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Ito Hajime

Faculty of Engineering Applied Chemistry Industrial Organic ChemistryProfessor
Institute for Integrated Innovations Institute for Chemical Reaction Design and DiscoveryProfessor

Researcher basic information

■ Degree
  • 博士(工学), 京都大学
■ URL
researchmap URLホームページURL■ Various IDs
Researcher number
  • 90282300
ORCID IDJ-Global ID■ Research Keywords and Fields
Research Keyword
  • mechanochemical synthesis
  • Cu(I)-catalyzed Borylation
  • mechanochromism
  • 発光性金属錯体
  • 有機金属化合物
  • 有機金属
  • organometallics
Research Field
  • Manufacturing Technology (Mechanical Engineering, Electrical and Electronic Engineering, Chemical Engineering), Electron device and electronic equipment
  • Life Science, Bioorganic chemistry
  • Nanotechnology/Materials, Structural organic chemistry and physical organic chemistry
  • Nanotechnology/Materials, Synthetic organic chemistry
■ Educational Organization

Career

■ Career
Career
  • Oct. 2010 - Present
    北海道大学大学院, 工学研究院応用化学部門教授, 教授
  • Apr. 2002 - Sep. 2010
    北海道大学大学院, 理学研究科化学専攻, 助教授
  • Apr. 2001 - Mar. 2002
    米国スクリプス研究所, 客員研究員
  • Apr. 1999 - Mar. 2001
    岡崎国立共同研究機構分子科学研究所, 助手
  • Apr. 1996 - Mar. 1999
    University of Tsukuba, Institute of Chemistry, 助手
Educational Background
  • Mar. 1996, 京都大学大学院, 工学研究科, 博士課程 修了
  • Mar. 1991, Kyoto University, Faculty of Engineering, 合成化学科 卒業
Position History
  • 創成研究機構化学反応創成研究拠点副拠点長, 2018年10月23日 - 2024年12月31日
  • 総合イノベーション創発機構化学反応創成研究拠点副拠点長, 2025年1月1日 - 2026年3月31日

Research activity information

■ Awards
  • 2015, 永瀬財団, 長瀬研究振興賞
    伊藤 肇
  • 2014, 日本化学会学術賞
    伊藤 肇
  • 2011, 北海道大学研究総長賞
    伊藤 肇
  • 2008, 有機合成化学奨励賞
    Japan
■ Papers
■ Other Activities and Achievements
■ Books and other publications
  • 錯体化学 基礎から応用まで (エキスパート応用化学テキストシリーズ)
    長谷川 靖哉; 伊藤 肇
    講談社, Mar. 2014
■ Lectures, oral presentations, etc.
  • Innovative Approaches to Mechanochemical Organic Synthesis: Our Recent Research
    Hajime Ito
    Lecture in Newcastle University, 28 Mar. 2024, English, Invited oral presentation
    [Invited]
  • Mechanochemistry for efficient synthesis of organic and organometallic compounds
    Hajime Ito
    Lecture in Birmingham University, 28 Mar. 2024, English, Invited oral presentation
    [Invited]
  • From Mechanochromism of Organometallic Crystals to Mechanochemical Organic Synthesis
    Hajime Ito
    BCA Spring Meeting 2024, 26 Mar. 2024, English
    [Invited]
  • Innovative Approaches to Mechanochemical Organic Synthesis: Our Recent Research
    Hajime Ito
    Lecture in Nanjing University of Technology, 02 Mar. 2024, English, Invited oral presentation
    [Invited]
  • Innovative Approaches to Mechanochemical Organic Synthesis: Our Recent Research
    Hajime Ito
    Lecture in Yangzhou University, 02 Mar. 2024, Invited oral presentation
    [Invited]
  • Innovative Approaches to Mechanochemical Organic Synthesis: Our Recent Research
    Hajime Ito
    Lecture in Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, 01 Mar. 2024, English, Invited oral presentation
  • Innovative Approaches to Mechanochemical Organic Synthesis: Our Recent Research
    Hajime Ito
    Lecture in Peking University, 29 Feb. 2024, English, Invited oral presentation
    [Invited]
  • Innovative Approaches to Mechanochemical Organic Synthesis: Our Recent Research
    Hajime Ito
    Lecture in University of Science and Technology of China, 28 Feb. 2024, English, Invited oral presentation
    [Invited]
  • Innovative Approaches to Mechanochemical Organic Synthesis: Our Recent Research
    Hajime Ito
    Lecture in Nanjing University, 27 Feb. 2024, English, Invited oral presentation
    [Invited]
  • Innovative Approaches to Mechanochemical Organic Synthesis: Our Recent Research
    Hajime Ito
    Lecture in Chengdu Institute of Biology Chinese Academy of Sciences, 26 Feb. 2024, English, Invited oral presentation
    [Invited]
  • Innovative Approaches to Mechanochemical Organic Synthesis: Our Recent Research
    Hajime Ito
    Lecture in University of Science and Technology of China, 26 Feb. 2024, English, Invited oral presentation
    [Invited]
  • Innovative Approaches to Mechanochemical Organic Synthesis: Our Recent Research
    Hajime Ito
    Lecture in Sichuan University, 24 Feb. 2024, English, Invited oral presentation
    [Invited]
  • Revolutionizing Organic Synthesis: Unlocking Efficiency with Mechanochemical Reactions
    Hajime Ito
    International Symposium on Catalysis and Fine Chemicals 2023, 05 Dec. 2023, English, Invited oral presentation
    [Invited]
  • Organic Synthesis through Piezoelectric Materials as Mechanoredox Catalysis
    Hajime Ito
    The 13th Asian Meeting on Ferroelectrics jointly with the 13th Asian Meeting on Electroceramics (AMF-13 & AMEC-13), 15 Nov. 2023, English, Invited oral presentation
    [Invited]
  • From Mechanochromism Discovery to Advancements in Mechanochemical Organic Synthesis
    Hajime Ito
    116th CEMS Colloquium, 25 Oct. 2023, English, Invited oral presentation
    [Invited]
  • メカノケミストリーの最近の発展とこれから
    伊藤 肇
    第13回CSJ化学フェスタ・メカノケミストリーの最前線~叩け!揺らせ!ちぎれ!~, 19 Oct. 2023, English, Keynote oral presentation
    [Invited]
  • Mechanochemical Organic Synthesis and Creation of Complex Organosilicon Compounds
    Hajime Ito
    List Research Platform Kickoff Symposium, 10 Oct. 2023, English, Invited oral presentation
    [Invited]
  • Mechanically Induced Structural Transformations in Luminescent Gold Complexes
    Hajime Ito
    26TH CONGRESS AND GENERAL ASSEMBLY OF THE INTERNATIONAL UNION OF CRYSTALLOGRAPHY, 29 Aug. 2023, English, Invited oral presentation
    [Invited]
  • Iterative Synthesis of Oligosilanes Using Methoxyphenyl- or Hydrogen-Substituted Silylboronates as Building Blocks: A General Synthetic Method for Complex Oligosilane
    伊藤 肇
    第8回けむすい論文対談, 21 Aug. 2023, Japanese, Others
    [Invited]
  • Mechanochemical Synthesis of Organometallic Compounds
    Hajime Ito
    21st International Symposium on Organometallic Chemistry Directed Toward Organic Synthesis (OMCOS 21), 25 Jul. 2023, English, Invited oral presentation
    [Invited]
  • Design and Optimization of Mechanochemical Reactions: Exploring New Horizons in Organic Synthesis
    Hajime Ito
    The 80th Anniversary International Symposium on Organic Synthesis, 20 Jul. 2023, English, Invited oral presentation
    [Invited]
  • 発光性メカノクロミズムからメカノケミカル有機合成へ
    伊藤肇
    第55回有機金属若手の会夏の学校, 04 Jul. 2023, English, Invited oral presentation
    [Invited]
  • Developing mechanoredox catalysis as a green alternative to photoredox reactions
    Hajime Ito
    27th Annual Green Chemistry & Engineering Conference, 12 Jun. 2023, English, Invited oral presentation
    [Invited]
  • Exploring the Frontiers of Mechanochemistry: Innovative Strategies for Developing New Organic Reactions
    Hajime Ito
