光ラジカル反応のデジタル制御に向けた反応リアクターの開発

• Project Area: Digitalization-driven Transformative Organic Synthesis (Digi-TOS)
• Project/Area Number: 21H05219
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (II)
• Research Institution: Ochanomizu University
• Principal Investigator: 矢島 知子 お茶の水女子大学, 基幹研究院, 教授 (10302994)
• Project Period (FY): 2021-09-10 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥29,380,000 (Direct Cost: ¥22,600,000、Indirect Cost: ¥6,780,000); Fiscal Year 2025: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2024: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2023: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000); Fiscal Year 2022: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2021: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000)
• Keywords: 可視光反応 / フロー合成 / ペルフルオロアルキル化 / ペルフルオロアルキル / メタルフリー / フッ素

Outline of Research at the Start

光反応は、温和でクリーンな反応で生成物を得られる手法として注目を浴びており、盛んに研究がなされている。また、大量合成に向けた、フロー合成手法の確立も重要な課題である。しかし反応の最適化には、触媒、溶媒、流速等の多くのパラメータがあり、そのより効率的な最適化方法の確立が望まれる。本研究では、この最適化にAIによる手法を取り入れることを考えた。そこで、一度に多くのデータの取得が可能なインライン分析を取り入れ、デジタル制御に向けた反応リアクターの開発を行う

Outline of Annual Research Achievements

高効率的な光ラジカル反応の開発手法の確立を目指し、フロー反応リアクターの開発を行い、モジュール化することにより、これまでバッチで行われてきた反応を容易にフローへと変換可能とすることを目指す本研究は、昨年度に構築した光フローシステムを用いたアルデヒドエナミン、ケトンエナミンへのペルフルオロアルキル化反応の開発を継続して行うと共に、ガスフロー反応のインライン分析を見据えたデヒドロアミノ酸へのトリフルオロメチル化についても検討を開始した。
カルボニルα位へのペルフルオロアルキル反応については、これまでバッチ反応では脱HFが進行したフルオロオレフィンのみが得られていた反応がフロー合成を適用することによりフルオロアルキル化生成物を得ることを利用し、様々なケトンへのフルオロアルキル化について検討を行った。用いるフッ素源についても、様々な構造の物を検討した。また、フロー後の化学変換により、アミン、アルコールなどの種々の化合物に変換できることを見出し、その立体選択性についても検討を行った。
さらに、ガスフロー反応を見据えて、気体の化合物であるヨウ化トリフルオロメチルを用いた反応の検討を行った。デヒドロアミノ酸へのトリフルオロメチル化をモデル反応として検討を行い、インライン分析を見据えた反応条件・生成物の確認を行った。デヒドロアミノ酸へのヒドロトリフルオロメチル化は進行し、対応する含フッ素アミノ酸前駆体が得られることを明らかとし、今後のガスフロー合成への足掛かりを得た。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

可視光反応のフロー合成への展開について、順調に成果が出ており、学会発表、依頼講演等を行うことができた。また、新しい反応についても検討を開始することができ、残すはインライン分析というところまで進捗している。

Strategy for Future Research Activity

カルボニル化合物へのフルオロアルキル化についてはフロー反応において様々な化合物が合成できることを明らかにした。今後は、論文化に向けて詰めていく。また、デヒドロアミノ酸へのトリフルオロメチル化についても、検討を開始し、バッチ反応での反応の検討を行った。今後は、ガスフローを用いたインライン分析に向けて、検討を行っていく。

