コバルト・マグネシウムの組み合わせもピリジン，ピリドン，イミダゾピリジンのアルキンによるヘテロ原子近接位C-Hアルケニル化に有効であり，場合に応じでより優れた触媒能を示すことを見いだした．さらに，詳細なDFT計算により，これらの反応におけるC-H活性化がいずれもligand-to-ligand hydrogen transfer（LLHT）とよばれる配位子間水素移動機構で進行していることを明らかにした．また，速度論的同位体効果および反応速度の検討から，律速段階は必ずしも常にC-H活性化ではなく，反応条件に依存することを突き止めた．後者の触媒系については，ホスフィンと第二級ホスフィンオキシドを種々のリンカーで連結した配位子を合成し，コバルト・アルミニウム触媒系によるピリジンとアルキンの反応をモデルとして機能を調べた．その結果，リンカーが3原子程度の場合はC2位選択的に反応が進行する一方，4原子以上になると主としてC4位選択性を示すことがわかった．