    Lecture in Strasbourg University, 19 May 2023, English, Invited oral presentation
    [Invited]
  • メカノケミカル有機合成の新展開
    伊藤 肇
    第72回高分子学会年次大会, 19 May 2023, English, Invited oral presentation
    [Invited]
  • Catalysis design for mechanochemical organic synthesis
    Hajime Ito
    The 2nd Newcastle Mechanochemistry Symposium (NMS-2), 16 May 2023, English, Invited oral presentation
    [Invited]
  • メカノケミカル有機合成の新展開と特徴
    伊藤 肇
    第132回触媒討論会, 2023, English, Invited oral presentation
    [Invited]
  • 「銅触媒による有機ホウ素化合物の新合成法とメカノ応答性をもつ発光性金錯体の開発」
    伊藤 肇
    日本化学会第94春季年会, 27 Mar. 2014, Japanese, Invited oral presentation
    [Invited], [Domestic Conference]
  • Mechano-Triggered Single-Crystal-to-Single-Crystal Transformation of Gold(I) Isocyanide Complexes
    ITO Hajime
    The 12th Conference of the Asian Crystallographic Association (AsCA13), 07 Dec. 2013, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • Luminescent Mechanochromism and Single-Crystal to Single-Crystal Phase Transformation of Gold(I) Isocyanide Complexes
    ITO Hajime
    2nd International Conference on Mechanoluminescence and Novel Structural Health Diagnosis (ML-2), 10 Nov. 2013, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • 「発光性アリール金イソシアニド錯体:機械的刺激によって誘起される単結晶-単結晶相転移」
    伊藤 肇
    第22回有機結晶シンポジウム, 30 Oct. 2013, Japanese, Invited oral presentation
    [Invited], [Domestic Conference]
  • 「有機ホウ素化合物の新しい合成方法:銅触媒と塩基活性化剤」
    伊藤 肇
    第53回オーロラセミナー, 21 Jul. 2013, Japanese, Public discourse
    [Invited]
  • 「金イソシアニド錯体の結晶構造と発光特性:メカノ結晶工学への手がかり」
    伊藤 肇
    平成25年度 有機合成セミナー, 13 Jul. 2013, Japanese, Public discourse
    [Invited]
  • 「有機ホウ素化合物の新しい合成方法:ごく最近の知見」
    伊藤 肇
    平成25年度 前期(春季)有機合成化学講習会, 19 Jun. 2013, Japanese, Public discourse
    [Invited]
  • 「金イソシアニド錯体の結晶構造と発光特性:分子ドミノ」
    伊藤 肇
    分子研シンポジウム2013, 31 May 2013, Japanese, Public discourse
    [Invited]
  • 「有機金(I)錯体における微小な機械的刺激をトリガーにした単結晶-単結晶相転移」
    伊藤 肇
    物講研談話会, 13 May 2013, Japanese, Public discourse
    [Invited]
  • “Formal Nucleophilic Boryl Substitution of Alkyl- and Aryl Halides in the Presence of Copper(I) Catalyst or Base Promoter ”
    伊藤 肇
    UK/Japan Conference in Catalytic Asymmetric Synthesis, 19 Apr. 2013, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
■ Syllabus
  • 大学院共通授業科目(一般科目):自然科学・応用科学, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
  • 応用化学特別講義, 2024年, 修士課程, 総合化学院
  • 超分子化学, 2024年, 修士課程, 総合化学院
  • 分子化学A(有機金属化学), 2024年, 修士課程, 総合化学院
  • 実践的計算化学, 2024年, 修士課程, 総合化学院
  • 大学院共通授業科目(一般科目):自然科学・応用科学, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
  • 有機化学特論, 2024年, 修士課程, 総合化学院
  • 先端総合化学特論Ⅱ, 2024年, 博士後期課程, 総合化学院
  • 有機化学Ⅱ, 2024年, 学士課程, 工学部
  • 工学特別講義, 2024年, 学士課程, 工学部
■ Affiliated academic society
  • Sep. 2010 - Present
    The Society of Polymer Science, Japan
  • Apr. 1999 - Present
    近畿化学協会
  • Apr. 1999 - Present
    有機合成化学協会
  • Jul. 1998 - Present
    アメリカ化学会
  • Feb. 1992 - Present
    日本化学会
■ Research Themes
  • Precise Synthesis of Asymmetric Organosilicon Compounds Using Functionalized and Asymmetric Silylboranes
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    Apr. 2022 - Mar. 2026
    伊藤 肇; 関 朋宏; 久保田 浩司; 陳 旻究; 高見澤 聡
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), Hokkaido University, 22H00318
  • Development of molecular crystals of catalytic engines driven by chemical reactions
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    Jun. 2022 - Mar. 2025
    伊藤 肇; 石山 竜生; 陳 旻究; 関 朋宏; 高見澤 聡
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering), Hokkaido University, 22K18333
  • レドックスメカノケミストリーによる固体有機合成化学
    戦略的創造研究推進事業
    Oct. 2019 - Mar. 2025
    科学技術振興機構, Principal investigator
  • Asymmetric Borylation with Chiral Dense Reaction Space
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
    01 Apr. 2018 - 31 Mar. 2022
    Ito Hajime
    Aiming to establish a new guideline for catalyst development in asymmetric synthetic reactions, this study successfully developed catalysts that can precisely control the selectivity of reaction substrates based on the concept of "asymmetric tight-lattice reaction space". Based on the QuinoxP* ligand, the substituent pattern on phosphorus was successfully designed with the aid of computational chemistry. We also reported a novel approach to control the steric environment by introducing silicon substituents into the backbone. We also succeeded in synthesizing many new optically active organoboron compounds, and developed mechanochemical synthesis.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), Hokkaido University, 18H03907
  • Mechanistic Study and New Function of Soft Crystals with Molecular Domino Phase Change
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
    30 Jun. 2017 - 31 Mar. 2022
    Ito Hajime
    This research was conducted to extend the function and elucidate the mechanism of soft crystals, which have properties intermediate between crystals, solids, and liquid crystals. As new soft crystals, we have successfully developed crystals with jumping properties and elucidated their mechanisms upon external stimuli. They also succeeded in developing luminescent amphiphilic dynamic crystals and a luminescent ferroelastic complex crystal with rotational part at the molecular level within the crystal. Furthermore, inspired by the study of soft crystals, wee discovered many new mechanochemical organic synthetic reactions.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area), Hokkaido University, 17H06370
  • Synthesis of boron-containing organic materials by novel nucleophilic borylation
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
    01 Apr. 2015 - 31 Mar. 2017
    ITO Hajime
    Organoboron compounds are vital synthetic intermediates for many organic transformations such as Suzuki coupling. Organoboron compounds are also important for organic materials. The researcher previously developed silyl boron/base reaction system for their efficient synthesis. In this research, the reaction has been expanded by the mechanistic insight obtained by calculation studies. New synthetic procedures for hetero-aromatic organoboron compounds, functionalized organoboron compounds, triaryl boron compounds have been developed.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research, Hokkaido University, Principal investigator, Competitive research funding, 15K13633
  • Synthesis of boron-containing organic materials by novel nucleophilic borylation
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2015 - 2017
    Ito Hajime
