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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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pu

blica

tio

ns

years

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14

Web of Science (as of August 16, 2019)

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1000

our 1st publication

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201

7

201

82

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5

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.

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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