Research Products

• [Int'l Joint Research] CNRS(フランス)
• [Journal Article] Nitroxide-Mediated Controlled Radical Copolymerization of α-Trifluoromethylstyrenes with Styrenes (2024)
  • Author(s): Kanbara Tadashi、Ito Yuriko、Yamaguchi Airi、Yajima Tomoko
  • Journal Title: Molecules Volume: 29 Issue: 6 Pages: 1214-1214
  • DOI: 10.3390/molecules29061214
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Bayesian optimization assisted screening conditions for visible light-induced hydroxy-perfluoroalkylation (2024)
  • Author(s): Tagami Koto、Kondo Masaru、Takizawa Shinobu、Mase Nobuyuki、Yajima Tomoko
  • Journal Title: Journal of Fluorine Chemistry Volume: 276 Pages: 110294-110294
  • DOI: 10.1016/j.jfluchem.2024.110294
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Voltammetric Studies on the Reduction Potentials of Perfluoroalkyl Halides and Their Analogous Compounds (2023)
  • Author(s): Airi Yamaguchi, Naoki Shida, Mahito Atobe, Tomoko Yajima
  • Journal Title: Electrochemistry Volume: 91 Issue: 11 Pages: 112016-112016
  • DOI: 10.5796/electrochemistry.23-67111
  • ISSN: 1344-3542, 2186-2451
  • Year and Date: 2023-11-30
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Halogen‐Bond‐Promoted Hydroxyperfluoroalkylation of Olefins with Molecular Oxygen under Visible‐Light Irradiation (2023)
  • Author(s): Tagami Koto、Yajima Tomoko
  • Journal Title: Asian Journal of Organic Chemistry Volume: 12 Issue: 8
  • DOI: 10.1002/ajoc.202300273
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hydroxy- and Hydro-Perfluoroalkylation of Styrenes by Controlling the Quenching Cycle of Eosin Y (2023)
  • Author(s): Shibata Haruko、Nakayama Moeko、Tagami Koto、Kanbara Tadashi、Yajima Tomoko
  • Journal Title: Molecules Volume: 28 Issue: 22 Pages: 7577-7577
  • DOI: 10.3390/molecules28227577
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Amine-catalyzed Synthesis of Fluorine-containing Polymers through Halogen Bonding. (2023)
  • Author(s): Tadashi Kanbara, Mizuki Arase, Miyu Tanaka, Airi Yamaguchi, Koto Tagami, Tomoko Yajima
  • Journal Title: Chem Asian J. Volume: 8 Issue: 8
  • DOI: 10.1002/asia.202300035
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of Electrophilic Radical Perfluoroalkylation of Electron-Deficient Olefins (2023)
  • Author(s): Koto Tagami, Tomoko Yajima
  • Journal Title: Chem. Rec. Volume: - Issue: 9
  • DOI: 10.1002/tcr.202300037
• [Journal Article] Metal-free visible-light-induced hydroxyperfluoroalkylation of conjugated olefins using enamine catalyst. (2022)
  • Author(s): Koto Tagami, Yu Ofuji, Tadashi Kanbara and Tomoko Yajima,
  • Journal Title: RSC Adv. Volume: 12 Issue: 51 Pages: 32790-32795
  • DOI: 10.1039/d2ra06679c
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Eosin Y catalyzed Visible-Light-Induced Hydroperfluoroalkylation of Electron-Deficient Alkenes (2022)
  • Author(s): Satsuki Shigenaga, Haruko Shibata, Koto Tagami, Tadashi Kanbara, Tomoko Yajima
  • Journal Title: J. Org. Chem. Volume: 87 Issue: 21 Pages: 14923-14929