    In this research, by using copper-catalyzed reactions and base-mediated reactions, we developed many useful synthetic reactions of organoboron compounds: alkyl-, alkenyl-, aryl, alkynyl halides, ketones, aldehydes, indole, pyridine, quinoline derivatives were applied to the boryl substitution reaction, boryl addition reaction, boryl cyclization reactions, dearomative borylations. We also develop asymmetric catalytic borylation through applying chiral catalysts to some of these new reactions. This research project afforded a significant amount of results of the development of many synthetic reactions of organoboron compounds, which are useful reagents on organic synthesis.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, Principal investigator, Competitive research funding, 15H03804
  • Investigation of Mechanism on Spontaneous Single Crystal Phase Change Triggered by Small Mechanical Stress
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2014 - 2014
    ITO Hajime; SEKI Tomohiro
    Several gold-isocyanide complexes with various structures were synthesized and
    investigated in detail. The directions of molecule arrangements in the new crystal phases generated by the small mechanical stress were random. The crystal structure and their phase direction of the crystal before the phase change did not influence the direction of the new crystal phase. We also found a new luminescent mechanochromic material with four different colors. We further discover a new gold-isocyanide complex that can undergo single-crystal-to-single-crystal phase change by irradiation of UV light. This complex shows a photosalient property.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research, Hokkaido University, Principal investigator, Competitive research funding, 26620053
  • 力学刺激応答材料の合理的機能デザイン
    科学研究費補助金(新学術領域研究(研究領域提案型))
    2011 - 2011
    伊藤 肇
    文部科学省, 新学術領域研究(研究領域提案型), 北海道大学, Principal investigator, Competitive research funding, 23107501
  • 直接エナンチオ収束法を用いた光学活性化合物の合成
    科学研究費補助金(基盤研究(A))
    2011 - 2011
    伊藤 肇
    文部科学省, 基盤研究(A), 北海道大学, Principal investigator, Competitive research funding, 23245019
  • 機械的刺激による発光スイッチングを利用したメカノ記録材料の研究
    科学研究費補助金(挑戦的萌芽研究)
    2010 - 2010
    伊藤 肇
    本研究では、機械的刺激によりUV照射下でのフォトルミネッセンスが変化する化合物「メカノクロミック化合物」の単結晶の表面に、AFMなどを用いて微小な機械的刺激を与え、極小のピット(機械的な加工痕)を作成し、その発光性の変化の検出が可能であるかを検証することを目的として研究をおこなった。研究の第一段階として、我々がすでに報告しているメカノクロミック化合物に加えて、よりこの目的に適した化合物の合成、開発を検討した。すなわち機械的刺激に敏感かつ、小領域での刺激であっても明瞭な判別が可能なスペクトル変化を与える化合物の合成を行った。新たな一般的合成法の検討の結果、塩化金イソシアニド錯体に対して、アリール有機金属(リチウム、マグネシウム、亜鉛)を反応させることで、さまざまなアリール金(I)イソシアニド錯体が合成可能であることが明らかになた。また、それらのメカノメカノクロミズム特性を調べたところ、オリジナル錯体で観察された青から黄色への発光色の変化だけではなく、緑からオレンジなどの変化を示す化合物をデザインできることが明らかになった。これらの発光性メカノクロミック化合物の単結晶に対しAFM装置のカンチレバーを利用して、ミクロンからナノサイズの書き込み(機械的刺激)を行い、微小ピットを作成し、蛍光顕微鏡によるその発光性の変化の観察、SEMによる観察、AFMによる表面の観察を行った。その結果、微小な機械的ピットの作成(20×20ナノメートル)が可能であることがわかった。サブミクロンサイズの比較的大きなピットでは、ピットにおける発光性の変化が観察できた。
    文部科学省, 挑戦的萌芽研究, 北海道大学, Principal investigator, Competitive research funding, 22655058
  • Asymmetric Catalytic Synthesis of Optically Active Organoboron Compounds with Chiral Borylcopper Species
    Grants-in-Aid for Scientific Research(基盤研究(B))
    2008 - 2010
    Hajime ITO
    Novel methods for efficient synthesis of optically active organoboron compounds with chiral copper(I)-catalyst have been developed. The reactions, which include copper(I) salts and chiral phosphine ligands, promote various borylation reaction to produce optically active organoboron compounds with high enantioselectivity. This method enables the asymmetric catalytic synthesis of unprecedented chiral cyclopropyl-, ally- and homoallyboronates, which will facilitate the synthesis of intermediates for medicines.
    Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology, 基盤研究(B), 北海道大学, Principal investigator, Competitive research funding, 20350043
  • 多核金錯体による発光性ネットワーク構造の合成とトライボクロミズムの研究
    科学研究費補助金(特定領域研究)
    2008 - 2009
    伊藤 肇
    本研究では、金(I)-イソシアニド錯体が、顕著な発光性メカノクロミズム特性を有していることを明らかにした。この錯体は乳鉢中ですりつぶすなどの機械的刺激により、そのフォトルミネッセンスが大きく変化する上、発光性が変化した錯体を溶媒にさらすことで、容易にもとの発光状態へ戻すことが可能である。また、この現象のメカニズムについて考察を行った。今年度は、メカノクロミズム特性を持つ化合物を水中に分散してできる有機ナノ結晶が、単価結晶状態、溶液状態とは大きく異なる発光特性を有することを明らかにした。また、単結晶にたいして、AFMを用いて刺激を加えることにより、ミクロサイズのスクラッチが形成でき、さらにこのスクラッチ痕が発光性の変化として観察できることを明らかにした。この化合物は、こする前の状態では青色発光を示す微結晶であり、これにすりつぶすという機械的刺激を加えることにより、アモルファス状態へと変化する性質を持つ。青色発光を示す微結晶では、π-πスタッキングによる分子間相互作用が支配的であるが、アモルファス状態では、おそらく、金原子間同士の弱い結合が形成され、これを介した分子間相互作用が支配的になると考えられる。溶媒を加えると再結晶がおこり、熱力学的に安定なもとの青色発光を示す状態に戻る。この現象は、配位子に含まれるフッ素原子の小さい分子間力により、分子同士のずれが起こりやすくなり、機械的刺激による固体相の変化が誘起されやすくなっていることが一つの要因であると推測される。熱分析などの結果からは、この機械的刺激によってもとの状態より高いエネルギー状態のメタ安定状態が形成されていることが示唆された。
    文部科学省, 特定領域研究, 北海道大学, Principal investigator, Competitive research funding, 20036003
  • 発光性メカノクロミックプローブの開発
    JST戦略的創造研究推進制度(個人研究型) (個人研究推進事業:さきがけ研究21‐PRESTO)
    2008
    Competitive research funding
  • 多核金-イソシアニド錯体を用いた発光性ネットワーク構造の合成
    科学研究費補助金(特定領域研究)
    2007 - 2007
    伊藤 肇
    「発光性メカノクロミズム」とは、ある化合物に対して機械的刺激を与えたときに、その発光性が変化する性質のことである。このような性質を持つ化合物は、力学感知センサーや記録材料として幅広い応用が期待できる。しかし、この「発光性メカノクロミズム」特性をもつ化合物の合成例はごく限られていた。報告者は、金(I)錯体の多くが固体、室温でも強い発光性を示すことに着目して研究を行い、二核金(I)-イソシアニド錯体(I)が、この発光性メカノクロミズム特性を有していることを明らかにした。この錯体は乳鉢中ですりつぶすなどの機械的刺激により、そのフォトルミネッセンスが大きく変化する上、発光性が変化した錯体を溶媒にさらすことで、容易にもとの発光状態へ戻すことが可能である。また、吸収スペクトル、発光スペクトル測定および、エックス線構造解析、粉末X線回折(PXRD)、IRなどからこの現象のメカニズムを考察した。金(I)錯体では、金同士の弱い相互作用が形成される場合があり、その結果特徴的な発光性を示すことが知られている。この錯体の場合、機械的刺激で、金(I)原子間の相互作用が誘起されるものと考えられる。金(I)錯体の中でも、特にこの錯体がメカノクロミズムを示す理由については、今後詳細な研究が必要となるが、配位子に含まれるフッ素原子の小さい分子間力により、分子同士のずれが起こりやすくなり、機械的刺激による固体相の変化が誘起されやすくなっていることが一つの要因であると推測される。
    文部科学省, 特定領域研究, 北海道大学, Principal investigator, Competitive research funding, 19027003
  • Selective Synthesis through Dehydrogenative Silylation with Optically Active Gold(I) Complex
    Grants-in-Aid for Scientific Research(基盤研究(C))
    2006 - 2007
    Hajime ITO
    Efficient synthesis of optically active compounds is important issue in organic synthesis. In addition, development of new reactions for efficient utilization of resources and reduction of wastes have become very important subject. In this study, the new methods involving kinetic resolution of chiral alcohols through dehydrogenative silylation with optically active gold(I) complexes were examined.As a preliminary experiment, xantphos-type ligands that have different steric bulk were prepared and the gold(I)-catalyzed dehydrogenative silylation with these ligands was studied. The sterically hindered ligands showed high activities. Next, kinetic resolutions of chiral alcohols were tested by using chiral phosphine ligands. Although the optically active alcohols were obtained, the enantiomeric purities of the resultant products were low.In order to develop more efficient gold(I) catalysts for kinetic resolution, synthesis and characterization of a gold(I) hydride compound, which is expected to be a key intermediate of catalysis, were investigated. Although gold(I) hydride compounds had never been characterized in solution before, the researcher found that the gold hydride secrecies were generated in the gold(I)-catalyzed dehydrogenative silylation of alcohols. The gold(I) hydride species were characterized by H, P, C, NMR and ESI-Mass.
    Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology, 基盤研究(C), 北海道大学, Principal investigator, Competitive research funding, 18550088
  • 11族金属錯体を用いた新規触媒反応の設計と有機合成反応の探索
    科学研究費助成事業
    2000 - 2001
    細見 彰; 伊藤 肇; 三浦 勝清; 北條 信; 立岩 淳一
    本研究課題で今年度得られた成果を以下に示す。
    (1)11族金属が触媒として作用する新反応を見つけだし、有機合成的に実用的な反応を目指し,11族金属が関与する反応の反応機構を実験的かつ理論的に明確にし、さらなる新反応開発のための知見を得た。
    (2)銅(I)塩錯体と13,14族化合物などとの組み合わせによる新規反応の開発した。
    極く最近、銅(I)塩錯体と有機ケイ素化合物が極性溶媒中でスムーズにメタセシス反応が進行することを見つけ、本反応の一般性を確立し、さらに、有機ケイ素と同じ14族元素であるスズ、ゲルマニウムなどの他の有機金属化合物との反応性を調べ、新しい合成反応を見つけ、速報としてその一部を速報として報告した。その際、新規銅(I)塩錯体を合成、検討することで各反応に対して最適な触媒の開発を行った。また同様に有機スズ化合物、有機ホウ素化合物などの13,15族元素を含む化合物についても研究を行った。
    (3)銅触媒を用いる金属-金属結合間のメタセシス反応および金(I)錯体と13族及び14族化合物との反応探索と金(I)塩錯体を触媒とする新規有機合成反応の開発した。
    銅(I)塩を触媒とした金属-金属結合の生成反応を開発する。銅(I)触媒の特異な反応性を利用して、ケイ素-水素結合間の組み替え、ケイ素-スズ結合間の組み替えなど、合成法として有用と思われる新規触媒反応の発見を目指した。さらにメタセシス反応を利用したケイ素、スズなどを含む有機金属ポリマーの新規合成法を見つける。さらに、金(I)錯体は銅(I)錯体と同様に一価と三価のredoxサイクルを有しているので、金(I)錯体においても13,14族有機金属化合物との反応を調べ、新しい合成反応を見つけた。
    (4)非局在電子系を有する有機分子の新規合成法の開発した。
    新たに見つけたケイ素-銅交換反応によるカップリング反応と、従来のPd触媒を用いるStilleカップリング等との基質選択性の違いを組み合わせて利用することで、非局在電子系を有する有機分子の「オルソゴナル合成法」を確立し、おもに非局在電子系をもつ芳香環やヘテロ環からなる有機分子の簡便かつ効率の良い合成手法を見つけた。
    日本学術振興会, 萌芽的研究, 筑波大学, 12875174
  • 11族金属を利用した新触媒反応の計算化学および実験化学的探索
    科学研究費補助金(特定領域研究(A))
    2000 - 2001
    伊藤 肇; 永田 央; 永田 央; 伊藤 肇
    後周期遷移金属化合物を触媒とする反応は、有機合成化学的に非常に有用であり、これまで多くの実験的研究が行われている。また、その反応機構を知ることは、触媒反応の設計上重要なことから、計算科学的な研究も非常に盛んである。われわれは、最近、11族金属を触媒とする有機合成反応を新たに開発し、成果を上げている。その一連の研究の中で、金(I)錯体を用いたヒドロシリル化反応を発見した。金(I)錯体は、後周期遷移金属からなる錯体でありながら、有機合成反応の触媒として使われた例は非常に少なかった。最近、われわれが発見した例を含めて、金錯体触媒が、有用な触媒として働くこと例が報告されている。しかしこれまで、金錯体を用いた触媒反応を計算化学的に考察した例はない。われわれは、自分たちが発見した金(I)錯体の触媒反応の計算化学的研究を行い、その結果、金(I)錯体を用いる触媒反応に対する有益な知見を得た。金ヒドリド錯体、アルデヒド、ヒドロシランの出発系から比較して遷移状態Aの活性化エネルギーは+15.8kcal/molであった。この付加反応のあと、金アルコキシド錯体が形成されるが、その生成エネルギーは原系に対して26.1kcal/mol安定である。次の金アルコキシド錯体とヒドロシランの反応の遷移状態Bは原系に対して-16.5kcal/mol安定であり、反応前の金アルコキシド錯体とヒドロシランからの活性化エネルギーは+9.6kcal/molとなる。この反応の結果、原料であるアルデヒドがヒドロシリル化されたシリルエーテルが生成し、同時に触媒活性種である金ヒドリド錯体が再生し触媒サイクルが一巡する。この触媒1サイクルに伴う全生成エネルギーは50.1kcal/molである。これまで実験的な研究例が少なかった金(I)錯体の触媒反応について、始めて計算化学的な考察を行った。金(I)錯体を用いた触媒反応の研究はようやく始まったばかりであり、今回の反応も含めて、反応機構の研究は少ない。触媒反応に関する過去の蓄積が金(I)錯体ではあまりなく、また他の反応に参考を求めることができない今回のような反応では、金(I)錯体が、この反応の途中でどのような中間体・遷移状態をとり、どのようなエネルギー変化を取りながら触媒サイクルが進行するかは、計算化学の方法を用いることで始めてわかることであった。今回得られた成果は、さらに高度な反応の設計に役に立つことが予想できる。
    文部科学省, 特定領域研究(A), 岡崎国立共同研究機構, Principal investigator, Competitive research funding, 12042284
  • New Syntheses of Highly Reactive and Functional Organometallic Compounds and its Application to Organic Syntheses
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    1999 - 2001
    HOSOMI Akira; ITO Hajime; MIURA Katsukiyo; HOJO Makoto; TOMINAGA Yoshiori; TATEIWA Jun-ichi
    The following results are obtained in this research project.
