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研究の背景

フッ化アシルRC(=O)Fは安定性や反応性などが独特であることから、近年、遷移金属触媒による反応に注目が集まりつつあります。フッ化アシルはR⁺、CO、F^-の3つの合成フラグメントに分けることができますが、これまでに、炭素骨格("RC(=O)"あるいは"R")の部分の、有機もしくは有機金属系求核剤(電子密度が低い炭素などの原子に反応し、結合を作る物質)を介したクロスカップリング反応に関する研究が数多く報告されています。
しかしその一方で、フッ素("F")の部分はフッ化アシルを特徴付ける重要な官能基であるにもかかわらず、フッ素部分の反応についての研究は非常に少ないのが現状です。そのため、これまではフッ素部分は生成物に残すことができず、廃棄物となっていました。

研究グループは、このフッ素部分を活かした有機合成反応の実現を目指し、研究に取り組んできました。今回の研究では、荻原講師らがこれまでに発見した0価のパラジウム触媒によるフッ化アシルの炭素－フッ素結合の可逆的な切断と形成を基盤として、フッ化アシルのこれまでにない合成方法を開発することを目的としました。

研究の詳細

研究グループはまず、フッ化ベンゾイルと無水安息香酸は、フッ化アシルと酸無水物と同様の反応進行を示すという作業仮説に基づき、フッ化ベンゾイルと3,5-ジメチル-無水安息香酸を出発物質として、反応条件の最適化を行いました。その結果、二座ホスフィンを配位子(特定の受容体に選択的に結合する物質)とした場合は概ね良好な触媒反応を示しましたが、反応性や入手容易性などを考慮した結果、DPPBを配位子として用いることにしました。反応温度および無水安息香酸の量についても検討し、無水安息香酸をフッ化ベンゾイルの3倍量で80℃という条件で、収率71％を達成しました。
次に、得られた最適化条件の下で、パラジウム触媒によるフッ化アシルの生成という観点から、基質適用範囲の探索を行いました。その結果、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)／DPPBを触媒とした際、多様なフッ化アシルが生成されました。ベンゼン環の4位には、メトキシ基、チオメチル基、ハロゲン基など、電子供与基と電子求引基の両方があり、これらは触媒条件下でも耐性があり、フッ化アシルを生成しました。
生成されたフッ化アシルのいくつかについては、アシル交換反応についても調べたところ、4-メトキシベンゾイルフルオリドは3,5-ジメチル-無水安息香酸のフッ素化に対する反応性は低く、電子求引基を持つフッ化ベンゾイルおよび2-ナフチルフルオリドでは反応性が高く、43～70％の収率を達成しました。
研究を行った荻原講師は「本反応では、入手することが容易なフッ化アシルを出発物質として、より複雑なフッ化アシルを得ることができるため、フッ化アシルにより一層の価値を付加するものです。また、本成果はフッ化アシルをフッ素源として利用できることを実証したという点で、非常に示唆に富んでいます。今後、本研究で見出した現象に基づいた触媒設計や反応設計を行なうことで、これまでにない新しいフッ素分子の合成方法を提供できる可能性があります。」として、応用への期待を示しています。