  • DOI: 10.1021/acs.joc.2c01827
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 1,4-ジヨードペルフルオロブタンと芳香族化合物の光ペルフルオロアルキル化反応による化合物の作り分けと反応経路の解明 (2023)
  • Author(s): 山口愛織、神原將、矢島知子
  • Organizer: 第84回関東支部シンポジウム ー東京農工大シンポジウムー
• [Presentation] Photoinduced Synthesis of Fluorine-Containing Organic Compounds (2023)
  • Author(s): Tomoko Yajima
  • Organizer: 10th Pacific Symposium on Radical Chemistry
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Visible-Light-Induced Bromoperfluoroalkylation of Olefins Catalyzed by 10-Phenylphenothiazine (2023)
  • Author(s): Koto Tagami, Tomoko Yajima
  • Organizer: 10th Pacific Symposium on Radical Chemistry
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Synthesis of Cyclic and Linear Fluoroalkyl Aromatics by Photoinduced Reaction of Aromatics and 1,4-Diiodoperfluorobutane (2023)
  • Author(s): Airi Yamaguchi, Tadashi Kanbara, Tomoko Yajima
  • Organizer: 10th Pacific Symposium on Radical Chemistry
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] LED光源を用いた環境適用型光ラジカル反応によるフェノール類へのペルフルオロアルキル化反応 (2023)
  • Author(s): 佐藤千花子、柴田桜子、矢島知子
  • Organizer: 第12回 JACI / GSCシンポジウム
• [Presentation] 金属・添加剤フリーなオレフィンに対する可視光臭化ペルフルオロアルキル化反応 (2023)
  • Author(s): 田上湖都、矢島知子
  • Organizer: 第12回 JACI / GSCシンポジウム
• [Presentation] LED光源と可視光触媒を利用した芳香族化合物と1,4-ジヨードペルフルオロブタンの光ペルフルオロアルキル化反応による化合物の作り分け (2023)
  • Author(s): 山口愛織、神原將、矢島知子
  • Organizer: 第12回 JACI / GSCシンポジウム
• [Presentation] 10-フェニルフェノチアジンを触媒としたオレフィンへの可視光臭化ペルフルオロアルキル化反応 (2023)
  • Author(s): 田上湖都、矢島知子
  • Organizer: 第47回有機電子移動化学討論会
• [Presentation] ジヨードペルフルオロアルカンと芳香族化合物の光反応とCV測定を用いた反応経路の解明 (2023)
  • Author(s): 山口愛織、神原將、矢島知子
  • Organizer: 第47回有機電子移動化学討論会
• [Presentation] 光電子移動反応によるフェノール類へのペルフルオロアルキル化 (2023)
  • Author(s): 佐藤千花子、柴田桜子、矢島知子
  • Organizer: 第47回有機電子移動化学討論会
• [Presentation] マイクロフロー合成法を利用したシクロヘキサノン誘導体への可視光αペルフルオロへキシル化反応に関する研究 (2023)
  • Author(s): 菅野日菜・柘植亮子・矢島知子
  • Organizer: 第47回有機電子移動化学討論会
• [Presentation] ベイズ最適化を利用したオレフィンへの可視光ヒドロキシペルフルオロアルキル化反応 (2023)
  • Author(s): 田上湖都、近藤健、間瀬暢之、滝澤忍、矢島知子
  • Organizer: 第122回有機合成シンポジウム
• [Presentation] フェノール類へのメタルフリー・可視光ペルフルオロアルキル化反応の開発と含フッ素アミノ酸への展開 (2023)
  • Author(s): 佐藤千花子、柴田桜子、矢島知子
  • Organizer: 日本プロセス化学会2023サマーシンポジウム
• [Presentation] マイクロフロー合成法を用いたケトンカルボニルα位に対する可視光ペルフルオロアルキル化反応 (2023)
  • Author(s): 菅野日菜, 柘植亮子, 矢島知子
  • Organizer: 日本プロセス化学会2023サマーシンポジウム
• [Presentation] フルオラス溶媒を利用した光反応 (2023)
  • Author(s): 矢島知子
  • Organizer: フルオラス科学研究会
  • Invited
• [Presentation] Perfluoroalkylation of Aromatics by Photoreaction (2023)
  • Author(s): 山口愛織、神原將、矢島知子
  • Organizer: 光化学討論会
• [Presentation] Synthesis of Perfluoroalkyl Containing Organic Molecules by Visible Light Induced Reaction (2023)
  • Author(s): 矢島知子
  • Organizer: 台湾/日本二国間高分子シンポジウム
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ヨウ化ペルフルオロアルキルを活用した可視光反応の開発 (2023)
  • Author(s): 矢島知子
  • Organizer: 第26回ヨウ素学会シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] スチレン類及び電子不足オレフィン類への光ヨウ化ペルフルオロアルキル化反応 (2023)
  • Author(s): 山口 愛織、大藤 柚、犬飼 紀香、海宝 龍夫、矢島 知子