    Acid-Catalyzed Cyclization ofVinylsilanes Bearing an Amino Group. Stereoselective Synthesis ofPyrrolidines
    In the presence of an acid catalyst, vinylsilanes bearing an amino group protected by an electron-withdrawing group were smoothly bychzed to 2-(silylmethyl) pyrrolidines. This cyclization was utilized for the Stereoselective synthesis of 2 ndisubstituted pyrrqlidines (n = 3-5).
    Radical Cyclization of 1-6-Enynes Using Allylstannanes and New Radical Reactions Using Stannyl Enolates as Radical Transfer Agents
    In the presence of AEBN, allyltributylstannanes bearing a radical-stabilizing group at the β-position smoothly reacted with 1,6-enynes to give cyclized products incorporated with the stannyl and allyl groups in moderate to good yields This cyclization is valuable for the synthesis of highly functionalized 5-membered carbocycles and heterocycles The reactions with β-cyanoallylstannane formed a certain amount of bicyclo[4.3.0]non-l-enes along with monocyclized products. The radicaHmtiated reactions of α-halo-esters, -nitriles, and -ketones with stannyl enolates gave the corresponding γ-keto denvatives in moderate to high yields. This homolytic process was applied to the three-component coupling reaction among stannyl enolates, haloalkanes, and electron-deficient alkenes.
    Silicon-directed Cyclization of Vinylysilanes : Stereoselective Synthesis of Tetrahydrofurans and Tetrahydropyrans
    Silicon-directed Stereoselective syn addition of hydroxy group to olefmic double bond occurs intramolecularly in an acid-catalyzed cyclization of vinylsilanes bearing hydroxy group. The cyclization proceeds by stereospecific syn addition of the hydroxy group Vinylsilanes, (Z)-5-silyl-4-penten-l-ols bearing a substituent on the methylene tether, smoothly undergo the acid-catalyzed cyclization to give trans-2,5-, cis-2,4-, and trans-2,3-disubstituted tetrahydrofurans respectively, with moderate to high stereoselectivitv.
    Manganese Ate Species: Generation,and Reactions with Electrophiles
    Trialkylmanganese (II) ate reagents, "RMnLi" reacted with iodomethylsulfides to produce thiomethylmanganese reagents, where the manganate serves as a reductant not an alkylation agent. The reductive behavior of trialkylmanganese (II) ate reagents provides a protocol for the direct generation of a new class of reagents thiomethylmanganese reagents with structural variety, and the generated thiomethylmanganese reagents reacted with allyl bromides, enones and aldehydes.
    New Method for Introduction of a Silyl Group into α,β-Enones Using a Disilane Catalyzed by a Copper(I) salt.
    The reaction of a disilane with a Cu(I) salt efficiently induces cleavage of the Si-Si bond to generate a silyl nucleophile in aprotic polar solvent and its 1,4-addition to α,β-unsaturated enones smoothly proceeds with a catalytic amount of a Cu(I) salt were found. This reaction is successfully applied to hexamethyldisilane to generate a trimethylsilyl nucleophile hitherto not easily accessible.
    Unprecedented Manganese-Mediated Reactions : Generation of Non-Stabilized Carbonyl Ylids.
    Activated manganese generates nonstabilized carbonyl ylides from bis (chloromethyl) ethers as a precursor, and using this system with manganese as a reductant, the reactions of the ylides with electron-deficient dipolarophiles can be attained without the direct reduction of dipolarophiles by the reductant.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), University of Tsukuba, 11554029
  • 11族金属錯体を用いた新規触媒的有機合成反応の開発とその理論的研究
    科学研究費補助金(奨励研究(A))
    1999 - 2000
    伊藤 肇
    後周期遷移金属化合物と有機ケイ素化合物との組み合わせにより,これまで多くの有用な有機合成反応が開発されている。例えば,ヒドロシランなどの有機ケイ素化合物は8,9,10族などの後周期遷移金属化合物に対する反応が知られており,これを利用してヒドロシリル化などの触媒的合成反応が数多く開発されてきた。しかし,銅(I)塩などの11族金属化合物と有機ケイ素化合物の反応例は少なく,これらを触媒とする合成反応の研究も限られていた。我々は最近、ヒドロシランやジシランのような有機ケイ素化合物を用い、銅(I)塩を触媒とする有用な合成反応を見いだした。さらに、銅(I)塩触媒による、有機ホウ素化合物を用いた触媒反応の開発もおこなった。また,同じ11族金属化合物である金(I)錯体を用いた触媒反応の開発にも成功し,これまで極めて例の少なかった金(I)錯体による触媒反応の新しい設計指針が得られた。Si-Si結合を持つ化合物と銅(I)塩との反応:銅(I)塩によりジシランが切断されることを初めて発見し、銅(I)塩触媒を用いたジシランによるα,β-エノンの共役シリル化反応を開発した。類似の反応は、過去にPd,Ni触媒でも報告されているが、銅(I)触媒を用いたこの反応は、ジシランに対する反応活性がより高く、合成反応としての一般性に優れている。(b)Si-H結合を持つ化合物と銅(I)塩の反応:ヒドロシランと銅(I)塩がDMI中で反応することを初めて明らかにした。さらにこれを利用してα,β-不飽和カルボニル化合物の選択的1,4-還元反応を開発した。
    文部科学省, 奨励研究(A), 筑波大学->岡崎国立共同研究機構, Principal investigator, Competitive research funding, 11750732
  • New Syntheses of Highly Reactive and Functional Organometallic Compounds and its Application to Organic Syntheses
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    1998 - 2000
    HOSOMI Akira; ITO Hajime; MIURA Katsukiyo; HOJO Makoto; TATEIWA Jun-ichi
    The following results are obtained in this research project.
    1. Silicon-directed Cyclization of Vinylysilanes : Stereoselective Synthesis of Tetrahydrofurans and Tetrahydropyrans
    Silicon-directed stereoselective syn addition of hydroxy group to olefinic double bond occurs intramolecularly in an acid-catalyzed cyclization of vinylsilanes bearing hydroxy group. The cyclization proceeds by stereospecific syn addition of the hydroxy group. Vinylsilanes, (Z)-5-silyl-4-penten-1-ols bearing a substituent on the methylene tether, smoothly undergo the acid-catalyzed cyclization to give trans-2,5-, cis-2,4-, and trans-2,3-disubstituted tetrahydrofurans, respectively, with moderate to high stereoselectivity.
    2. Acid-Catalyzed Cyclization of Vinylsilanes Bearing an Amino Group. Stereoselective Synthesis of Pyrrolidines
    In the presence of an acid catalyst, vinylsilanes bearing an amino group protected by an electron-withdrawing group were smoothly cyclized to 2-(silylmethyl) pyrrolidines. This cyclization was utilized for the stereoselective synthesis of 2, n-disubstituted pyrrolidines (n=3-5).
    3. Unprecedented Manganese-Mediated Reactions : Generation of Non-Stabilized Carbonyl Ylids
    Activated manganese generates nonstabilized carbonyl ylides from bis (chloromethyl) ethers as a precursor, and using this system with manganese as a reductant, the reactions of the ylides with electron-deficient dipolarophiles can be attained without the direct reduction of dipolarophiles by the reductant.
    4. Manganese Ate Species : Generation and Reactions with Electrophiles
    Trialkylmanganese (II) ate reagents, "R_3MnLi" reacted with iodomethylsulfides to produce thiomethylmanganese reagents, where the manganate serves as a reductant not an alkylation agent.
    The reductive behavior of trialkylmanganese (II) ate reagents provides aprotocol for the direct generation of a new class of reagents, thiomethylmanganese reagents with structural variety, and the generated thiomethylmanganese reagents reacted with allyl bromides, enones and aldehydes.
