| Project/Area Number |
20H05677
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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Broad Section E
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
友岡 克彦 九州大学, 先導物質化学研究所, 教授 (70207629)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
青木 百合子 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (10211690)
入江 亮 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 教授 (70243889)
浅野 周作 九州大学, 先導物質化学研究所, 助教 (30827522)
森 俊文 九州大学, 先導物質化学研究所, 准教授 (20732043)
井川 和宣 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 教授 (80401529)
中崎 敦夫 岩手大学, 理工学部, 教授 (00366428)
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| Project Period (FY) |
2020-08-31 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥198,640,000 (Direct Cost: ¥152,800,000、Indirect Cost: ¥45,840,000)
Fiscal Year 2024: ¥33,670,000 (Direct Cost: ¥25,900,000、Indirect Cost: ¥7,770,000)
Fiscal Year 2023: ¥33,670,000 (Direct Cost: ¥25,900,000、Indirect Cost: ¥7,770,000)
Fiscal Year 2022: ¥34,580,000 (Direct Cost: ¥26,600,000、Indirect Cost: ¥7,980,000)
Fiscal Year 2021: ¥34,580,000 (Direct Cost: ¥26,600,000、Indirect Cost: ¥7,980,000)
Fiscal Year 2020: ¥62,140,000 (Direct Cost: ¥47,800,000、Indirect Cost: ¥14,340,000)
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| Keywords | 動的不斉誘起 / 光学活性体 / 動的キラル分子 / 静的キラル分子 / 外的キラル因子 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，キラル分子を光学活性体として調製するための新手法として動的不斉誘起法［DYASIN(ダイアシン): dynamic asymmetric induction］を開拓する．本法ではラセミ体の動的キラル分子にキラル固体などの外的キラル因子を混ぜて放置するだけで不斉誘起がおこり光学活性体が得られる．また，DYASINで得られた光学活性な動的キラル分子を立体選択的に変換することで多様な静的キラル分子が光学活性体として得られる．本研究ではDYASINの原理探求，汎用化，実用化を目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
キラル分子を光学活性体として調製する新手法であるDYASIN（ダイアシン）の開発と機構研究に関して以下の成果を得た．
1）多様な動的キラル分子のDYASIN a) 非天然型キラルアミノ酸の合成前駆体として，動的軸不斉を有するヒダントイン由来のシリルエノールエーテルを設計・合成した．そのDYASINをOCSとしてセルロース系ポリマーを用いて行ったところ光学活性体を>95% ep以上の高い光学純度で定量的に得ることに，またその変換により，多様な非天然型キラルアミノ酸を高い光学純度で合成することに成功した．b) 多様な含酸素キラル分子の不斉合成を指向して，1,3-ケトアミド由来の動的軸不斉シリルエノールエーテルを設計・合成した．そのDYASINをOCSとしてアミロース系ポリマーを用いて行ったところ光学活性体を90% epの光学純度で定量的に得ることに，またその変換により多様な含酸素キラル分子を高い光学純度で合成することに成功した．c) フェニル-ナフチル構造を有する動的軸不斉ビアリール分子を設計・合成した．そのDYASINをOCSとしてセルロース系ポリマーを用いて行ったところ光学活性体を78% epの光学純度で定量的に得ることに，また，その置換基を変換することにより，多様な準静的軸不斉分子を高い光学純度で合成することに成功した．
2) DYASINの機構研究 DYASIN の本質を理解するために動的キラル分子とOCSの相互作用を精査した. a）速度論的解析：DYASINにより得られる光学活性体の光学純度の時間依存性，温度依存性を精査することでDYASINが熱力学支配で進行していることを実証した． 2）計算化学的手法による解析：分子動力学計算による解析を行ったところDYASINの立体選択性に合致する結果を得た．
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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
現代の化学・物質科学において，キラル分子を光学活性体として調製することは極めて重要である．そのために人類はこれまでに数多くの工夫を成し，その成果として，「光学分割」と「不斉合成」の二つの方法を手に入れ，広範に利用してきた．これに対して本研究では，第3の方法として「動的不斉誘起法」［dynamic asymmetric induction: DYASIN（ダイアシン）］と称する新手法を開発・発展させることを目的としている．DYASINは動的キラル分子の立体化学を外的キラル因子（outer chiral source: OCS）の影響によって制御しようとするものである．動的キラル分子とOCSの相互作用の大きさはエナンチオマーによって異なるために，熱力学的な偏りが生じて光学活性な動的キラル分子が得られる．この過程は分子内の結合回転で進行し，結合の開裂・形成を含まないので不斉合成ではない．本研究ではまず，多様な動的キラル分子（動的面不斉分子，動的らせん不斉分子，動的軸不斉分子，他）を設計・合成し，またそれらの立体化学的安定性の評価を行い，DYASINの温度条件，時間などを設定した．その後，種々のOCSを用いてDYASINを検討し，高い光学純度で光学活性体を得ることに成功した．また，DYASINによって得られた光学活性な動的キラル分子をキラル炭素分子の様な静的キラル分子もしくは準静的キラル分子に立体特異的に変換することに成功した．本研究ではまた，速度論的解析法，計算化学的手法に立脚したDYASINの機構研究を実施し，意義深い結果を得た．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，下記の４項目について相互に関連付けながら検討する計画である．
1）新規動的キラル分子の設計・合成とそのDYASIN：本研究ではこれまでに動的面不斉ヘテロ中員環分子，動的らせん不斉ラクトン，および，動的軸不斉を有する多様なキラル分子のDYASINに成功している．これらの知見を生かして，今後はより多様な動的キラル分子を設計，合成してそれらのDYASINを実施する．特に，非天然型キラルアミノ酸やキラルヒドロキシカルボン酸の不斉合成素子として有用な動的軸不斉分子，キラルアルカロイドの不斉合成素子として有用な動的軸不斉分子を開発する．また， DYASINに適したキラルケイ素分子を設計・合成し，そのDYASINを検討する．
2) 外的キラル因子(OCS)の多様性拡大：本研究ではこれまで外的キラル因子として多糖誘導体ポリマーが有効であることを明らかにしている．今後はより多様な天然・非天然キラルポリマー，特に天然由来のキラル巨大ポリマーについて検討するとともに動的キラル分子との適合傾向を系統的に解析する．
3) DYASINの効率化と実用化：連続的・効率的なDYASIN法としてフロー系DYASINを開発する．
4) DYASINの解析とキラル分子の立体化学制御の学理探求：計算化学的手法，実験的手法に立脚したDYASINの機構研究を実施する．計算化学的手法に関してはQM法（ab initio/DFT 法）およびelongation法による緻密な機構解析を実施する．また，より巨視的な手法として分子動力学計算による機構解析を実施する．実験的手法に関しては分光学的解析，速度論的解析を実施する．
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| Assessment Rating |
Interim Assessment Comments (Rating)
A-: In light of the aim of introducing the research area into the research categories, the expected progress in research has been made on the whole though a part of it has been delayed.
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