36 2014 January http://www.molecular-activation.jp 研 究 紹 介 用いない芳香族ニトリルの有益なワンポット合成法で、 メチルアレーンの芳香族ニトリルへのワンポッ ト変換反応 A01 班（千葉大院理）東郷 秀雄 一部は工場で芳香族ニトリル合成に実用化されている チル基をもつ種々の芳香族化合物から、Wohl-Ziegler反 芳香族ニトリルは、医薬品や医薬品中間体、及び液 応を利用して、不活性メチル基(sp 混成C-H結合)を臭 晶など機能材料として数多く知られている。芳香族ニ 素原子で活性化し、さらに単体ヨウ素とアンモニア水 トリルの合成は、芳香環や芳香族臭化物から、多段階 の作用で、対応する芳香族ニトリルへのワンポット合 を経て合成されているが、最近は芳香族臭化物にCuCN 成を確立した（式３）。1) （式２）。 本学術領域研究では、新しい芳香族ニトリルの合成 法として、臭素とヨウ素の化学的特性を活かして、メ 3 (Rosenmund-von Braun Reaction) あるいは Pd(dba)3•Zn(CN)2 等を用いた高温下の反応による芳香 族ニトリルの合成研究が活発に行われている (式１)。 Ar CH3 1) BPO or AIBN, DBDMH or NBS, 2) I2, aq. NH3, 60 °C Ar CN 3) (Ar = Aryl) Ar CuCN, DMF 155°C, Pd(OAc)2, K4[Fe(CN)6] 120°C, あるいは Pd-C•CuI•K4[Fe(CN)6] 150°C Br 本手法はFebuxostat (nonpurine selective inhibitor of xanthine Ar oxidase)合成にも展開できた。なお、本手法は無機物である CN 1) (Ar = Aryl) 1) HBr, H2O2 2) I2, aq. NH3を用いたメチルアレーンの対応す る芳香族ニトリルへの変換へと改良できた。2) これら何れの手法も危険な金属あるいは高価なレア 最後に本研究課題とは関連しないが、ヨウ素関連として、 メタル、危険なシアン化物を用いていることから、医 アルコールを酸化できる爆発性のないヨウ素３価[I(III)]を 薬品等の合成には大きな問題がある。先に私ども，危 開発し、 平成26年初めに試薬として販売される予定である。 険なシアン化物を用いない臭化アルキル(RCH2Br)の単 R' 体ヨウ素とアンモニア水による対応するニトリル R (RCN) (炭素数保持)へのワンポット変換反応(特願 2008- 233460)を報告した。また、比較的電子密度の高 OH R, R' = aryl and alkyl い芳香族炭化水素に1) POCl3, DMF, 2) I2, aq. NH3 の DMF or CHCl3, 60 °C, 24 h AcO I O O 処理で対応する芳香族ニトリルが高収率で得られるこ X とを見出し(特願2010-035162)、加えて、芳香族臭化物 に1) n-BuLi, 2) DMF, 3) I2, aq. NH3 あるいは1) Mg, 2) DMF, 3) I2, aq. NH3 の処理で対応する芳香族ニト R' I(III) I(III) R O 4) X =NO2 (ANBX), Br (ABBX), Cl (ACBX), F (AFBX), H (ABX) Reactivity: ANBX > ABBX > ACBX, AFBX > ABX リルが高収率で得られることを見出した(特願 2010-116777)。これらは、危険な金属やシアン化物を 1) Tsuchiya, D.; Kawagoe, Y.; Moriyama, K.; Togo, H. Org. Lett. 2013, 15, 4194. Ar X 1) BuLi, 2) DMF, 3) I2, aq. NH3, r.t. 1) POCl3, DMF, 2) I2, aq. NH3, r.t. あるいは 1) Mg, 2) DMF, 3) I2, aq. NH3, r.t. X = H, Br, I (Ar = Aryl) 2) to be submitted. 3) Iinuma, M.; Moriyama, K. Togo, H. Eur. J. Org. Chem., Ar 2014, in press. CN 2) 計算化学的手法による不活性結合活性化反応の 解析 A02 班（茨城大理）森 聖治 量子化学計算は、近年有機合成反応の解析に不可欠なツー ルになっている。この計算では、Schrodinger 方程式を解く ことで、波動関数を近似的に知ることができ、電子密度、 構造、電磁波のスペクトル（UV-vis、IR, NMR、ラマンな ど）や反応性を予測することができる。