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高い還元力を有する芳香環光レドックス触媒
東京工業大学 科学技術創成研究院
化学生命科学研究所
助教 小池 隆司
2019年10月18日
革新的反応
2018~2023
：新しいラジカル的フルオロアルキル化法
2
説明内容
１．可視光レドックス触媒作用
３．芳香環光レドックス触媒の開発（新技術）
２．遷移金属錯体光触媒によるフルオロアルキル化（新手法）
４．まとめと今後の展望
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１．可視光レドックス触媒作用
4
光触媒的ラジカル発生
elements
strategyorganic photoredox systems
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ns
years
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14
Web of Science (as of August 16, 2019)
800
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our 1st publication
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7
201
82
01
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含フッ素医農薬
6
説明内容
１．可視光レドックス触媒作用
３．芳香環光レドックス触媒の開発（新技術）
２．遷移金属錯体光触媒によるフルオロアルキル化（新手法）
４．まとめと今後の展望
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従来技術とその問題点
＜フルオロアルキル化の一般的な手法＞
典型的な試薬を用いた場合の課題
・ CF3I ：加熱・紫外光照射、気体
・ CF3SO2Na：酸化剤の併用
・CF3SO2Cl ：試薬の吸湿対策
＜問題点＞
・反応の条件、選択性
・試薬のハンドリング性
8
固体試薬でのCF3ラジカル反応
◆ 従 来 法 ◆ 新 手 法
9
室温、可視光照射下でのCF3化
Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 9567.
10
室温、可視光照射下でのCF3化
Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 9567.
11
反応メカニズムの考察
Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 9567.
12
アミノ化と酸化への展開
electrophilicCF3 reagent R
visible lightphotoredox
catalysis
+
DMSOR
O
R
O
alkoxysulfonium salt
baseS
Me
H
Kornblum oxidation
RCF3
RCN
Ritter reaction
R
N
C
R
H2O
R
HN R
O
CF3 CF3
CF3CF3
13
トリフルオロメチル化の研究成果
RR
CF3
CF3
RCF3·CF3
+ 1e– 1e
R
OR
CF3
R
NHCOR
CF3
R
O
CF3
ROH
RCN/H2O
DMSO
photoredoxcatalysis
electrophilicCF3 reagents
R
+
– H or – LG
Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 7144.
Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 9567.
Chem. Commun. 2013, 49, 2037.
Org. Lett. 2013, 15, 2136.
Org. Lett. 2014, 16, 780. Org. Lett. 2015, 17, 3710.
Beilstein J. Org. Chem. 2014, 10, 1099.
RCF3
CF3
ArO
O
nn
CF3
O
N R
S
CF3
Umemoto reagentTogni reagent
OICF3
O
BF4
14
トリフルオロメチル二官能基化
R1R2
+CF3
reagents
R1
R2
CF3
X
X = Cl, I
R1
R2
CF3
OR
R1
R2
CF3
NHR
R1
R2
CF3
CR3
R1
R2
CF3
H
R1
R2
CF3
O
halo-trifluoromethylation
oxy-trifluoromethylation
amino-trifluoromethylation
carbo-trifluoromethylation
hydro-trifluoromethylation
keto-trifluoromethylation
Reviews on trifluoromethylative difunctionalization of olefins
(a) J. Xu, X. Liu, Y. Fu, Tetrahedron Lett. 2014, 55, 585.
(e) T. Koike, M. Akita, Top. Catal. 2014, 57, 967.
(b) H. Egami, M. Sodeoka, Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 8294.
(c) E. Merino, C. Nevado, Chem.Soc. Rev. 2014, 43, 6598.
(d) T. Koike, M. Akita, J. Fluorine Chem. 2014, 167, 30.
(f) T. Koike, M. Akita, Chem 2018, 4, 9409.
R1
R2
CF3
SR
thio-trifluoromethylation
15
固体試薬によるフルオロアルキル化
・遷移金属錯体光触媒反応の研究成果
温和な反応条件、可視光照射によるメリット
多様なトリフルオロメチル化反応技術の構築
・次世代のフルオロアルキル化
脱金属錯体光触媒
芳香環光レドックス触媒の開発
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説明内容
１．可視光レドックス触媒作用
３．芳香環光レドックス触媒の開発（新技術）
２．遷移金属錯体光触媒によるフルオロアルキル化（新手法）
４．まとめと今後の展望
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多環芳香環光レドックス触媒
Chem. Sci. 2017, 8, 6375.
