News Letter Vol. 41（May 2021）
文部科学省科学研究費助成事業「新学術領域研究」 平成 29～令和 3 年度

分子合成オンデマンドを実現する
ハイブリッド触媒系の創製
領域略称名「ハイブリッド触媒」 領域番号 2907 http://hybridcatalysis.jp/

目次
・研究紹介
「二種のアミン触媒による連続反応の開発」
東京農工大学大学院工学研究院
教授 ・ 加納 太一「金属錯体ハイブリッドによる炭化水素の官能基化」
京都大学大学院工学研究科
講師 ・ 石田直樹

・トピックス
業績・報道・活動などの紹介

ハイブリッド触媒
ニュースレター Vol. 41 (2021)
研究紹介

二種のアミン触媒による連続反応の開発

東京農工大学大学院工学研究院 ・ 教授
A03 加納 太一
kano@go.tuat.ac.jp

1．はじめにアルデヒドやケトンは光学活性なアミン触媒とエナミン中間体を形成することで、求核剤として活性化され、系内に存在する求電子剤と反応してα位が置換されたアルデヒドやケトンを立体選択的に与える。アミン触媒による反応として、アルデヒド間のアルドール反応で生じた生成物が、二度目のアルドール反応の求電子剤となる連続反応が知られている。しかしながら、二度のアルドール反応は同一の触媒で促進されるため、形成される不斉炭素の立体化学は二度とも同じものとなり、他の立体異性体を作ることができない。本稿では、二段階の反応それぞれを二種類のアミン触媒で促進することで実現された、三連続した不斉点を有する高度に官能基化された化合物の不斉合成について紹介する。
2．これまでの研究概要
光学活性なアミン触媒とカルボニル化合物から生じるエナミン中間体を求核剤として利用する反応では、さまざまな求電子剤が用いられてきたが、過酸化ベンゾイル（BPO）を求電子剤として用いると、カルボニル化合物のα位がベンゾイロキシ化された生成物が得られる[1]。
このとき、私達の開発した 2-トリチルピロリジンや Hayashi-Jørgensen 触媒を用いると高いエナンチオ選択性で生成物が得られる。2-トリチルピロリジンは他の触媒に比べて、窒素原子の求核性が低下しているため[2]、BPO と直接反応して不活性化を起こしにくく、収率の上がりにくいベンゾイロキシ化反応に適している。2-トリチルピロリジンは合成時の光学分割が煩雑という問題があったが、その後の検討の結果、trans-ヒドロキシプロリンから簡便に得られる触媒 (S,R)-1 を用いると、より高い収率で生成物が得られることを見出している[3]。

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ニュースレター Vol. 41 (2021)
この不斉ベンゾイロキシ化反応で得られるα位に酸素官能基をもった光学活性なアルデヒ
ドを、スレオニン由来のアミン触媒 O-TBS-L-Thr によるジヒドロキシアセトン誘導体 2 との不斉アルドール反応の求電子剤として利用したところ、三連続した不斉点をもったシン体のアルドール生成物が得られた[4]。3-ベンジロキシプロパナールを求核剤に用いれば、フルクトース誘導体が得られるが、ごく微量の生成物しか得られなかった。興味深いことに、アルデヒドのベンジル基をフッ素化されたジフェニルメチル基に置き換えると、中程度の収率ながらフルクトース誘導体が高いエナンチオ選択性で得られた。

一方、環状のジヒドロキシアセトン誘導体 3 とプロリン触媒を用いた反応は全く進行しなかった。ジヒドロキシアセトン誘導体 3 が酸に極めて不安定で、ベンゾイロキシ化反応で副生する安息香酸で分解していたことから、一段階目の反応後に溶液を塩基性イオン交換樹脂に通したところ、アンチ体のアルドール生成物を高いエナンチオ選択性で得ることができた。

3．参考文献[1] (a) Kano, T.; Mii, H.; Maruoka, K. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 3450–3451. (b) Gotoh, H.; Hayashi,Y. Chem. Commun. 2009, 3083–3085. (c) Vaismaa, M. J. P.; Yau, S. C.; Tomkinson, N. C. O. TetrahedronLett. 2009, 50, 3625–3627. (d) Demoulin, N.; Lifchits, O.; List, B. Tetrahedron 2012, 68, 7568–7574.
[2] An, F.; Maji, B.; Min, E.; Ofial, A. R.; Mayr, H. J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 1526–1547.
[3] Shimogaki, M.; Maruyama, H.; Tsuji, S.; Homma, C.; Kano, T.; Maruoka, K. J. Org. Chem. 2017,82, 12928–12932.
[4] Shimogaki, M.; Takeshima, A.; Kano, T.; Maruoka, K. Eur. J. Org. Chem. 2020, 2028–2032.

