魏明宇(Ming-Yu Ngai、1981年X月XX日–)は米国の有機化学者である。米国パデュー大学教授

経歴

2003    香港大学　学士号取得 (Chi-Ming Che 教授, Wai-Kin Chan 教授)
2002–2003 カリフォルニア大学バークレー校　交換留学生 (Michael S. VanNieuwenhze 教授)
2008   テキサス大学オースティン校　博士号取得 (Michael J. Krische 教授)
2009–2011 スタンフォード大学　博士研究員 (Barry M. Trost 教授)
2011–2013ハーバード大学　博士研究員 (Tobias Ritter 教授)
2013–2019ニューヨーク大学ストーニーブルック校　助教
2019–2023ニューヨーク大学ストーニーブルック校　准教授
2023–       パデュー大学　教授

受賞歴

1998 Parents Teachers Association Scholarship
1998 Poon Shun Kwok Prize
1999 Mrs. Phyllis Ng Scholarship
2000 Cheung King Pak Memorial Scholarship
2000 Honors Student Gold Award
2002 HKU Worldwide Undergraduate Student Exchange Program Scholarship
2002 The Hong Kong Jockey Club Summer Internship Scholarship for Tertiary Students in Hong Kong
2003 The National Society of Collegiate Scholars
2004 Robert H. Hamilton/Eugene P. Schoch Fellowship
2007 Wendell Gordon Fellowship
2007 Presidential Green Chemistry Challenge Award
2007 William S. Livingston Award for the Outstanding Graduate Student Academic Employee
2007 Phi Kappa Phi Honor Society Member
2008 Professional Development (Travel) Award
2009 Croucher Foundation Postdoctoral Fellowship
2015 Organic & Biomolecular Chemistry New Talent
2016 Maximizing Investigator Research Award for Early-Stage Investigator
2016 Thieme Chemistry Journal Award
2016 Individual Development Awards
2017 ChemComm Emerging Investigator
2018 Young Academic Inventor’s Award
2019 Young Academic Investigator
2019 Discovery Prize Finalist
2019 NSF CAREER Award
2021 Inducted as a Member of the National Academy of Inventors
2021 Maximizing Investigator Research Award for Established Investigator
2023 Distinguished Alumni Lecture

研究概要

2013年に研究室を主宰して以来、芳香環のトリフルオロメトキシ化反応や糖の分子編集、可視光レドックス触媒や遷移金属触媒を用いる新規反応開発に取り組んでいる。

芳香環のトリフルオロメトキシ化反応^[1]
医農薬品へのトリフルオロメトキシ(OCF₃)基の導入は、分子の脂溶性や代謝安定性を向上させるため、構造活性相関研究において、近年注目されている^[2]。芳香環上のOCF₃化法のひとつとして、NgaiはN–ヒドロキシアニリン誘導体の分子内OCF₃化を報告した(図A)^[1a]。Togni試薬によってN–ヒドロキシアニリンをN–OCF₃へ変換した後、その結合開裂(ヘテロリシス)により生じるニトレニウムイオンを経由して、OCF₃基がo位へ転位する^[3]。本手法は、様々なパーフルオロアルコールも導入可能であり^[1b]、またヒドロキシアミノピリジン類、ピリミジン類のo位官能基化^[1c]も成功した。また独自に開発したOCF₃化剤を用いる分子間OCF₃化法を見いだした(図B)。トリフルオロメトキシ化剤Iは光励起よりN–OCF₃結合が均等開裂してOCF₃ラジカルを生成する。そのラジカルが芳香環に付加することでOCF₃化できる^[1d]。同じくOCF₃化剤IIは、可視光レドックス触媒、もしくはTEMPOにより一電子還元されることでOCF₃ラジカルを生成する^{[1e, 1f]}。本手法はピリジンやチオフェンなど様々な芳香環に適用可能であり、かつ広い官能基許容性をもつ。また、IIが有するOCF₃基をジフフルオロメトキシ(OCF₂H)基に変更することで、芳香環のOCF₂H化反応の開発に成功した^[1g]。

