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; 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。

尽管这与应用程序时的时间表不同，但与去年一样，我们努力开发一种新的催化反应，该反应利用了由于键减弱而导致的特定C（SP3）-H键削弱的现象。直到去年，将硼和硅催化剂用作酒精识别位点，并为酒精α-位c（SP3）-H键产生了选择性烷基化反应，这些反应利用了由于硼酸盐和硅酸盐形成底物与酒精形成底物引起的键弱键的现象。与光催化剂和HAT催化剂相结合的几个反应示例，​​用于区域选择性C（SP3）-H键功能化，包括上述我的两种反应。但是，所有先前报道的键弱催化剂都会导致与酒精的键形成削弱酒精α-position C（SP3）-H键，并且尚无催化剂可导致键在其他功能组附近削弱C（SP3）-H键。因此，我们决定开发催化剂，以削弱非酒精的键。在这里，胺像酒精一样具有在药物，农药和天然产物中广泛发现的结构，胺α-位置C（SP3）-H键官能化是一种有用的反应，可导致化学空间扩张，因此我们致力于开发粘结型降低催化剂靶向胺的键。当我们搜索靶向胺在计算化学下靶向胺的键的削弱时，建议胺α-位置C（SP3）-H脂肪胺胺的键在胺与也属属属属属属时发生时发生脂肪族胺的键。基于这些计算结果，研究了条件，并使用杂交催化剂系统的脂肪胺原代胺α-位置C（SP3）-H键的选择性烷基化反应开发，该系统在蓝色的LED LED LIDED IRADADIADIAD下成功地携带，该杂交催化剂系统由光催化剂，HAT催化剂和葡萄球菌催化剂成功携带。除了C（SP3）-H键官能化反应外，它还使用自由基物种使用已经在先前研究中使用的计算化学技术来促进肽和蛋白质修饰反应的发展。