18
アミノ-ジフルオロメチル化
Chem. Sci. 2017, 8, 6375.
19
ビス(ジアリールアミノ)アントラセン（BDA）
20
吸収スペクトル
ACS Catal. 2018, 8, 9408.
in CH2Cl2, [sensitizer] = 0.1 mM
0
5000
10000
15000
20000
300 400 500 600
Mola
r Absorp
tion C
offic
ient
Wavelength (nm)
N N
R R
RR
• bathochromic shifts• more intense absorptions
N
tBu
tBu
R = HR = tBu
R = OMe
21
酸化還元安定性
ACS Catal. 2018, 8, 9408.
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可視光レドックス触媒活性
ACS Catal. 2018, 8, 9408.
23
アミノ-トリフルオロエチル化
ACS Catal. 2018, 8, 9408.
24
他のフルオロアルキル化への適用
ACS Catal. 2018, 8, 9408.
S
CF2H
BF4
+
1.5:1Ph
3 mol%4tBu-BDA
1.5 equiv. H2O
CH2Cl2/MeCNrt, 3 h
470 nm
Ph
NHAc
CF2H
S
CH2CF2H
OTf+
1.5:1 Ph CH2Cl2, rt, 6 h
66% yieldMe
Me
Me
Me
O
OH Ph
O
O
CF2H60% yield
Ered = –1.91 V(CH2Cl2)
Ered = –1.74 V vs. Cp2Fe(CH2Cl2)
(1.5 equiv.)
NtBu tBu
OICF3
O
Ered = –1.34 V(CH2Cl2)
+1.5:1
Me
MeO
ClCH2CH2Cl/DMSOrt, 3 h
Me
MeO
O
CF3
75% yield
The system is applied to tri- and di-fluoromethylation and difluoroethylation.
25
モノフルオロメチル化剤の酸化還元電位
26
ビス(ジアリールアミノ)ナフタレン（BDN）
ACS Catal. 2019, 9, 4382.
27
BDNの光レドックス特性
emissionabsorption
300 400 500 600
wavlength/nm
e x
10
–4/M
–1•c
m–
1
0
0.3
0.6
0.9
1.2 no
rma
lize
d in
ten
sitie
s o
f em
iss
ion
0
0.3
0.6
0.9
1.2
375 nm 449 nm
UV-vis & emission spectra (1.0 x 10–4 M)
CV (1.0 mM)
10.50–0.5–1potential/V vs. Fc
+0.36 V
+0.46 V
N N
cat Eox / Vlabs / nm lem / nm E*ox / V
BDN(naphthalene)
BDA(anthracene) 455
375
+0.40
+0.36
529
449
–1.94
–2.40
t / ns
23
9
BDN
ACS Catal. 2019, 9, 4382.
28
モノフルオロメチル化触媒活性の比較
ACS Catal. 2019, 9, 4382.
29
モノフルオロメチル化
ACS Catal. 2019, 9, 4382.
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説明内容
１．可視光レドックス触媒作用
３．芳香環光レドックス触媒の開発（新技術）
２．遷移金属錯体光触媒によるフルオロアルキル化（新手法）
４．まとめと今後の展望
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まとめ
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想定される用途
• 遷移金属フリーのフッ素化合物
医薬品用途、電子機器用途の製造など
• 可視光照射下、室温反応酸化還元触媒
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企業への期待
• 芳香環光レドックス触媒を用いた反応開発の共同研究（触媒サンプルの提供）
• スケールアップ合成に向けた光反応装置（フロー系）の共同開発
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本技術に関する知的財産権
• 発明の名称 ：高い還元力を有する芳香環光レドックス触媒
• 出願番号 ：特願2019-160380
• 出願人 ：東京工業大学
• 発明者 ：小池隆司、納戸直木、谷口諒、高橋慶悟、穐田宗隆
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お問い合わせ先
東京工業大学
研究・産学連携本部 産学連携部門
URA 日置孝徳
ＴＥＬ 045－924 － 5171
e-mail thioki＠sangaku.titech.ac.jp