近年の量子化学計 算手法の発展は著しく、今年度のノーベル化学賞の受賞対 まず、Os(V)オキソ錯体 2 では、tpa の三級アミン窒素とオ キソ酸素が trans 位に位置する方が cis 位に位置する異性体 に比べてエネルギー的に 15 kJ/mol 程度安定であり、X 線結 晶構造解析の結果と矛盾しないことを明らかにした。 なお、 スピン密度を調べたところ、Os=O 結合は、ビラジカル的で あることがわかった。さらに、2 とスチレンとの反応経路 について検討を行ったところ、協奏的に反応が進行するこ とが明らかになった。もっともエネルギー的に安定な遷移 状態 TS の構造を右図に示す。触媒とスチレンに対して反 応速度が二次であること、 活性化エントロピーが大 きな負の値（–169 ± 26 象になったように、分子力学(MM)計算を組み合わせた J/mol K）を示すことと矛 QM/MM 法の大規模計算に則したアルゴリズムの改良や、 盾しない。 密度汎関数(density functiuinal theory, DFT)法の長距離補正 (ii) 銅(I)―アルコール (long-range corrections)の導入など、大規模系・複雑系に対 共同触媒によるアルデヒ してより精度の高い予測が可能になっている。以上の理 ドの不斉アルキニル化反 論・計算化学の進歩が、将来的に触媒や医薬品ターゲット 応(2) の合理的予測に対しても影響を及ぼすだろう。われわれの 銅(I)塩に対し、プロリン 研究室では、実験系研究室との共同研究を積極的に行い、 由来の不斉アミノアルコール触媒存在下で、アルデヒドと C-H 結合および C-C 結合活性化など変換反応の解析を行っ アルケンを反応させると、高いエナンチオ選択性で、光学 ている。本稿では、代表的な二例について述べる。いずれ 活性な２級のアルキニルアルコールを得る（図２） 。配位子 の研究成果も、SYNFACTS に取り上げられている。 に OH 基を含み、かつ溶媒に tBuOH を用いたとき、高いエ (i) アルケンの Os(V)-TPA 触媒 cis-1,2-ジオール化反応 ナンチオ選択性が発現した。以上の原因を明らかにするた に関する研究(1) めに、DFT 計算を行った。その結果、配位子の OH 基と基 OsO4 触媒によるアルケンの cis-1,2-ジオール化は、有機合 質のアルデヒドとの間の水素結合およびプロリンの 成などによく用いられている重要な反応であるが、OsO4 C-H⋅⋅⋅ O 相互作用が起きている炭素―炭素結合生成の遷 の毒性が強いという問題点がある。一方、毒性の弱い tris(2-pyridylmethyl)amine (tpa)配位子が結合したカチオン性 Os 錯体[OsIII(CF3SO3)2(tpa)]CF3SO3(1)に対してH2O2 を用いて 酸化させることにより、アルケンに対して cis-1,2-ジオール 化 が 起 き る （ 図 １ ）。 さ ら に 、 錯 体 1 お よ び [OsV(O)(OH)(tpa)]2+(2)の結晶構造解析、同位体効果、各種ス ペクトル、pH に依存した cyclic voltammogram などの測定 が、大阪大学の伊東忍教授らにより行われた。これにより 反応活性種は 2 であることを明らかにした。そこで、伊東 教授らとの共同研究により、スチレンに対する cis-1,2-ジオ ール化反応メカニズムを、密度汎関数法計算により検討し た。 移状態を経由していることがわかった。 図２ アルデヒドの銅(I)触媒による不斉アルキニル化 (1) Sugimoto, H.; Kitayama, K.; Mori, S.; Itoh, S. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 19270–19280 (Highlighted in Synfacts, 2013, 9, 0176). (2) Ishii, T.; Watanabe, R.; Moriya, T.; Ohmiya, H.; Mori, S.; Sawamura, M. Chem. Eur. J. 2013, 19, 13547–13553 図１ 触媒 1 によるアルケンの cis-1,2-ジオール化 (Highlighted in Synfacts, 2013, 9, 1305). 報 告 お知らせ 第四回若手セミナー 新学術領域研究「分子活性化」 第６回公開シンポジウムプログラム A01 班（京大院工）中尾 佳亮 平成 26 年 1 月 29 日（水）〜30 日（木） 東京工業大学 （大岡山西 9 号館 ディジタル多目的ホール） 11 月 14 日（木）および 11 月 15 日（金）の 2 日間、鹿 児島市の KKR 鹿児島敬天閣にて本新学術領域研究の第四 回若手セミナーを開催いたしました。