    5. Radical Cyclization of 1,6-Enynes Using Allylstannanes and New Radical Reactions Using Stannyl Enolates as Radical Transfer Agents
    In the presence of AIBN, allyltributylstannanes bearing a radical-stabilizing group at the β-position smoothly reacted with 1,6-enynes to give cyclized products incorporated with the stannyl and allyl groups in moderate to good yields. This cyclization is valuable for the synthesis of highly functionalized 5-membered carbocycles and heterocycles. The reactions with β-cyanoallylstannane formed a certain amount of bicyclo [4.3.0] non-1-enes along with monocyclized products. The radical-initiated reactions of α-halo-esters, -nitriles, and -ketones with stannyl enolates gave the corresponding γ-keto derivatives in moderate to high yields. This homolytic process was applied to the three-component coupling reaction among stannyl enolates, haloalkanes, and electron-deficient alkenes.
    6. New Method for Introduction of a Silyl Group into α, β-Enones Using a Disilane Catalyzed by a Copper (I) salt.
    The reaction of a disilane with a Cu (I) salt efficiently induces cleavage of the Si-Si bond to generate a silyl nucleophile in an aprotic polar solvent and its 1,4-addition to α, β-unsaturated enones smoothly proceeds with a catalytic amount of a Cu (I) salt were found. This reaction is successfully applied to hexamethyldisilane to generate a trimethylsilyl nucleophile, hitherto not easily accessible.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B)., University of Tsukuba, 10450334
  • 高配位遷移金属化合物の新規生成と関連化合物を用いる新反応の開発
    科学研究費助成事業
    1998 - 1999
    細見 彰; 伊藤 肇; 三浦 勝清; 北條 信; 立岩 淳一
    本研究課題で前年度に引き続き、今年度得られた成果を以下に示す。
    (1)サマリウム外希土類金属カルベノイドの新規生成と反応性の解明および新規1,3-脱離反応による非安定化Tailor-madeカルボニルイリドとその関連活性種の生成と反応に関する研究を行った。
    既知の方法で生成するカルボニルイリドは構造を安定化する置換基や官能基を有するものに限られており、これらの反応性には電荷が分離した性質が強く反応してくる。真のカルボニルイリドの性質を知るために下式に示した1,3-脱離反応によるカルボニルイリドの生成法は有力な手段となる。母体のカルボニルイリドを始め、任意の置換基を有するカルボニルイリドの生成法を明かにした。これらの反応性の全容を解明することも可能となる。金属によっては"1,3-dipolaroide"としてカルボニルイリドの反応性を制御できる可能性もあるため、用いる金属と生成するカルボニルイリドの反応性の関係についてもかなりの研究成果を得た。
    (2)アリルスタニル化やアリルシリル化などラジカル反応を用いる立体選択的な新規萌芽的研究を行った。
    (3)ビニルシランの新規酸触媒環化反応と含酸素環状化合物の高立体選択的合成反応を開発した。
    (4)高配位マンガンおよびクロム化合物の反応性の解明と新規高配位マンガン、クロム他反応剤の創製と合成に関する研究を行った。
    (a)高配位マンガン、クロム中間体(M=Mn,Cr)を得、その構造と反応性の関係を明らかにする努力を行った。
    (b)高反応性高配位鉄、マンガン、クロム反応剤の創製とその反応の高次制御を行った。アリルアニオン、ヒドリドイオン、ビニルアニオンなど高反応性活性種の等価体として高配位遷移金属化合物を設計合成した。
    (c)有機クロムアート化合物を用いる還元的メタル化反応を達成した。
    (d)有機クロムおよび関連アート反応剤による不斉還元、アルキル反応およびジアステレオ選択的反応を見つけた。
    また、中心金属(M=Mn Cr,Fe)、配位子、反応系の効果を検討した。さらに新しい還元剤の開発を目指した。
    日本学術振興会, 萌芽的研究, 筑波大学, 10874106
  • 低原子価金属塩を用いる有機ケイ素化合物の活性化と反応
    科学研究費補助金(奨励研究(A))
    1997 - 1998
    伊藤 肇
    1. シリルエノールエーテルの銅(I)塩による選択的アシル化:ケイ素・銅交換反応がシリルエノールエーテル上でも進行することを利用して,シリルエノールエーテルの銅(I)塩による選択的O-アシル化を行ったところ,広範な基質に対して良好な収率で目的物が得られた.2. 銅(I)触媒によるα,β一不飽和力ルボニル化合物の求核的シリル化:ケイ素求核剤はクロロシランやジシランからアルカリ金属を用いて還元するなどの方法で発生することができるが,炭素求核剤と比べると比較的発生させにくいことからやや敬遠されがちであった.われわれはケイ素-ケイ素結合が銅(I)塩で切断されることを初めて発見し,これを利用して求核的なケイ素化剤を触媒的に発生させる方法を見つけた.1〜10%触媒量のCU(I)OTfの存在下,ジシランがα,β-不飽和カルボニル化合物に1,4-付加反応し,引き続く酸加水分解により,β-シリル化体が高収率で得られることを新たに見いだした.この反応は銅塩に対する配位子の効果が顕著で,銅(I)塩に対して小過剰のトリブチルホスフィンの添加により収率が向上する.また溶媒としてはDMFがもっともよい結果を与える.基質としてはα,β-不飽和アルデヒドも可能であるが,α,β-不飽和エステルの場合は収率が低下する.ジシランのα,β-不飽和ケトンへの1,4-付加反応はPd触媒を用いた報告があるが,ハロゲン置換により活性化されたジシランが必要であるなど制限があり,この銅(I)塩触媒を用いる方法の方が一般性は高い.3. 光学活性ヒドロシランにおけるケイ素・銅(I)交換:光学活性ヒドロシランにおいて,ケイ素・銅(I)交換反応に基づくシリルエーテル合成を行ったところ,極性溶媒中にもかかわらず,ケイ素上の立体が保持された生成物が得られた.このことはこのケイ素・銅交換反応を経由する反応機構の考察に有益な示唆を与える.
    文部科学省, 奨励研究(A), 筑波大学, Principal investigator, Competitive research funding, 09750929
  • マンガンアート錯体および関連有機金属化合物を用いる新反応の展開
    科学研究費助成事業
    1997 - 1997
    細見 彰; 伊藤 肇; 三浦 勝清; 北條 信
    本研究課題で今年度得られた成果を以下に示す.
    ヨウ化ビニルあるいはアセチレンから生じるビニルラジカルが,分子間での立体選択的炭素-炭素結合生成に有効であることが明らかとなった.また,イオン的反応として知られていたアリルメタル化反応がラジカル機構でも進行することを示し,精密有機合成におけるラジカル反応の適用範囲をいっそう広げることができた.
    また,有機マンガンアート錯体の生成とその反応挙動はこれまで殆ど知られておらず,その詳細を明らかにすることにより,今後有機合成上重要な有機金属試剤となり得ることを明らかにした.α-位に還元され得る酸素官能基を有するケトンに対して有機マンガンアート化合物を反応することにより,マンガンエノラートが直接的に得られることを見つけた.得られたエノラートに対してアルデヒドを作用させることにより,アルドール誘導体が高収率で得られた.また,生成したマンガンエノラートは種々の求電子剤と反応して対応する置換生成物を高収率で与えた.
    さらに,有機マンガンアート化合物はアリルブロミド,プロパルギルブロミドとの反応により,還元的メタル化を起し,対応するアリルマンガンアート反応剤,および,プロパルギルマンガンアート反応剤を高収率で与えることを見付けた.この際,有機マンガンアート化合物の有機リガンドとして,テトラブチルマンガナ-ト錯体が好都合であった.