  • Organizer: 第26回ヨウ素学会シンポジウム
• [Presentation] 可視光ペルフルオロアルキル化反応の開発とその展開 (2023)
  • Author(s): 矢島知子
  • Organizer: 第39回有機合成化学セミナー
  • Invited
• [Presentation] 芳香族化合物とジヨードペルフルオロアルカンとの光反応による含フッ素化合物の合成 (2023)
  • Author(s): 山口愛織、神原將、矢島知子
  • Organizer: 第39回有機合成化学セミナー
• [Presentation] 含フッ素アミノ酸への応用を指向した芳香族への可視光ペルフルオロアルキル化反応 (2023)
  • Author(s): 佐藤千花子 、柴田桜子、矢島知子
  • Organizer: 第39回有機合成化学セミナー
• [Presentation] 含フッ素ペプチドへの応用を指向したフェノール類へのペルフルオロアルキル化反応 (2023)
  • Author(s): 佐藤千花子 、柴田桜子、矢島知子
  • Organizer: 第46回フッ素化学討論会
• [Presentation] 光ラジカル反応を用いたピロールとジヨードペルフルオロアルカンの直接重縮合反応 (2023)
  • Author(s): 渡邊麻友美、伊藤ゆり子、神原將、矢島知子
  • Organizer: 第46回フッ素化学討論会
• [Presentation] エオシンYの2つの触媒サイクルを利用した芳香族化合物に対する光ペルフルオロアルキル化反応 (2023)
  • Author(s): 山口愛織、神原將、矢島知子
  • Organizer: 第13回CSJ化学フェスタ
• [Presentation] エナミンを経由するケトンカルボニルα位への可視光ペルフルオロアルキル化反応の開発 (2023)
  • Author(s): 菅野日菜・柘植亮子・矢島知子
  • Organizer: 第13回CSJ化学フェスタ
• [Presentation] 光ラジカル反応によるフェノール類へのペルフルオロアルキル化とその展開 (2023)
  • Author(s): 佐藤千花子 、柴田桜子、矢島知子
  • Organizer: 第123回有機合成シンポジウム
• [Presentation] 光ペルフルオロアルキル化反応と高分子化合物への展開 (2023)
  • Author(s): 矢島知子
  • Organizer: 第１０４回千葉地域活動高分子研究交流講演会
  • Invited
• [Presentation] 可視光フロー反応によるフルオロアルキル化化合物の合成法の開発 (2023)
  • Author(s): 矢島知子
  • Organizer: 第85回関東支部シンポジウム ー新潟シンポジウムー
  • Invited
• [Presentation] ハロゲン化ペルフルオロアルキルをフッ素源とした光触媒によるペルフルオロアルキル化反応と電気化学的考察 (2023)
  • Author(s): 山口愛織、信田尚毅、跡部真人、矢島知子
  • Organizer: 第85回関東支部シンポジウム ー新潟シンポジウムー
• [Presentation] EDA錯体形成を利用したケトンカルボニルα位への可視光ペルフルオロアルキル化反応 (2023)
  • Author(s): 菅野日菜、柘植亮子、矢島知子
  • Organizer: 第16回有機触媒シンポジウム
• [Presentation] Visible-Light-Induced Perfluoroalkylation of Anilines Using Bayesian Optimization (2023)
  • Author(s): Airi Yamaguchi, Tomoko Yajima
  • Organizer: International Joint Symposium 2023 on Synthetic Organic Chemistry~ISDigiTOS-2, ICAMS-3, & CREST-OS-FRIR~
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Evoluation of Functional Group Compatibility and Chemoselectivity in Visible-Light-Induced Perfluoroalkylation using 'FGE Kit' (2023)
  • Author(s): Chikako Sato, Tomoko Yajima
  • Organizer: International Joint Symposium 2023 on Synthetic Organic Chemistry~ISDigiTOS-2, ICAMS-3, & CREST-OS-FRIR~
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ピロリジン添加によるケトンカルボニルα位への可視光ペルフルオロアルキル化反応 (2023)
  • Author(s): 菅野日菜、柘植亮子、矢島知子
  • Organizer: 第12回フッ素化学若手の会
• [Presentation] 機械学習を利用した芳香族化合物の可視光ペルフルオロアルキル化反応の最適化 (2023)
  • Author(s): 山口愛織、矢島知子
  • Organizer: 日本化学会第104春季年会
• [Presentation] 10-Phenylphenothiazine-Catalyzed Bromo-Perfluoroalkylation of Unactivated Olefins (2023)
  • Author(s): Koto Tagami, Dominique Cahard, Tomoko Yajima
  • Organizer: 日本化学会第104春季年会
• [Presentation] 有機触媒を用いた電子不足オレフィン類およびスチレン類に対する可視光ヒドロキシ－ペルフルオロアルキル化反応の開発 (2022)
  • Author(s): 田上湖都、大藤柚、神原將、矢島知子
  • Organizer: 第82回有機合成化学協会関東支部シンポジウム
• [Presentation] 光ペルフルオロアルキル化を基にした重合反応への展開 (2022)
  • Author(s): 矢島知子
  • Organizer: 第249 回フォトポリマー講演会
  • Invited
• [Presentation] LED光源を用いた電子不足オレフィン類に対するメタルフリー・ヒドロキシペルフルオロアルキル化反応 (2022)
  • Author(s): 田上湖都、神原將、矢島知子
