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

基本信息

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

项目摘要

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。

中性分子的一电子氧化产生的自由基阳离子表现出特定的反应性，这是通过酸碱相互作用涉及两个电子的活化所无法表达的，这使得它们可用于有机反应，特别是近年来积极开展的环加成反应。作为产生这种自由基阳离子的方法，已经报道了许多使用由贵金属例如钌和铱制成的光氧化还原催化剂的方法。另一方面，我们实验室正在从元素策略的角度出发，利用资源丰富的铁盐作为催化单电子氧化剂，开发自由基阳离子环加成反应。尽管许多研究人员目前正在开发新方法，但还没有选择性地仅产生一种对映体的对映选择性反应的例子。这是因为作为反应中间体的自由基阳离子不稳定且空间控制困难。为了发展对映选择性反应，我专注于自由基阳离子的抗衡阴离子。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抗衡阴离子，并且可以对映选择性地提供产物。基于上述假设，申请人决定开发一种使用手性铁(III)催化剂的对映选择性自由基阳离子环加成反应。在考虑该反应的反应条件时，我们意外地发现即使使用空气氧和手性布朗斯台德酸代替手性铁(III)催化剂，反应也会进行。我们计划开发一种对映选择性自由基阳离子[2+2]。使用氧和手性布朗斯台德酸的环加成反应。然而，由于难以控制空气氧的氧化能力并抑制副反应，因此他们首先开始开发使用手性铁（III）催化剂的反应。结果，我们通过使用蓝色 LED 照射和适当的手性铁 (III) 催化剂，成功地以高产率和高对映选择性获得了所需的产物。