Surzur−Tanner 転位を鍵とする分子変換反応の開発
Surzur−Tanner転位は、β-アシロキシアルキルラジカルの1,2-ラジカル転位反応である(図A)^[4]。本反応は、より安定なアルキルラジカルの生成を駆動力に進行する。Ngaiは本反応と光触媒反応を組み合わせ、1,2-ラジカル転位反応を伴う糖やアリルカルボキシラートの巧みな変換反応を多数報告した(図B)。

1.糖の分子編集^[5]
　C2位が官能基化されたデオキシ糖は生体分子や医薬品に頻出の構造である。また、分子イメージングや細胞工学においても重要な役割を担うことから近年注目されている。C2位官能基化デオキシ糖はこれまで、ビニルエーテルやエポキシ化糖、シクロプロピル化糖から多段階かつ過激な条件を用いて合成されてきた^[6]。そのため、C2位官能基化デオキシ糖の温和で効率的な合成法の開発が望まれる。Ngaiは、グリコシルラジカルの1,2-Spin Center Shift (1,2-SCS)を利用して、調製容易なC1位ブロモ化糖から様々なC2位官能基化デオキシ糖を合成する新手法を見いだした^[5]。光照射により励起した金属種がC1位のブロモ基を引き抜き、グリコシルラジカルが生成する。続く1,2-SCSによりアルキルラジカルがC2位へ転位し、オレフィンへ付加、または金属触媒と結合形成することでC2位の官能基化を達成した。本手法は、修飾法の少ない糖のC2位にヨウ素原子や重水素^[5a]、アリール基^[5b]、ビニル基^[5c]を導入可能であり、多種多様なC2位官能基化デオキシ糖を簡便に合成できる。

2.アリルカルボキシラートを用いる変換反応^[7]
　アリルカルボキシラートは様々な有機化合物へアクセス可能な重要中間体であり、その変換反応は数多ある。特に、求核置換反応や遷移金属触媒を用いるカップリング反応は、信頼性の高い反応として頻用される(図A左)。Ngaiは、Surzur−Tanner転位を用いて、上記の手法とは異なる新たなアリルカルボキシラートの変換法を見いだした(図A右)。すなわち、光励起したホスフィンもしくはコバルト触媒により生じたラジカル種がオレフィンへ付加、続く1,2-ラジカル転位により多置換アルキルラジカルを生成する。生じたアルキルラジカルをハロゲン化することでアリルカルボキシラートの1,3-官能基化法を報告した(図B, C)^{[7a, 7b]}。また、転位後のアルキルラジカルから水素原子を引き抜くことで、オレフィン異性化反応へ発展させた(図C)^[7c]。この他にも、カルボキシラートの1,2-転位を用いて2-ブロモ-1-エチルアセテートの官能基化も報告している^[7d]。

アロイルラジカルを用いる官能基化反応^[8]
上記以外にも、光励起した銅触媒を用いて、芳香族酸塩化物からアロイルラジカルを生成し、様々な変換反応へ応用した。末端オレフィンを用いるラジカルカスケード環化^{[8a, 8b]}やアクリルアミドを用いるγ-ラクタム合成^[8c]、ニトロアレーンの還元的な官能基化反応を報告している^[8d]。

名言集

動画

Organic Chemist as a Career

2019 Discovery Prize Finalist: Ming-Yu Ngai, PhD

コメント&その他

・7歳の時に中国から香港へ移住した。
・Krische教授の元でイリジウムやルテニウム触媒を用いる不斉反応の開発に取り組んでいた。
・Trost研時代には当時大学院生であったGuangbin Dong教授（シカゴ大学教授）と共著で論文を投稿している^[9]。
・Ritter教授の元でパラジウム触媒を用いるC–H官能基化に取り組んでいた。