  • Organizer: 第11回 JACI / GSCシンポジウム
• [Presentation] アルデヒドに対するメタルフリーな可視光α-ペルフルオロアルケニル化 (2022)
  • Author(s): 柘植亮子、松井春奈、神原將、矢島知子
  • Organizer: 第11回 JACI / GSCシンポジウム
• [Presentation] 1,4-ジヨードペルフルオロブタンを用いた芳香環への光ペルフルオロアルキル化反応 (2022)
  • Author(s): 山口愛織、神原將、矢島知子
  • Organizer: 第11回 JACI / GSCシンポジウム
• [Presentation] 有機触媒を用いたオレフィンに対するヒドロキシ－ペルフルオロアルキル化反応 (2022)
  • Author(s): 田上湖都、大藤柚、神原將、矢島知子
  • Organizer: 第46回有機電子移動化学討論会
• [Presentation] アミンを触媒としたオレフィンへのヒドロキシ－ペルフルオロアルキル化反応 (2022)
  • Author(s): 田上湖都、矢島知子
  • Organizer: 第42回有機合成若手セミナー
• [Presentation] 1-デセンへの可視光ヒドロキシペルフルオロアルキル化反応の機械学習による反応条件の探索 (2022)
  • Author(s): 田上湖都、近藤健、滝澤忍、矢島知子
  • Organizer: 第11回フッ素化学若手の会
• [Presentation] 芳香族化合物に対する光ペルフルオロアルキル化反応によるヨウ化物の合成 (2022)
  • Author(s): 山口愛織、神原將、矢島知子
  • Organizer: 第11回フッ素化学若手の会
• [Presentation] ヨウ化ペルフルオロアルキルとアミンのハロゲン結合に促進されるオレフィンへの可視光ペルフルオロアルキル化反応 (2022)
  • Author(s): 田上湖都、田中美邑、神原將、矢島知子
  • Organizer: 第25回ヨウ素学会シンポジウム
• [Presentation] 単純なアミンを触媒としたオレフィンへのメタルフリー・ヒドロキシペルフルオロアルキル化反応 (2022)
  • Author(s): 田上湖都、矢島知子
  • Organizer: 第38回有機合成化学セミナー
• [Presentation] マイクロフローリアクターを利用したアルデヒドに対する可視光α-ペルフルオロアルケニル化反応の開発 (2022)
  • Author(s): 柘植亮子、松井春奈、矢島知子
  • Organizer: 第38回有機合成化学セミナー
• [Presentation] 第三級アミンを触媒とした共役オレフィンへの可視光ヒドロキシペルフルオロアルキル化反応 (2022)
  • Author(s): 田上湖都、矢島知子
  • Organizer: 第12回CSJ化学フェスタ
• [Presentation] マイクロフロー法を用いたアルデヒドに対する可視光α-ペルフルオロアルケニル化反応の開発 (2022)
  • Author(s): 柘植亮子、松井春奈、神原將、矢島知子
  • Organizer: 第12回CSJ化学フェスタ
• [Presentation] ハロゲン結合を利用したオレフィンへの可視光ヒドロキシペルフルオロアルキル化反応 (2022)
  • Author(s): 田上湖都、矢島知子
  • Organizer: 第45回フッ素化学討論会
• [Presentation] フロー法による可視光α-ペルフルオロアルキル化反応 (2022)
  • Author(s): 柘植亮子、菅野日菜、松井春奈、神原將、矢島知子
  • Organizer: 第45回フッ素化学討論会
• [Presentation] Halogen-Bond Promoted Metal-Free Hydroxy-Perfluoroalkylation of Conjugated Olefins (2022)
  • Author(s): Koto Tagami, Tomoko Yajima
  • Organizer: 5th INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON HALOGEN BONDING
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Halogen-Bond Promoted Polyaddition and Chain Polymerization (2022)
  • Author(s): Tadashi Kanbara, Mizuki Arase, Koto Tagami, Airi Yamaguchi, Tomoko Yajima
  • Organizer: 5th INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON HALOGEN BONDING
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 臭化ペルフルオロアルキルを利用した有機触媒によるオレフィンへのヒドロペルフルオロアルキル化反応 (2022)
  • Author(s): 田上湖都、重永皐月、柴田桜子、神原將、矢島知子
  • Organizer: 2022 ハロゲン利用ミニシンポジウム
• [Presentation] エナミンを経由する光ペルフルオロアルキル化のフロー合成への展開 (2022)
  • Author(s): 矢島知子
  • Organizer: フロー・マイクロ合成研究会第97 回研究会
  • Invited
• [Presentation] 金属を用いないオレフィンへの可視光臭化ペルフルオロアルキル化反応の開 (2022)
  • Author(s): 田上湖都、矢島知子
  • Organizer: 日本化学会第103春季年会
• [Presentation] 芳香環へのエオシンYを用いた光ペルフルオロアルキル化反応による環化生成物とヨウ化物の作り分け (2022)
  • Author(s): 山口愛織、神原將、矢島知子
  • Organizer: 日本化学会第103春季年会
• [Presentation] 環境適応型可視光ペルフルオロアルキル化反応の開発 (2022)
  • Author(s): 矢島知子
  • Organizer: 電気化学会第90回大会
  • Invited
• [Presentation] エナミンを経由するカルボニルα位に対する可視光α-ペルフルオロアルケニル化 (2021)
  • Author(s): 柘植亮子、松井春奈、神原將、矢島知子
  • Organizer: 日本化学会第102春季年会