Development of metal-free catalyst for the reduction of simple ketones using computational chemistry.
Project/Area Number |
21K05064
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 33020:Synthetic organic chemistry-related
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Research Institution | Iwate University |
Principal Investigator |
是永 敏伸 岩手大学, 理工学部, 教授 (70335579)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡崎 雅明 弘前大学, 理工学研究科, 教授 (20292203)
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Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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Keywords | 不斉ルイス塩基触媒 / DFT計算 / 遷移状態 / キラルルイス塩基触媒 / 不斉水素化 / ルイス塩基性 / FLP触媒 / メタルフリー / インタープレイ型触媒開発 / メタルフリー触媒 |
Outline of Research at the Start |
本研究では、計算化学主導型の有機分子触媒の開発を実施する。 対象とする触媒は、嵩高いルイス酸とルイス塩基からなるFLP触媒である。FLP触媒はメタルフリーな水素化触媒として注目されているが、単純ケトンを用いた不斉水素化の難易度は非常に高く、モデル化合物であるアセトフェノンを反応基質として用いた場合の不斉収率は90% eeに満たない。そこで、実験と計算のインタープレイ法を実施し、単純ケトンの不斉水素化で95% ee越えを達成できる新規不斉FLP触媒を世界に先駆けて開発することを目的とする。
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Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、計算化学主導型の有機分子触媒の開発を実施し、嵩高いルイス酸とルイス塩基からなるFLP触媒を創成し、ケトン基質を用いた不斉水素化に適用し、不斉収率は90% ee以上を達成することを目的にした。R3年度は計算に手間取ったため、本年度はまず計算手法の検証を行ってみた所、本反応系の評価に用いていたDFT法(M06-2X)や基底関数(6-31G(d))では、単純なアセトフェノンの水素化の遷移状態では問題なかったものの、置換基を増やしたケトン基質では問題が生じることが判明した。これは分散力補正の問題と考え、各種分散力補正を考慮した計算方法の探索を行った結果、置換基によらずリーズナブルな予測結果を与える計算法(B3LYP-D3/6-31+(G))を見出した。その後、この計算方法を用い、ビナフチル骨格を有するプロトタイプの不斉アミンを有するルイス塩基触媒を設計し、その合成を行った。合成検討中、合成中間体のラセミ化や、溶解性の問題でその合成に苦慮したが、低収率ながら、新規不斉アミンの合成に成功した。そこでこの不斉アミンとルイス酸としてアキラルなパーフルオロアリールボランを組み合わせて不斉FLP触媒によるアセトフェノンの水素化反応を行ったが、低収率、かつ、30%ee程度の低いエナンチオ選択性という結果しか得られず、反応条件を変えても改善は見られなかった。そのため、再度計算による再設計を行い、現在、候補となる不斉ルイス塩基の設計が行えたところである。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
不斉ルイス塩基の遷移状態計算において、多くのコンフォメーションが得られ、計算に手間取った。さらに、当初用いていた基底関数やDFT法に問題があることがわかり、計算をすべてやり直した。また、設計した触媒の合成に関しても、ラセミ化、溶解性の問題、マルチステップの合成が困難であったため、合成に時間を要してしまった。
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Strategy for Future Research Activity |
計算化学による新触媒の設計は完了した。そこで本年はこの設計に基づいた触媒をまず合成する。 合成後、ケトンの不斉水素化を試す。まずはエナンチオ面の識別が行いやすい反応基質を選定する。 不斉ルイス塩基の方で問題がある場合には、不斉ルイス酸との共同制御を試みる予定である。
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Report
(2 results)
Research Products
(5 results)