The Study of Site-Selective Oxidation of an Inactive C–H Bond with High Atom Economy

无活性C的位点选择性氧化研究

• 批准号: 21J13680
• 负责人: 土居内 大樹
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J13680/
• 关键词: C-H酸化; 実用的C-H酸化; 酸協働作用; ルテニウム触媒; 過酸化水素; 位置選択的C-H酸化; 非ヘム型触媒; 省資源化

C-H酸化反応は、有機化合物中に多種多様に存在する炭素-水素(C-H)結合を、酸素官能基へと直接変換する合成化学的に有用な反応である。しかし、多種多様なC-H結合の酸化には、位置選択性、基質適用範囲、触媒耐久性、原子効率、反応速度などに課題が存在し、それらを解決する新たなC-H酸化法の開発が必要となっている。本研究者は、独自に非ヘム型ルテニウム錯体を開発し、優れた位置選択性、幅広い基質適用範囲、高い触媒耐久性を有するC-H酸化を達成した。しかし、酸化剤に原子効率の低い高原子価ヨウ素試薬が必要であった。そこで、触媒の軸配位子を塩素配位子からカルボキシレート配位子へと置き換え、原子効率に優れた過酸化水素を酸化剤に利用することに成功した。前述の高原子価ヨウ素試薬を用いた反応は、カルボン酸によって反応速度が大幅に加速されることが観測されており、同効果はカルボン酸がオキソ種へと水素結合することが鍵となっていると考察した。同考察に基づき、触媒分子内にカルボン酸部位を導入すれば、分子内水素結合によってより、効率的にオキソ種を活性化でき、ジカルボン酸ならば、過酸化水素を活性化するカルボキシレート配位子とオキソ種の活性化の二つの効果を同時に満たすと考えられた。そこで、各種ジカルボン酸を配位子として精査し、シュウ酸、マロン酸、マレイン酸を用いた際に、大幅な反応速度の加速が起きることを見出した。特に、マレイン酸を用いることで、同分野で最大の触媒回転頻度である毎時600回転を達成した。本手法は、様々な官能基を有する基質のC-H酸化、不活性なメチレンC-H結合の酸化、および、複雑な天然物・医薬品誘導体の高位置選択的C-H酸化を可能とした。このように、本研究によって、真に実用的なC-H酸化法を達成した。また、カルボン酸によるオキソ種の活性化は、オキソ種が関わる化学を更に発展させる重要な知見である。

C-H氧化反应是一种合成化学有用的反应，可直接将存在于多种有机化合物中的碳-氢（C-H）键转化为氧官能团。然而，多种C-H键的氧化都存在问题，包括区域选择性、底物适用性、催化剂耐久性、原子效率和反应速率，有必要开发一种新的C-H氧化方法来解决这些问题。变得。研究人员自主开发了非血红素钌配合物，实现了C-H氧化，具有优异的区域选择性、较宽的底物应用范围和较高的催化剂耐久性。然而，氧化剂需要原子效率低的高价碘试剂。因此，他们成功地将催化剂的轴向配体从氯配体替换为羧酸盐配体，并使用具有优异原子效率的过氧化氢作为氧化剂。在上述使用高价碘试剂的反应中，观察到羧酸显着加速了反应速率，我认为这种效果的关键是羧酸与氧代物质的氢键合。确实有。基于同样的考虑，如果将羧酸部分引入到催化剂分子中，则可以通过分子内氢键更有效地活化含氧物种，并且如果是二羧酸，则可以认为活化过氧化氢的羧酸配位可以同时满足激活子代和氧代物种的两种效果。因此，我们研究了各种二羧酸作为配体，发现当使用草酸、丙二酸和马来酸时，反应速率显着加快。特别是，通过使用马来酸，我们实现了每小时600转的催化剂旋转频率，这是该领域最高的。该方法能够实现具有各种官能团的底物的C-H氧化、惰性亚甲基C-H键的氧化以及复杂天然产物和药物衍生物的高度区域选择性C-H氧化。因此，通过本研究，我们实现了真正实用的C-H氧化方法。此外，羧酸对含氧物质的活化是进一步发展涉及含氧物质的化学的重要发现。

项目成果

非ヘム型ルテニウム触媒を用いた不活性なC-H結合の位置選択的酸化

使用非血红素钌催化剂对惰性 C-H 键进行区域选择性氧化

• 发表时间: 2022
• 作者: 土居内大樹;下田菜々子;内田竜也
• 通讯作者: 内田竜也

Carboxylic Acid-Cooperative-Ru(bpga)-Catalyzed Highly Site-Selective C-H Oxygenation

羧酸-协同-Ru(bpga)催化的高位点选择性C-H氧化反应

• 发表时间: 2023
• 作者: Daiki Doiuchi;Nanako Shimoda;Tatsuya Uchida
• 通讯作者: Tatsuya Uchida

非ヘム型ルテニウム(bpga)触媒を用いた位置選択的C-H酸化反応

使用非血红素钌 (bpga) 催化剂的区域选择性 C-H 氧化反应

• 发表时间: 2022
• 作者: 土居内大樹;下田菜々子;内田竜也
• 通讯作者: 内田竜也

水を酸素源とする触媒的C-H 酸素官能基化

以水为氧源的催化C-H氧官能化

• 发表时间: 2021
• 作者: 土居内大樹;内田竜也
• 通讯作者: 内田竜也

Catalytic Highly Regioselective C-H Oxygenation Using Water as the Oxygen Source: Preparation of 17O/18O-Isotope-Labeled Compounds

• DOI: 10.1021/acs.orglett.1c02812
• 发表时间: 2021-09-08
• 期刊: ORGANIC LETTERS
• 影响因子: 5.2
• 作者: Doiuchi, Daiki;Uchida, Tatsuya
• 通讯作者: Uchida, Tatsuya