空気中の酸素を用いるエナンチオ選択的ラジカルカチオン[2+2]環化付加反応の開発

利用空气中的氧气进行对映选择性自由基阳离子[2+2]环加成反应的发展

• 批准号: 22KJ1584
• 负责人: 片桐 佳
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1584/
• 关键词: ラジカルカチオン; 環化付加反応; キラル鉄(III)触媒; 青色LED; エナンチオ選択的反応; キラル対アニオン

中性分子の一電子酸化によって生成するラジカルカチオンは、酸・塩基相互作用による二電子関与の活性化では発現できない特異的な反応性を示すことから、有機反応、特に環化付加反応への応用が近年盛んに行われている。こうしたラジカルカチオンの生成方法として、ルテニウムやイリジウムなどの貴金属から成る光レドックス触媒を用いる手法が多く報告されている。一方、当研究室では元素戦略の観点から資源豊富な鉄塩を触媒的一電子酸化剤に用いるラジカルカチオン環化付加反応の開発を行なっている。現在も多くの研究者によって新たな手法の開発が進んでいるなか、一方の鏡像異性体のみを選択的に生成するエナンチオ選択的反応の開発例はない。反応中間体であるラジカルカチオンは不安定であり、立体制御が難しいためである。私はエナンチオ選択的反応を開発するために、ラジカルカチオンの対アニオンに着目した。一電子酸化剤としてキラル鉄(III)触媒を用いることで、ラジカルカチオンの近傍にキラル対アニオンを導入でき、生成物をエナンチオ選択的に与えることができる。以上の仮説のもと、申請者はキラル鉄(III)触媒を用いるエナンチオ選択的ラジカルカチオン環化付加反応を開発することとした。尚、本反応の反応条件を検討していた際、キラル鉄(III)触媒の代わりに空気酸素とキラルブレンステッド酸を用いても反応が進行することを偶然発見したことから、当初は空気中の酸素とキラルブレンステッド酸を用いるエナンチオ選択的ラジカルカチオン[2+2]環化付加反応を開発する予定であった。しかし、空気酸素の酸化力の調節が難しく副反応の抑制が困難だったため、まずはキラル鉄(III)触媒を用いる反応の開発に着手した。その結果、青色LED照射化、適切なキラル鉄(III)触媒を用いることにより目的生成物を高収率、高エナンチオ選択的に得ることに成功した。

由中性分子的单电子氧化产生的自由基阳离子表现出特异性反应性，这不能通过通过酸碱相互作用激活生物销物参与而表达，并且已广泛应用于有机反应，尤其是近年来的环化添加反应。据报道，许多方法使用了由唯一金属制成的光毒催化剂，例如钌和虹膜菌作为产生这种自由基阳离子的方法。另一方面，我们的实验室正在从元素策略的角度利用富含资源的铁盐作为催化单电子氧化剂来开发自由基阳离子环化反应。尽管许多研究人员仍在开发新的方法，但没有一个例子来开发仅有选择地产生一种对映异构体的对映选择性反应。这是因为反应中间体的自由基阳离子是不稳定的，并且很难立体控制。我专注于自由基阳离子的反帝国，以发展对映选择性反应。通过使用手性铁（III）催化剂作为单电子氧化剂，可以在自由基阳离子附近引入手性色阴离子，并且可以对产物进行对立。基于上述假设，申请人决定使用手性铁（III）催化剂开发对映选择性自由基阳离子环化反应。此外，在考虑这种反应的反应条件时，我们意外地发现，可以使用空气氧和手性br布酸代替手性铁（III）催化剂，因此我们最初计划使用空气氧气和胆汁的牛奶和胆汁的甲基酸性反应开发对映体性自由基阳离子[2+2]环化添加反应。但是，由于很难调节空气氧的氧化能力和副反应的抑制，因此我们首先开始使用手性铁（III）催化剂进行反应。结果，通过辐照蓝色LED并使用适当的手性铁（III）催化剂，成功获得了高产量和高产物的目标产物。

项目成果

Enantioselective Radical Cation [2+2] and [4+2] Cycloadditions Using Chiral Iron(III) Catalyst with Photoirradiation

使用手性铁 (III) 催化剂和光照射进行对映选择性自由基阳离子 [2 2] 和 [4 2] 环加成反应

• 发表时间: 2023
• 作者: ○Kei Katagiri;Haruna Kato;Syuhei Ohmura;Takahiro Horibe;Kazuaki Ishihara
• 通讯作者: Kazuaki Ishihara