カルボン酸を特異的に認識・活性化する触媒反応の開発とその応用

特异性识别和活化羧酸的催化反应的进展及其应用

基本信息

批准号：
16H02604
负责人：
竹本佳司
金额：
$ 28.62万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-01 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

カルボン酸は極性が高い酸性官能基を有することから、反応基質として直接使用されることは稀であり、触媒研究で唯一残されている未開拓分野である。カルボン酸の触媒反応の開発を目指し、水素結合・イオン結合・配位結合による三重の活性化が期待できるボロン酸-チオ尿素ハイブリッド触媒を設計した。不飽和カルボン酸へのヘテロマイケル付加反応と付加環化反応に対する反応加速効果と立体選択性を指標として不斉ハイブリッド触媒の有効性を調査した。不飽和カルボン酸への直接的な不斉マイケル反応は未開拓な反応である。そこで不斉アザマイケル付加反応を検討した。新規触媒として、水素結合供与部にN-Boc基、スルホニル基、ウレア、チオウレアを有する種々のアミノアリールボロン酸触媒を10種類合成した。それぞれの触媒に対して、クロトン酸をモデル基質として、溶媒、濃度、温度、求核剤など反応条件の最適化をしたところ、チオウレアとボロン酸からなるハイブリッド触媒が有効であることが判明した。特に四塩化炭素中、室温下、ヒドロキシルアミン誘導体（BnONH2）を作用させることで、高エナンチオ選択的に目的のアザ・マイケル付加体が得られた。さらにこの反応には、MS4Aと芳香族カルボン酸の添加が高収率および高いエナンチオ選択性に必須であることを明らかにした。次に、付加環化反応として、Diels-Alder反応を上記の不斉触媒を用いて検討した。基質としてボロン酸触媒への配位が可能なアクリル酸と2,4-ペンタジエノールの反応を精査した結果、使用する溶媒により反応速度が異なること、共役付加反応とは異なりMS4Aの添加は必要ではないことなどを見出した。現時点では収率はまだ低い段階にあるが、幾つか有益な知見が得られたことから、不斉触媒と反応条件をさらに精査することで収率とエナンチオ選択性を向上できると考えている。

由于羧酸具有高极性酸性官能团，因此很少直接用作反应底物，并且是催化剂研究中唯一剩余的未探索领域。为了发展羧酸的催化反应，我们设计了一种硼酸-硫脲杂化催化剂，有望通过氢键、离子键和配位键实现三重活化。使用反应加速效应和立体选择性作为不饱和羧酸杂迈克尔加成和环加成反应的指标，研究了不对称杂化催化剂的有效性。不饱和羧酸的直接不对称迈克尔反应是一种尚未探索的反应。因此，我们研究了不对称阿扎迈克尔加成反应。作为新型催化剂，我们合成了10种不同的氢键供体中含有N-Boc基团、磺酰基、脲和硫脲的氨基芳基硼酸催化剂。他们使用巴豆酸作为模型底物，优化了每种催化剂的溶剂、浓度、温度和亲核试剂等反应条件，发现由硫脲和硼酸组成的混合催化剂是有效的。特别是，通过在四氯化碳中在室温下与羟胺衍生物（BnONH2）反应，以高对映选择性获得了所需的氮杂迈克尔加合物。此外，研究表明，MS4A 和芳香族羧酸的添加对于该反应的高收率和高对映选择性至关重要。接下来，作为环加成反应，使用上述不对称催化剂研究了第尔斯-阿尔德反应。对丙烯酸和 2,4-戊二烯醇（可以与硼酸催化剂作为底物配位）之间的反应进行仔细检查后发现，反应速率根据所使用的溶剂而有所不同，并且与共轭加成反应不同，添加我发现MS4A是必要的。目前收率仍处于较低阶段，但我们得到了一些有用的发现，我们相信通过进一步研究不对称催化剂和反应条件可以提高收率和对映选择性。