    日本学術振興会, 萌芽的研究, 筑波大学, 09875224
  • 実践的有機金属反応剤の開発と天然物指向有機合成への新展開
    科学研究費助成事業
    1997 - 1997
    細見 彰; 伊藤 肇; 三浦 勝清; 北條 信
    多官能性有機金属化合物の合成設計と新反応およびその合成化学への応用を目指した研究の一環として,(1)合成化学的に重要であるが反応性が高いために十分に活用されていない反応活性種である有機ラジカルを用いるあたらしい.立体選択的な有機合成反応を見つけた.ラジカル開始剤存在下アルケンとアリルスタナンを反応させれば,スタニルラジカルのアルケンへの付加および生成するアルキルラジカルのアリル化により,ラジカル的アリルスタニル化の初めての例を見つけた. さらに、アルキンとの反応においてもアリルスタニル化が効率的にかつこう立体選択的に進行することを見つけた。(2)サマリウムを用いる新反応を開発する目的で非安定化カルボニルイリドの生成と新規反応を見つけた.ビス(クロロメチルエーテル)に2価サマリウムを作用させることによりカルボニルイリドが生成し,カルボニル化合物存在下に行うとジオキソランが,また,アルケン類およびアルキン類共存下では高収率で対応するテトラヒドロフラン類とジヒドロフラン類が生成することを見つけた.本反応により世界で始めて全く置換基を持たない母体のカルボニルイリドを得ることができたばかりでなく,"Taior-made" のカルボニルイリドを自由に得る方法を明らかにできた.(3)有機マンガンアート錯体を新規電子移動型還元剤として用いるアリル銅種およびマンガンエノラートの新規生成反応を見つけた.(4)分子内の適当な位置に水酸基のような求核剤を有するビニルシランを用いたところ,プロトンやLewis酸触媒による反応によって生じるβ-シリル炭素陽イオン中間体が,1,2-ケイ素転移を伴い,水酸基と反応して,テトラヒドロフランやテトラヒドロピラン誘導体などの含酸素環状化合物を立体選択的に効率よく与えることを見つけた.
    日本学術振興会, 重点領域研究, 筑波大学, 09231206
  • 高配位構造を有する金属活性種と高次触媒体の構築に関する合成化学研究
    科学研究費助成事業
    1997 - 1997
    細見 彰; 伊藤 肇; 三浦 勝清; 北条 信
    精密有機合成では有機溶媒に可溶な酸触媒がよく利用されているが,有機溶媒に不溶な固体酸触媒を用いる不均一反応についてはあまり研究されていない.反応の後処理,触媒の回収,再利用が容易であるという点から見れば,固体酸触媒の関与する反応系の構築は重要な課題である.本研究では,含酸素ヘテロ環類の立体選択的合成を目指して,粘土鉱物やヘテロポリ酸類のような固体酸を触媒として用いるビニルシラン類の環化反応について検討した.水酸基を有するビニルシラン類の環化反応では,粘土鉱物やヘテロポリ酸のような固体酸触媒を利用できることがわかった.しかし,これらの固体酸(12モリブドリン酸を除く)を用いる不均一反応はр-トルエンスルホン酸や四塩化チタンを用いる均一反応に比べると反応時間,環化効率の面でまだまだ問題が多い.均一系触媒に匹敵する活性を有する固体酸触媒の探索を続け,固体酸触媒を用いる反応の立体選択性についてより詳細に検討した.ビニルシラン,固体酸を用いて、クロロホルム(2.5mL)中,室温で行った.酸触媒にはまず市販品であるナトリウムモンモリロナイト(クニピア),活性白土,モンモリロナイトK10を用いて反応を行った.その結果,酸性度が低いナトリウムモンモリロナイトでは,原料回収に終わったが,シリケート層間の交換性陽イオンがプロトンである活性白土やモンモリロナイトK10では環化反応が効率よく進行することがわかった.交換性陽イオンがアルミニウム,チタン,セリウム,亜鉛であるモンモリロナイトは向山アルドール反応,Friedel-Crafts反応,カルボニル化合物のアセタール化などの触媒として有用であることが知られているが,この反応においても触媒活性を示した.
    日本学術振興会, 重点領域研究, 筑波大学, 09218209
  • New Reactions Using Highly Functional Organometallic Compounds and its Application to Synthetic Chemistry
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    1996 - 1997
    HOSOMI Akira; ITO Hajime; MIURA Katsukiyo; HOJO Makoto
    The following results are obtained in this research project.
    1.Silicon-directed Cyclization of Vinylysilanes : Stereoselective Synthesis of Tetrahydrofuranes and Tetrahydropyranes
    Silicon-directed stereoselective syn addition of hydroxy group to olefinic double bond occurs intramolecularly in an acid-catalyzed cyclization of vinylsilanes bearing hydroxy group. Thus 5-dimethylphenylsilyl-4-penten-1-ol is smoothly cyclized to 2- (dimethylphenylsilyl) methyltetrahydrofuran upon the treatment of a catalytic amount of p-toluenesulfonic acid (TsOH) or TiCl_4.
    2.Unprecedented Samarium-Mediated Reactions : Generation of Non-Stabilized Carbonyl Ylids
    Samarium reveals a strong reducing ability and by virtue of this character together with its oxophilicity, is widely applied to organic synthesis in the formation of carbon-carbon bonds and transformation of a variety of functionalities with high selectivities. In the course of our study on the generation and reactions of reactive species, we report herein the generation of novel active species, non-stabilized carbonyl ylids from iodomethyl silyl ethers mediated by samarium, otherwise inaccessible, and their [3+2] cycloadditions to a variety of unsaturated compounds such as aldehydes, alkenes, allenes, and alkynes.
    3.Manganese AteSpecies : Generation and Reactions with Electrophiles
    Tetrabutylmanganese ate complex 'Bu_4MnLi_2' reacts with allylic and prop-2-ynylic bromides to generate the corresponding allyl-and prop-2-ynyl-manganese species which further react with electrophiles such as aldehydes, ketones, epoxide, and chlorosilanes to afford the corresponding allylated and prop-2-ynylated and/or allenylated products in high yields.
    4.Allylstannylation of Alkynes and Alkenes via a Radical Process : Stereoselective Synthesis of Di-and Tri-Substituted Vinylstannanes
    In the presence of AIBN,allylstannanes bearing an electron-withdrawing group at the beta-position easily reacted with terminal and electron-deficient internal alkynes to give beta-allyl-substituted vinylstannanes in moderate to good yields. The allylstannylation proceeds with anti addition exclusively. Allylstannanes bearing an electron-withdrawing group at the beta-position easily reacted with various electron-deficient alkenes to introduce both the allyl and stannyl groups.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), University of Tsukuba, 08454228
  • Creation of Highly Functional Reagents and its Application to Novel Organic Synthesis
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    1995 - 1997
    HOSOMI Akira; TOMINAGA Yoshinori; HAYASHI Nobuyuki; ITO Hajime; MIURA Katsukiyo; HOJO Makoto; DHOGANE Iwao
    The following results are obtained in this research project.
    1.Manganese Ate Complexes as a New Reducing Agent : Perfectly Regiocontrolled Generation and Reactions of the Mn-Enolates with Electrophiles
    Manganese (II) ate complexes cleanly react with carbonyl compounds bearing a leaving group at the alpha position to generate the enolates of the original ketones, esters, and amides, irrespective of their structure, where the manganate serves as a reductant not an alkylation agent. In this reductive generation of the enolates based on the novel reactivity of the manganese ate complexes, a kind of oxidative addition of a substrate to the ate complex and the reductive elimination of the ligands on manganese are possibly involved as the key processes, while the process equivalent to "metal-halogen exchange" does not seem to be significant. The generality of this reaction was demonstrated in the generation of the enolates of not only aromatic ketones and aliphatic ketones but also an aliphatic ester and amide. As for the synthetic value, this reaction was successfully applied to the perfectly regiospecific generation and reactions of a pair of the regioisomeric enolates corresponding to the unsymmetrical and non-branched aliphatic ketones.
