高配位化学種と遷移金属が関与する複合電子系の反応設計と開発

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物質・生命科学の基礎をなす有機合成化学は,革新的な新反応の開発・発見によって大きく発展してきた.例えば,不斉合成やクロスカップリング,オレフィンメタセシスは,すでに化学プロセスに革命を起こしている.そのような観点からわれわれは,ニトリルの炭素-シアノ基結合をニッケル触媒によって活性化・切断し,有機基とシアノ基をアルキンへ付加させるカルボシアノ化反応を世界に先駆けて報告した.反応効率の向上を目指してさらに検討した結果,ニッケル触媒とルイス酸触媒を併用することによって,カルボシアノ化反応の触媒活性を飛躍的に向上できること,またルイス酸触媒を用いない反応条件では全く反応しなかったアセトニトリルなどのシアン化アルキルのアルキンへの付加も達成した.本研究では,このように複数の金属触媒が協奏的に作用して,不活性な炭素-炭素結合を活性化する複合電子系の詳細を理論計算によって高精度に予測・解明するとともに,その成果を実験化学的な検討にフィードバックすることによって,より高反応性,高選択性を有する触媒系を開発して標的触媒反応の高効率化と適用範囲の拡大,新反応の創製を実践している.本年度は,同触媒系によるカルボシアノ化反応の基質適用範囲の拡大を目指して実験化学的検討を行った結果,ニッケル/トリアリールボラン触媒を用いることによってシアン化アルキニルおよびシアノギ酸エステル,シアノギ酸アミドのアルキンおよび1,2-ジエンへの付加を達成した.本反応によって,高度に官能基化されたアクリロニトリルを立体選択的に合成できるようになり,中枢性の神経障害性疼痛治療薬プレガバリンの触媒的不斉合成にも応用できた.