アルキルケトンの一電子還元を基軸にした新反応の開発〜Virtual Ligand-Assisted Screening(VLAS)法を用いる環境調和型合成法を実現〜

2025-10-22 北海道大学

北海道大学の研究チームは、量子化学計算と実験を融合し、アルキルケトンの一電子還元を基盤とした新しい光励起パラジウム触媒反応を開発した。研究では、電子移動の逆反応(BET)を抑制する最適な配位子を、計算化学手法「Virtual Ligand-Assisted Screening(VLAS)」により効率的に探索。膨大な候補から理論的に絞り込み、有望な配位子を選定することで、アルキルケトンからケチルラジカルを高効率に生成し、オレフィンとの分子内および分子間カップリング反応を実現した。これにより、環境負荷の低い新しい有機合成経路が確立され、グリーンケミストリーの推進に貢献する。研究成果は『Journal of the American Chemical Society』誌に掲載され、計算科学と実験化学を統合した反応設計の有効性を示した。

アルキルケトンの一電子還元を基軸にした新反応の開発〜Virtual Ligand-Assisted Screening(VLAS)法を用いる環境調和型合成法を実現〜
VLAS法を活用した光励起パラジウム触媒を用いたアルキルケトンからのケチルラジカル生成

<関連情報>

光励起パラジウム触媒を用いたアルキルケトンからのケチルラジカル生成のための仮想リガンド支援スクリーニング Virtual Ligand-Assisted Screening for the Generation of Ketyl Radicals from Alkyl Ketones via Photoexcited Palladium Catalysis

Kosaku Tanaka III,Ren Yamada,Suvankar Debbarma,Wataru Kanna,Hiroki Hayashi,Wataru Matsuoka,Satoshi Maeda,and Tsuyoshi Mita
Journal of the American Chemical Society  Published: October 20, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.5c13115

Abstract

Ketyl radicals are versatile radical intermediates that enable diverse C–C-bond-forming reactions. However, their generation from substrates with highly negative potentials such as alkyl ketones via single-electron reduction remains underdeveloped. In this study, we report a new strategy that harnesses the strong reducing power of photoexcited palladium species to provide access to ketyl radicals from alkyl ketones and to promote subsequent C–C-bond-forming reactions. The key to this approach is a computationally guided virtual ligand-assisted screening (VLAS) strategy. Mechanistic investigations revealed that back-electron transfer (BET) is the major factor suppressing reactivity. By systematically evaluating virtual phosphine ligands with varying electronic and steric properties, we established design guidelines for ligands that effectively suppress BET and promote the desired transformations. Using the optimized ligands identified through VLAS, we developed efficient reductive couplings and Heck-type reactions involving both unactivated alkenes and alkynes, which are challenging substrates under conventional SmI2-mediated conditions. This work highlights a powerful paradigm that integrates photoexcited transition-metal catalysis with in-silico ligand design, enabling control over single-electron-transfer processes and opening new avenues for radical-based synthetic transformations.

0502有機化学製品
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