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研究紹介

金属錯体ハイブリッドによる炭化水素の官能基化

京都大学大学院工学研究科 ・ 講師
A01 石田直樹
naisida@sbchem.kyoto-u.ac.jp

1．はじめに
熱反応には微視的可逆性がある。出発物よりも生成物がエネルギーに富む場合、すなわち吸エルゴン的な場合は、正反応より逆反応が速くなり、高エネルギー生成物が閉じた系の中で蓄積されることはない。一方、光反応には微視的可逆性がない。正反応と同経路の逆反応はなく、吸エルゴン反応であっても原料に戻る速度は必ずしも大きくない。場合によっては高エネルギーな生成物を蓄積・単離できることもある。我々の研究グループは、このような光反応の特徴を展開することを目指して、光による吸エルゴン反応で高エネルギーな化学種を発生させて、遷移金属触媒反応によってさらに変換するというハイブリッド法の研究に取り組んでいる。本領域研究ではそのハイブリッド法に基づいて、炭化水素化合物に直接カルボニル基を導入する反応の開発を行ってきた。その代表的な成果を以下に述べる。

2．飽和炭化水素への二酸化炭素固定化反応[1]二酸化炭素は熱力学的に安定であるために反応性に乏しい。熱反応に基づいて有機化合物に二酸化炭素を取り込むには、有機マグネシウム反応剤などの高エネルギーな出発原料を用いることが定石である。我々の研究グループは先に述べた吸エルゴン反応と遷移金属触媒反応のハイブリッドによって、高エネルギーな有機金属反応剤を用いることなく、単純な有機化合物に二酸化炭素を直接取り込むことを試みており、最近、最も反応性に乏しい有機化合物の一つである飽和炭化水素に取り込むことに成功した。光による吸エルゴン反応として、励起状態のケトンによる水素引き抜き反応を経て高エネルギーなアルキルラジカルとケチルラジカルが発生している。生じたアルキルラジカルをニッケル錯体触媒が二酸化炭素に付加させていると考えられる。

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3．アルキルアレーンとアルデヒドの脱水素クロスカップリング反応[2]２つの炭素－水素結合を切断して、水素を発生させながら炭素－炭素結合を形成する反応は、原料の入手容易さや原子効率の観点から理想的な骨格形成手法である。しかし、エネルギー的にアップヒルであるために実現するのは容易でない。また、切断する炭素－水素結合の位置やホモ／クロスカップリングの選択性を制御することも難題である。我々の研究グループ
は最近、可視光の照射下、イリジウム錯体の光酸化還元触媒と臭素アニオン、ニッケル錯体からなるハイブリッド触媒の作用によって、メチルアレーンとアルデヒドの脱水素クロスカップリング反応が高い選択性で進行することを見出した。過剰量のメチルアレーンを基質として用いているにもかかわらず、そのホモカップリング体がほとんど生成しない点は興味深い。その機構は次のように考えられる。まず光の作用でエネルギーに富むイリジウム(II)錯体と臭素ラジカルが発生する。前者はプロトンを還元して水素を放出する駆動力となる。後者
はメチルアレーンとアルデヒドの結合解離エネルギーの小さい炭素－水素結合から水素を引き抜いてそれぞれベンジルラジカルとアシルラジカルを生じる。ベンジルラジカルが優先的に生成するが、これはニッケルに付加した後にプロトン化されて出発物のメチルアレーンに戻る。一方、微量生じたアシルラジカルもニッケルに付加してアシルニッケルを与えるが、これはプロトン化されにくい。代わりにベンジルラジカルと反応するため、クロスカップリング体が優先的に生成したものと考えている。

また、この知見を応用して、フェノールとアルデヒドの脱水素カップリングによるフェノールエステルの合成も実現している。[3]アルコール性水酸基が存在していても、フェノール性水酸基のみが選択的にアシル化されることが特徴である。
4．参考文献[1] Ishida, N.; Masuda, Y.; Imamura, Y.; Yamazaki, K.; Murakami, M. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141,19611-19615.
[2] Kawasaki, T.; Ishida, N.; Murakami, M. J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 3366-3370.
[3] Kawasaki, T.; Ishida, N.; Murakami, M. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 18267-18271.

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トピックス
・業績・報道・活動などの紹介【受賞・表彰】
・【プレスリリース】・久保田浩司 特任助教（北大院工・A02）らの成果（J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 6165–6175）がプレスリリースされました。
https://www.hokudai.ac.jp/news/2021/03/post-817.html
・山下恭弘 准教授（東大院理・A02）らの成果（J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 5598-5604）がプレスリリースされました。
https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2021/7247/
・西形孝司 教授（山口大・A02）らの成果（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 10620）がプレスリリースされました。
http://www.yamaguchi-u.ac.jp/weeklynews/_9039/_9163.html
・金雄傑 助教（東大院工・A01）および宍戸哲也 教授（東京都立大・A01）らの共同研究成果（Nat. Catal. 2021, 4, 312-321）がプレスリリースされました。
https://www.t.u-tokyo.ac.jp/soe/press/setnws_202104201013034722131438.html【学術誌・メディア・二次媒体での紹介】
・植田浩史 講師（東北大院薬・A03）らの成果（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 23089）が Synfactsでハイライトされました。

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・丸岡啓二 教授（A03・京大院薬）らの総説(Bull. Chem. Soc. Jpn. 2021, 94, 513-524)が Inside
Cover に採択されました。

・金雄傑 助教（東大院工・A01）および宍戸哲也 教授（東京都立大・A01）らの共同研究成果（Nat. Catal. 2021, 4, 312-321）が Cover Picture に採択されました。また、UTokyo FOCUS,
EurekAlert!, AlphaGalileo, ScienceDaily, Phys.org, ScienMag, Science Bulletin, Mirage News,
Laboratory Equipment, 日本経済新聞に取り上げられました。

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・久保田浩司 准教授（北大院工・A02）らの成果（J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 6165–6175）がChem-Station でハイライトされました。

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・本倉健 教授（A02・横国大院工）らの成果(JACS Au 2021, 1, 119-123)が Chem-Station でハイライトされました。

発行・企画編集 新学術領域研究「ハイブリッド触媒」http://hybridcatalysis.jp/
連 絡 先 領域代表 金井 求 （hybrid_catalysis@mol.f.u-tokyo.ac.jp）
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