    2.Unprecedented Samarium-Mediated Reactions : Generation of Non-Stabilized Carbonyl Ylids
    Samarium reveals a strong reducing ability and by virtue of this character together with its oxophilicity, is widely applied to organic synthesis in the formation of carbon-carbon bonds and transformation of a variety of functionalities with high selectivities. In the course of our study on the generation and reactions of reactive species, we report herein the generation of novel active species, non-stabilized carbonyl ylids from iodomethyl silyl ethers mediated by samarium, otherwise inaccessible, and their [3+2] cycloadditions to a variety of unsaturated compounds such as aldehydes, alkenes, allenes, and alkynes.
    3.Silicon-Directed Cyclization of Vinylsilanes Bearing Hydroxy Group Catalyzed by an Acid
    The acid-catalyzed cyclization of vinylsilanes bearing a hydroxy group took place cleanly to give tetrahydrofurans and tetrahydropyrans, and the addition of hydroxy group to vinylsilane proceeded in a syn stereoselective fashion.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), University of Tsukuba, 07555276
  • 実践的有機金属反応剤の開発と天然物指向有機合成への新展開
    科学研究費助成事業
    1996 - 1996
    細見 彰; 伊藤 肇; 三浦 勝清; 北條 信
    本研究では,1)有機マンガンアート化合物の電子移動型還元挙動の解明と新規ケトンエノラートの位置特異的生成反応の開発を行った.特に,遷移金属は種々の酸化数を取り得るために遷移金属化合物は中心金属が合成化学的に有用な酸化・還元的性質を示す.これらの高配位有機金属化合物の化学の新たな展開を目指して中心金属をマンガン金属とした有機マンガンアート化合物の,特にその電子移動型還元挙動を明らかにするとともに,新しいケトンエノラートの位置特異的生成反応の開発を行った.
    有機マンガンアート錯体の生成とその反応挙動はこれまで殆ど知られておらず,その詳細を明らかにすることにより,今後有機合成上重要な有機金属試剤となり得る.α-位に還元され得る酸素官能基を有するケトンに対して有機マンガンアート化合物を反応することにより,マンガンエノラートが直接的に得られることを見つけた.得られたエノラートに対してアルデヒドを作用させることにより,アルドール誘導体が高収率で得られた.また,生成したマンガンエノラートは種々の求電子剤と反応して対応する置換生成物を高収率で与えた.
    2)有機銅アート錯体を新規電子移動型還元剤として用いるアリル銅種の生成と反応を研究したところ,ケテンジチオアセタール類に電子吸引基が置換した場合に効率よくビニル銅種が生成することを示した.また,クロロ基を脱離基とするケテンジチオアセタール類を用いて有機銅アート錯体との反応を検討したところ,電子移動を含む還元的メタル化により新規アリル銅種が効率よく生成することを見つけた.官能基を持つアリル銅種を他の方法では得難いので,本方法は新しい官能基置換の有用な合成法を見つけたことになる.
    日本学術振興会, 重点領域研究, 筑波大学, 08245207
  • 高配位構造を有する金属活性種と高次触媒系の構築に関する合成化学研究
    科学研究費助成事業
    1996 - 1996
    細見 彰; 伊藤 肇; 三浦 勝清; 北條 信
    シリル基がβ位の炭素陽イオンを安定化することはよく知られており,有機ケイ素化合物の反応性を理解する上で重要な特性の一つである.ビニルシランはα位でプロトンと反応し,β-シリル炭素陽イオンを中間体として与える.通常β-シリル炭素陽イオンからのシリル基の脱離は非常に速いため,この中間体を求核剤との反応に利用した例はほとんど知られていない.本研究では,分子内の適当な位置に水酸基のような求核剤を有するビニルシランを用いたところ,固体酸触媒によって生じるβ-シリル炭素陽イオン中間体が水酸基と反応して,テトラヒドロフランやテトラヒドロピラン誘導体などの含酸素環状化合物を効率よく与えた.酸触媒にはまず市販品であるナトリウムモンモリロナイト(クニピア),活性白土,モンモリロナイトK10を用いて反応した結果,酸性度が低いナトリウムモンモリロナイトでは原料回収に終わったが,シリケート層間の交換性陽イオンがプロトンである活性白土やモンモリロナイトK10では環化反応が効率よく進行することがわかった.交換性陽イオンがアルミニウム,チタン,セリウム,亜鉛であるモンモリロナイトが,この反応において触媒活性を示した.これら触媒系において超音波照射下での反応も試みたが,触媒活性の向上には効果的ではなかった.次に,12-タングストリン酸,12-モリブドリン酸,12-タングストケイ酸のようなヘテロポリ酸を用いて反応を行ったところ,これらのプロトン酸触媒も本環化反応に対して高い触媒活性を有することが明らかとなった.なお,12-モリブドリン酸は溶媒であるクロロホルムに可溶であり,このために触媒活性が著しく向上したものと考えられる.
    日本学術振興会, 重点領域研究, 筑波大学, 08232213
  • 希土類錯体を用いる反応活性種の生成と有機合成へ応用
    科学研究費助成事業
    1996 - 1996
    北條 信; 伊藤 肇; 三浦 勝清; 細見 彰
    サマリウム反応剤を用いる新規非安定化カルボニルイリドの生成と反応
    サマリウムの関与する反応活性種として新規なカルボニルイリドの発生反応を見つけた.さらに発生するカルボニルイリドはこれまで生成例のないアルキル基のみが置換した非安定化カルボニルイリドである.これらは反応に際して高い反応性および選択性を示すことを明らかにした.(J.Am.Chem.Soc.,1996,118(14),3533-3534.)さらにビス(クロロメチル)エーテル類を前駆体とする非安定化カルボニルイリドの発生法を見つけ,無置換(母体)のカルボニルイリドの発生と反応に初めての例として成功した.無置換カルボニルイリドは立体的にも電子的にも安定化を受けていないために非常に高い反応性を示し,様々な炭素-炭素2重結合および3重結合,さらには芳香族化合物に対しても[3+2]環化付加を起こすことが明らかとなった.この発生法は必要な構造を有するカルボニルイリドを前駆体からデザイン-合成し,意のままに発生させることができる“Tailor-made"な発生法としても応用できることを実証した.これら一連の研究を通じて環化付加反応に際して発現する立体選択性をはじめとする各種選択性に関する多くの知見が初めて明らかとなった.(Tetrahedron Lett.,1996,37(51),9241-9244.)
    日本学術振興会, 重点領域研究, 筑波大学, 08220209
  • 高活性銅(I)錯体触媒の開発 有機ナノ構造体の合成
    Competitive research funding
  • Development of Highly active Cu(I) catalysts Synthesis of organic nano-structure
    Competitive research funding
■ Academic and Social Contribution Activities/Other
Media Coverage
  • プラスチック材料を開始剤とするラジカル反応の開発~医薬品や機能性材料をより安全で環境に優しく生産するための有機合成プロセスの開発へ~
    25 Dec. 2023
    北海道大学 PRESS RELEASE
    北海道大学 PRESS RELEASE
  • The Ultimate Birch Reduction?
    10 Apr. 2023
    Other than myself
    Science
    Science
    https://www.science.org/content/blog-post/ultimate-birch-reduction, [Paper]
  • 空気下、室温で実施可能な超高速バーチ還元反応を開発~ボールミルを用いたメカノケミカル法により、従来の溶液合成の制限を克服~
    05 Apr. 2023
    Myself
    北海道大学 PRESS RELEASE
    北海道大学 PRESS RELEASE
    [Others]