Development of Chemoselective Catalytic Oxidation Accelerated by the Use of Electroanalysis and Capillary Electrophoresis-Mass Spectrometry
| Project Area | Digitalization-driven Transformative Organic Synthesis (Digi-TOS) |
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| Project/Area Number |
21H05210
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
笹野 裕介 東北大学, 薬学研究科, 講師 (10636400)
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| Project Period (FY) |
2021-09-10 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥36,920,000 (Direct Cost: ¥28,400,000、Indirect Cost: ¥8,520,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
Fiscal Year 2021: ¥9,880,000 (Direct Cost: ¥7,600,000、Indirect Cost: ¥2,280,000)
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| Keywords | 酸化反応 / 化学選択性 / 機械学習 / ラジカル / サイクリックボルタンメトリー / 有機電解合成 / ニトロキシルラジカル / キャピラリー電気泳動―質量分析 |
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| Outline of Research at the Start |
医薬品分子等の高次複雑系分子を合成するためには、高度に化学選択的な反応と、反応条件の適切な選択が必要である。これまでに申請者らは、高度な化学選択性を示すニトロキシルラジカル触媒的アルコール酸化反応の開発に成功してきた。本研究では、領域内連携を駆動力として機械学習による上記反応の収率/選択性予測システムの構築を行う。さらに、電気化学による反応速度分析と電気泳動-質量分析の情報を取り込んだAI支援によって、新規酸化反応と新規触媒の開発を迅速に遂行する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
第三級アミンの空気酸化的脱アルキル化反応について、2年目の検討において、1年目の検討で確立した最適反応条件における基質適用性の検討を行った。本反応条件は、シリルエーテル、エステル、カルバメートを許容した。また、ベンゼン環上にメトキシ、メチル、クロロ、メトキシカルボニル、シアノ基をもつベンジルアミン類においても高収率で反応が進行し、本反応条件の高い官能基許容性が確認された。本条件において、シクロプロピルメチル、シクロヘキシル基の脱アルキル化も収率良く進行した。1年目に確立した反応条件では低収率にとどまった基質については、さらに詳細な反応条件の最適化を行い、より低い溶液濃度、加熱条件にてより高い収率で反応が進行することを見出した。この条件では、脱メチル化や脱エチル化された第二級アミンを収率良く得ることができた。また、本反応条件を複雑な構造をもつアルカロイドに適用し、良好な収率で対応する第二級アミンが得られることを明らかにした。
ヒドラジルラジカル触媒の開発については、2年目の検討で、当初予想していなかった「テトラゼンが特異な可逆的2電子酸化還元活性を示し、酸化触媒能を有する」という興味深い知見を得ることが出来た。
ニトロキシルラジカル触媒を用いるアルコール酸化反応の収率予測システムの開発については、1年目に収集したデータに基づいて、2年目にいくつかの予測システムを構築したが、どれも予測精度が不十分という結果であった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
アミン酸化については、複雑な構造をもつアルカロイドを含む多様な第三級アミンの脱アルキル化を良好から高い収率で実現する反応条件の確立に成功した。さらに、アミンからイミニウムイオンへの酸化に続く連続反応についても、予備的な知見を得た。
ヒドラジルラジカル触媒の開発については、当初予想していなかったテトラゼンの酸化触媒能を発掘した。
ニトロキシルラジカル触媒を用いるアルコール酸化反応の収率予測システムの開発については、予測精度は不十分であるものの、いくつかのシステムを構築した。
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| Strategy for Future Research Activity |
第三級アミンの空気酸化的脱アルキル化反応について、本反応の反応機構を解明するとともに、本反応を連続反応へと展開する。反応機構については、ラジカルクロック実験、速度論的同位体効果、Hammettプロットにより明らかにする。連続反応への展開については、シアニドやシリルエノールエーテルの付加を検討する予定である。
ヒドラジルラジカル触媒の開発については、テトラゼン触媒を用いる酸化反応の反応条件最適化と基質適用性の解明を行う。また、引き続き、ヒドラジルラジカルの合成を検討する。
ニトロキシルラジカル触媒を用いるアルコール酸化反応の収率予測システムの開発については、より良質なデータベースの構築という観点から、収率以外のパラメータを記述子としたデータ収集と、予測システムの構築を検討する。さらに、総括班との連携により、官能基評価キットを活用して、少ない実験数で良質なデータを収集する仕組み作りを検討する。
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Report
(2 results)
Research Products
(19 results)