本年度は、30~40 代 の公募班員および計画班員の連携研究者 25 名と、 外国人若 手招待講演者として Nicolai Cramer 先生（スイス連邦工科 大学ローザンヌ校）と Guangbin Dong 先生（テキサス大学 オースティン校）の 2 名にご参加いただき、昨年度に続き 国際学会形式で行ないました。(1) 鉄触媒 C–H 官能基化に おける有機金属触媒および生体触媒からのアプローチにつ いて、(2) 触媒的不斉 C–H 官能基化に関して有機金属触媒 および超原子価ヨウ素触媒を用いるアプローチについて、 (3) C–H および C–C 結合活性化の天然物合成への展開につ いて討議する合計 3 つのセッションを企画しました。いず れのセッションにおいても極めて高レベルの最新の研究成 果が未発表データを含めて披露され、質疑応答や懇親会 を通じて多くの参加者が積極的に議論して、国際的な研究 交流が大いに深まりました。特に 2 件の外国人招待講演で は、同年代の若手研究者がキャリアを開始してわずか数年 の間に挙げた研究成果とその研究哲学に大いに刺激を受け、 今後の研究活動に役立つ大きなモチベーションを得る機会 となりました。 1 月 29 日（水曜日） 13:30～13:40 領域代表挨拶 13:40～14:10 面性不斉の構築手法としての炭素―炭素結合切 断 村上 正浩（京大院工） 14:10～14:30 炭素結合切断による芳香族トリフルオロメチル 化とその関連反応の開発 網井 秀樹（群馬大理工） 14:30～14:50 電子不足カチオン性 Rh(III)錯体触媒を用いた 室温空気下での C-H 結合官能基化反応 田中 健（東京農工大院工） 14:50～15:10 銅触媒—単体カルコゲンを用いる芳香族化合物の 炭素―水素結合酸化的直接カルコゲニド化 芝原 文利（岐阜大工） 15:10～15:30 カルボン酸類および関連化合物の触媒的直截変 換反応 佐藤 哲也（阪大院工） 15:50～16:10 ヘテロ原子－水素結合を起点とする不活性結合 の活性化 髙井 和彦（岡山大院自然） 16:10～16:30 炭素―水素結合切断を経る極性官能基をもつア ルキル基導入法の開発 垣内 史敏（慶應大理） 16:30～16:50 アルキルニトリルを求核種前駆体とする触媒的 不斉 C–C 結合形成反応 熊谷 直哉（微化研） 16:50～17:40 二酸化炭素を C1 資源として利用するために （班友講演） 野崎 京子（東大院工） 17:40～17:50 講評 18:00～ 20:00 懇親会（東工大蔵前会館 3 階手島精一記念会議 室） 1 月 30 日（木曜日） 9:30～10:00 コバルト―サレン錯体を触媒とするアルデヒド からの酸化的ラジカル生成―脱ホルミルを伴うヒドロペルオキシ ド合成― 岩澤 伸治（東工大院理工） 10:00～10:20 求核的 Co 活性種を活用した複素環 C-H 官能基化 松永 茂樹（東大院薬） 10:20～10:40 金属アミド触媒を用いる立体選択的分子骨格構 築反応の開発 山下 恭弘（東大院理） 10:40～11:00 イリジウム触媒による C–H 活性化を利用した環 化反応 西村 貴洋（京大院理） 11:00～ 11:20 炭素―フッ素および炭素―酸素結合の切断を 経る触媒的炭素―炭素結合形成反応 神戸 宣明（阪大院工） 11:20～11:40 ジアリールヒドロボランの B-H/C-H 脱水素化に よる環化反応 河内 敦（広大院理） 13:10～13:40 生体反応場の高特異性の解析と機能変換：生体内 での一酸化窒素の生成と消去 城 宜嗣（理研播磨） 13:40～14:00 自己組織的多層状金属ナノ粒子の開発とその応 用 有澤 光弘（阪大院薬） 14:00～14:20 光触媒ハイブリッドパラジウム触媒によるベン ゼンの直接シアノメチル化 吉田 寿雄（京大院人間・環境） 14:20～14:40 生体触媒の誤作動状態を逆手に取る物質変換 荘司 長三（名大院理） 14:40～15:00 配位不飽和錯体のルテニウム−硫黄部位を反応場 とする E-H(E = H, Si, B)結合活性化反応 大木 靖弘（名大院理） 15:00～15:10 事務連絡・閉会 発行・企画編集 新学術領域研究「直截的物質変換をめざした分子活性化法の開発」 連 領域代表 茶谷直人（[email protected]） 広報担当 伊東 忍（[email protected]） 絡 先
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