基質認識による触媒活性スイッチを鍵とした位置選択的な炭素―水素結合変換触媒の開発

基于底物识别的催化活性转换的区域选择性碳氢键转化催化剂的开发

• 批准号: 19J23157
• 负责人: 坂井 健太郎
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J23157/
• 关键词: アミン; ゲルマニウム触媒; アルコール; ホウ素触媒; ケイ素触媒; ボレート; シリケート; HAT触媒; 炭素－水素結合官能基化; 光触媒; 水素原子移動触媒; 結合弱化触媒; 位置選択性; ラジカル; 均一系触媒; 有機合成化学; C-H結合官能基化; フォトレドックス触媒; 水素原子移動; 水素原子移動（HAT）触媒; ハイブリッド触媒

申請時の予定とは異なるが、昨年度と同様に結合弱化触媒による特定のC(sp3)-H結合の結合弱化現象を活用した新規触媒反応開発に取り組んだ。昨年度までは、アルコール認識部位としてホウ素やケイ素触媒を用い、基質のアルコールとのボレートおよびシリケート形成による結合弱化現象を利用したアルコールα位C(sp3)-H結合選択的なアルキル化反応を開発していた。結合弱化触媒を開発し、光触媒、HAT触媒と組み合わせ、位置選択的なC(sp3)-H結合官能基化に活用した反応は、前述の私の反応2種類を含め、数例が知られている。しかし、既報の結合弱化触媒はすべてアルコールとの結合形成によってアルコールα位C(sp3)-H結合弱化を引き起こすものであり、他の官能基近傍のC(sp3)-H結合弱化を引き起こす触媒は知られていなかった。そこで、アルコール以外を対象とした結合弱化触媒の開発に取り組むこととした。ここで、アミンはアルコールと同様に医薬品、農薬、天然物中に幅広く見られる構造であり、アミンα位C(sp3)-H結合官能基化はケミカルスペース拡張につながる有用な反応であるため、アミンを対象とした結合弱化触媒開発に取り組んだ。計算化学主導でアミンを対象とした結合弱化現象を探索したところ、アミンがゲルマニウム触媒と複合体を形成した際に、脂肪族1級アミンのアミンα位C(sp3)-H結合弱化が起きることが示唆された。この計算結果を基に条件検討を行った結果、青色LED光照射下、光触媒、HAT触媒、ゲルマニウム触媒からなるハイブリッド触媒系による脂肪族1級アミンα位C(sp3)-H結合選択的なアルキル化反応の開発に成功した。また、C(sp3)-H結合官能基化反応以外に加え、これまでの研究で活用してきた計算化学手法を用い、ラジカル種によるペプチド、タンパク質修飾反応開発にも貢献した。

Application time is different from the previous year, and the combination weakening catalyst is different from the specific C(sp3)-H combination weakening phenomenon. In the past year, the phenomenon of weak binding of the matrix and the formation of the matrix was developed by using the C(sp3)-H binding of the α-position of the matrix. A combination of weak catalysts, photocatalysts, HAT catalysts, combinations, position-selective C(sp3)-H combination functionalization, and the use of the two types of the above-mentioned reaction are known. The binding weakening catalyst reported in this paper has been used to weaken the binding of C (sp3)-H near the α-position of the functional group. In addition to the above, it is necessary to combine the development of weak catalysts with the development of new technologies. In medicine, agriculture and natural substances, C(sp3)-H bond functionalization is used to prepare useful reaction groups, target groups and weak bond catalysts. Computational chemistry is the dominant factor in the formation of C(sp3)-H bonds at the α-site of aliphatic class 1 catalysts. The calculation results are based on the experimental results. Under cyan LED light irradiation, photocatalyst, HAT catalyst, catalyst system, aliphatic group 1, α-position C(sp3)-H combination selection, the development of photocatalyst and HAT catalyst is successful. In addition to the addition of C(sp3)-H to functionalized reaction systems, the study also uses computational chemistry techniques to contribute to the development of qualitatively modified reaction systems.

项目成果

ホウ素型新規結合弱化触媒を用いたアルコールα位C(sp3)-Hアルキル化

使用新型硼型弱键催化剂进行醇α位C(sp3)-H烷基化

• 发表时间: 2021
• 作者: 坂井健太郎;生長幸之助;金井求
• 通讯作者: 金井求

A Bond-Weakening Borinate Complex for Improved Scope of Photoredox α-C-H Alkylation of Alcohols

一种用于改善醇光氧化还原 α-C-H 烷基化范围的弱键硼酸酯络合物

• 发表时间: 2019
• 作者: Kentaro Sakai;Kounosuke Oisaki;Motomu Kanai
• 通讯作者: Motomu Kanai

Site-selective α-C(sp3)－H Alkylation of Alcohols and Primary Amines Promoted by Photoredox, HAT, and Bond-Weakening Hybrid Catalysis

光氧化还原、HAT 和弱键混合催化促进醇和伯胺的位点选择性 α-C(sp3)－H 烷基化

• 发表时间: 2022
• 作者: Kentaro Sakai;Kounosuke Oisaki;Motomu Kanai
• 通讯作者: Motomu Kanai

SYNTHESIS Best Paper Award Winners 2020

2020 年 SYNTHESIS 最佳论文奖获得者

Identification of Bond-Weakening Spirosilane Catalyst for Photoredox α-C-H Alkylation of Alcohols

• DOI: 10.1002/adsc.201901253
• 发表时间: 2019-12-04
• 期刊: ADVANCED SYNTHESIS & CATALYSIS
• 影响因子: 5.4
• 作者: Sakai, Kentaro;Oisaki, Kounosuke;Kanai, Motomu
• 通讯作者: Kanai, Motomu