関連文献

1. (a) Hojczyk, K. N.; Feng, P.; Zhan, C.; Ngai, M. Trifluoromethoxylation of Arenes: Synthesis of Ortho‐Trifluoromethoxylated Aniline Derivatives by OCF₃ Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 14559–14563. DOI: 10.1002/anie.201409375 (b) Lee, J. W.; Spiegowski, D. N.; Ngai, M.-Y. Selective C-O Bond Formation via a Photocatalytic Radical Coupling Strategy: Access to Perfluoroalkoxylated (OR_F) Arenes and Heteroarenes. Chem. Sci. 2017, 8, 6066–6070. DOI: 10.1039/c7sc01684k (c) Feng, P.; Lee, K. N.; Lee, J. W.; Zhan, C.; Ngai, M.-Y. Access to a New Class of Synthetic Building Blocks via Trifluoromethoxylation of Pyridines and Pyrimidines. Chem. Sci. 2016, 7, 424–429. DOI: 10.1039/c5sc02983j (d) Zheng, W.; Morales‐Rivera, C. A.; Lee, J. W.; Liu, P.; Ngai, M. Catalytic C−H Trifluoromethoxylation of Arenes and Heteroarenes. Angew. Chem., Int. Ed. 2018, 57, 9645–9649. DOI: 10.1002/anie.201800598 (e) Zheng, W.; Lee, J. W.; Morales‐Rivera, C. A.; Liu, P.; Ngai, M. Redox‐Active Reagents for Photocatalytic Generation of the OCF₃ Radical and (Hetero)Aryl C-H Trifluoromethoxylation. Angew. Chem., Int. Ed. 2018, 57, 13795–13799. DOI: 10.1002/anie.201808495 (f) Lee, J. W.; Lim, S.; Maienshein, D. N.; Liu, P.; Ngai, M. Redox‐Neutral TEMPO Catalysis: Direct Radical (Hetero)Aryl C−H Di‐ and Trifluoromethoxylation. Angew. Chem., Int. Ed. 2020, 59, 21475–21480. DOI: 10.1002/anie.202009490 (g) Lee, J. W.; Zheng, W.; Morales-Rivera, C. A.; Liu, P.; Ngai, M.-Y. Catalytic Radical Difluoromethoxylation of Arenes and Heteroarenes. Chem. Sci. 2019, 10, 3217–3222. DOI: 10.1039/c8sc05390a
2. Manteau, B.; Pazenok, S.; Vors, J.-P.; Leroux, F. R. New Trends in the Chemistry of α-Fluorinated Ethers, Thioethers, Amines and Phosphines. Fluorine Chem. 2010, 131, 140–158. DOI: 10.1016/j.jfluchem.2009.09.009
3. Lee, K. N.; Lei, Z.; Morales-Rivera, C. A.; Liu, P.; Ngai, M.-Y. Mechanistic Studies on Intramolecular C–H Trifluoromethoxylation of (Hetero)Arenes via OCF₃-Migration. Biomol. Chem. 2016, 14, 5599–5605. DOI: 10.1039/c6ob00132g
4. (a) Tanner, D. D.; Law, F. C. P. Free-Radical Acetoxy Group Migration. Am. Chem. Soc. 1969, 91, 7535–7537. DOI: 10.1021/ja01054a068 (b) Beckwith, A. L. J.; Crich, D.; Duggan, P. J.; Yao, Q. Chemistry of β-(Acyloxy)Alkyl and β-(Phosphatoxy)Alkyl Radicals and Related Species:  Radical and Radical Ionic Migrations and Fragmentations of Carbon-Oxygen Bonds. Chem. Rev. 1997, 97, 3273–3312. DOI: 10.1021/cr950207o
5. (a) Zhao, G.; Yao, W.; Mauro, J. N.; Ngai, M.-Y. Excited-State Palladium-Catalyzed 1,2-Spin-Center Shift Enables Selective C-2 Reduction, Deuteration, and Iodination of Carbohydrates. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 1728–1734. DOI: 10.1021/jacs.0c11209 (b) Zhao, G.; Yao, W.; Kevlishvili, I.; Mauro, J. N.; Liu, P.; Ngai, M.-Y. Nickel-Catalyzed Radical Migratory Coupling Enables C-2 Arylation of Carbohydrates. J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 8590–8596. DOI: 10.1021/jacs.1c03563 (c) Yao, W.; Zhao, G.; Wu, Y.; Zhou, L.; Mukherjee, U.; Liu, P.; Ngai, M.-Y. Excited-State Palladium-Catalyzed Radical Migratory Mizoroki–Heck Reaction Enables C2-Alkenylation of Carbohydrates. J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 3353–3359. DOI: 10.1021/jacs.1c13299 (d) Zhao, G.; Mukherjee, U.; Zhou, L.; Wu, Y.; Yao, W.; Mauro, J. N.; Liu, P.; Ngai, M.-Y. C2-Ketonylation of Carbohydrates via Excited-State Palladium-Catalyzed 1,2-Spin-Center Shift. Chem. Sci. 2022, 13, 6276–6282. DOI: 10.1039/d2sc01042a (e) Yao, W.; Mauro, J. N.; Fu, Y.; Chen, H.; Liu, P.; Ngai, M.-Y. Excited-State Palladium-Catalyzed Radical Allylic Alkylation: Rapid Access to C2-Allyl Carbohydrates. ACS Catal. 2025, 15, 5480–5489. DOI: 10.1021/acscatal.5c00555
