カチオンを運ぶ分子水車：触媒機能開拓と高難度分子変換への応用
| Project/Area Number |
21K14627
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 33020:Synthetic organic chemistry-related
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
西井 祐二 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (70773787)
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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 |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
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| Keywords | カチオン / トリプチセン / ハロゲン / 求電子置換反応 / 有機分子触媒 / 有機機能性材料 / ナノカーボン |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、トリプチセン骨格によって誘起される特異な活性化メカニズムを理解し、芳香族分子に対する新機軸の化学修飾法として一般化することにある。ハロゲンの活性化に限らず、多様な求電子試薬を「高反応性カチオンとして芳香環に届ける」触媒反応系を構築することにより、従来法では実現できなかった高難度反応を達成する。この合成技術の確立は、付加価値の高い化合物群への迅速なアクセスを可能とし、新たな学問領域を開拓するための合成ツールとして活用が期待できる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、申請者が独自に発見した水車型のトリプチセン骨格を持つカチオン種が、特異な電荷分離構造に基づく高い反応性を示すことに着目し、その理論的な理解を深めるとともに、高難度反応の触媒として応用することを目指す。このような化学種は、通常では不活性な芳香族分子の直接官能基化に有用であり、合成化学的な利用価値を開拓することも重要な課題として位置づけられている。
本年度では、昨年度に見出した新たな触媒プラットフォームの利用可能性について主に検討を行った。トリプチセン骨格により形成される特殊な電荷状態を再現し、更に反応効率の工場を目指して構造チューニングを実施したところ、従来のTrip-SMe触媒（J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 3, 1621.）を大きく上回る触媒活性を実現することができた。ラジカル条件下における重合反応が競合するようなアクリル酸誘導体についても、芳香族求電子置換反応が優先して進行する系を見出しており、反応活性種の性質が、一般的に用いられているような活性化法とは根本的に異なっている部分は注目に値する。本触媒系は医薬品分子などの後期化学修飾に適用可能であり、優れた位置選択性を示す。また、従来法では合成の困難とされてきた多重ハロゲン化合物の短工程合成への応用性も期待される。この成果は、学術論文としての投稿を準備している段階にあり、併せて特許申請も進めている。
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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
研究実績の項目でも記載したとおり、新たな設計指針に基づいた触媒の開発について大きな進展があった。新触媒は従来のトリプチセン化合物と比較して構造的なチューニングの自由度が高く、理論化学計算により、反応活性と構造的特徴との関係性をより深く調査できることから、順調に進捗していると評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究方針としては、新規触媒の構造チューニングと反応活性との相関関係を、理論化学的な側面からの詳細に検討する。現状で明らかとなっているハロゲン化反応について、合成化学的アプリケーションの探索を主に実施する。また本研究で見出した触媒プラットフォームの、ハロゲン以外の求電子化学種（硫黄・炭素・セレンなど）活性化に対する有効性を調べる。
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Report
(2 results)
Research Products
(15 results)
