Development of N-H insertion reactions between carbenoids and ammonia and its application toward direct amino acid synthesis

类胡萝卜素和氨之间的N-H插入反应的进展及其在氨基酸直接合成中的应用

• 批准号: 21K14634
• 负责人: 齋藤 弘明
• 金额: $ 2.41万
• 依托单位: Nihon University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14634/
• 关键词: カルベン; 炭素ー窒素結合形成; α-アミノ酸; 環境調和型化学反応; アンモニア; カルベン挿入; 非天然アミノ酸; ペプチド; カルベン挿入反応; アミノ酸合成; 有機分子触媒; 遷移金属触媒

アンモニアを反応剤とするカルベンのN-H挿入反応の開発を目的として研究を行っている。カルベンは高い反応性をもつ炭素種として古くから知られており、生物活性物質合成における反応中間体あるいは化学反応を加速する触媒のリガンドとしても利用されている。私は、この高反応性カルベンを窒素－水素（N-H）原子間に挿入させることにより、新たに炭素－窒素(C-N)結合を立体選択的に構築する研究を展開してきた。当該年度には、触媒として組み込んだ中心金属種（ロジウム、コバルト、銅、鉄、亜鉛、ルテニウム錯体）の違いによるN-H挿入反応への影響を検討した。この際、窒素源として、有機溶媒に溶解させたアンモニア、アンモニア水およびアンモニアの化学的な等価体を用いることとした。アンモニア水を反応剤とするとき、反応溶媒、触媒また反応温度を含めて種々検討を重ねたものの、目的とするN-H挿入体は現在までに得られていない。これは、反応を進めるための加熱条件において、アンモニアが溶液中からの揮発を避けることができず、また水分子とカルベンとの反応が一部避けることができないためと推察された。そのため今後、極性基を組み込んだ高極性な金属錯体の利用による、低温下で進行させることが可能なカルベン挿入反応を検討することとする。一方、有機溶媒に溶解させた状態のアンモニアを用いるとき収率は5%に留まるものの鉄触媒を用いるとき、目的とするN-H挿入体が生成することがわかった。次年度以降収率の改善のために、引き続きさらに良い反応系の開発研究を継続する。以上のような結果を受け、反応系中での加水分解により第一級アミンに変換することができる化学的等価体を複数化合物選択して反応を実施したところ22%の収率で第一級アミン構造をもつN-H挿入体を形式的に合成することに成功した。本反応は、無触媒下で進めることも可能であり、今後精査する予定である。

正在进行研究，目的是使用氨作为反应物来开发卡宾斯的N-H插入反应。长期以来，卡宾斯一直被称为高反应性碳种类，并被用作合成生物活性物质或加速化学反应的催化剂的配体中的反应中间体。我一直在研究通过在氮 - 氢气（N-H）原子之间插入这种高反应性的碳纤维来立体选择性构建碳氮（C-N）键。在这个财政年度，研究了由于研究了催化剂的研究，由于中央金属物种的差异（菱形，钴，铜，铁，锌，氟森复合物）对N-H插入反应的影响。在这种情况下，将溶解在有机溶剂中的氨，氨水和氨的化学当量用作氮源。当将氨水用作反应物时，已经进行了各种研究，包括反应溶剂，催化剂和反应温度，但迄今为止尚未获得靶N-H插入物。这被认为是因为氨无法避免在加热条件下溶液中挥发以提高反应，并且无法避免水分子和卡宾之间的部分反应。因此，将来，我们将考虑一种可以在低温下使用高度极性金属配合物在低温下进行的卡宾插入反应。另一方面，当在溶解在有机溶剂中的状态下使用氨时，产率限制为5％，但是当使用铁催化剂时，发现所需的N-H插入物会产生。为了提高明年的产量，我们将继续继续开发和研究更好的反应系统。通过上述结果，选择了可以通过水解系统中的水解转化为原代胺的多个化学当量，并进行了反应，并以22％的屈服成功合成了具有原代胺结构的N-H插入物。该反应也可以在没有催化剂的情况下进行，并将在将来检查。