6. (a) Bennett, C. S.; Galan, M. C.Methods for 2-Deoxyglycoside Synthesis. Rev. 2018, 118, 7931–7985. DOI: 10.1021/acs.chemrev.7b00731 (b) Harvey, J. E.; Hewitt, R. J.; Moore, P. W.; Somarathne, K. K. Reactions of 1,2-Cyclopropyl Carbohydrates. Pure Appl. Chem. 2014, 86, 1377–1399. DOI: 10.1515/pac-2014-0403
7. (a) Zhao, G.; Lim, S.; Musaev, D. G.; Ngai, M.-Y. Expanding Reaction Profile of Allyl Carboxylates via 1,2-Radical Migration (RaM): Visible-Light-Induced Phosphine-Catalyzed 1,3-Carbobromination of Allyl Carboxylates. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 8275–8284. DOI: 10.1021/jacs.2c11867 (b) Khosravi, A.; Zhang, Y.; Zhao, G.; Radefeld, K. J.; Sharma, S.; Pannilawithana, N. A.; Zhang, Y.; Liu, P.; Ngai, M.-Y. Remote-Markovnikov Hydrobromination and Hydrochlorination of Allyl Carboxylates via Dual Photoredox/Cobalt Catalysis. J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 27197–27206. DOI: 10.1021/jacs.5c08537 (c) Khosravi, A.; Zhang, Y.; Zhao, G.; Radefeld, K. J.; Sharma, S.; Pannilawithana, N. A.; Zhang, Y.; Liu, P.; Ngai, M.-Y. Remote-Markovnikov Hydrobromination and Hydrochlorination of Allyl Carboxylates via Dual Photoredox/Cobalt Catalysis. J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 27197–27206. DOI: 10.1021/jacs.4c12583 (d) Mukherjee, U.; Shah, J. A.; Musaev, D. G.; Ngai, M.-Y. Harnessing Bromo/Acyloxy Transposition (BrAcT) and Excited-State Copper Catalysis for Styrene Difunctionalization. J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 21271–21279. DOI: 10.1021/jacs.4c08984
8. (a) Banerjee, A.; Sarkar, S.; Shah, J. A.; Frederiks, N. C.; Bazan‐Bergamino, E. A.; Johnson, C. J.; Ngai, M. Excited‐State Copper Catalysis for the Synthesis of Heterocycles. Chem., Int. Ed. 2021, 61, e202113841. DOI: 10.1002/anie.202113841 (b) Sarkar, S.; Banerjee, A.; Ngai, M. Synthesis of Ketonylated Carbocycles via Excited‐State Copper‐Catalyzed Radical Carbo‐Aroylation of Unactivated Alkenes. ChemCatChem 2022, 15, e202201128. DOI: 10.1002/cctc.202201128 (c) Sarkar, S.; Banerjee, A.; Shah, J. A.; Mukherjee, U.; Frederiks, N. C.; Johnson, C. J.; Ngai, M.-Y. Excited-State Copper-Catalyzed [4+1] Annulation Reaction Enables Modular Synthesis of α,β-Unsaturated-γ-Lactams. J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 20884–20894. DOI: 10.1021/jacs.2c09006 (d) Shah, J. A.; Banerjee, A.; Mukherjee, U.; Ngai, M.-Y. Merging Excited-State Copper Catalysis and Triplet Nitro(Hetero)Arenes for Direct Synthesis of 2-Aminophenol Derivatives. Chem 2024, 10, 686–697. DOI: 10.1016/j.chempr.2023.11.005
9. Trost, B. M.; Ngai, M.-Y.; Dong, G. Ligand-Accelerated Enantioselective Propargylation of Aldehydes via Allenylzinc Reagents. Lett. 2011, 13, 1900–1903. DOI: 10.1021/ol200043n

関連リンク

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