• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Organic chemistry using water: development of aqua-organic chemistry

Research Project

Project/Area Number 22H04972
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (S)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Broad Section E
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

小林 修  東京大学, 総括プロジェクト機構, 特任教授 (50195781)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 北之園 拓  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (50755981)
山下 恭弘  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (90334341)
Project Period (FY) 2022-04-27 – 2027-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2025)
Budget Amount *help
¥193,960,000 (Direct Cost: ¥149,200,000、Indirect Cost: ¥44,760,000)
Fiscal Year 2025: ¥35,880,000 (Direct Cost: ¥27,600,000、Indirect Cost: ¥8,280,000)
Fiscal Year 2024: ¥35,880,000 (Direct Cost: ¥27,600,000、Indirect Cost: ¥8,280,000)
Fiscal Year 2023: ¥35,880,000 (Direct Cost: ¥27,600,000、Indirect Cost: ¥8,280,000)
Fiscal Year 2022: ¥50,440,000 (Direct Cost: ¥38,800,000、Indirect Cost: ¥11,640,000)
Keywords触媒 / 単層カーボンナノチューブ / アクアケミストリー / 水中 / 不斉反応場 / 有機化学 / 固体触媒 / 反応有機化学 / 水溶媒 / ルイス酸触媒 / 塩基触媒 / 固体塩基触媒 / 自己修復
Outline of Research at the Start

有機化学・有機合成化学は、有機溶媒を用いることを前提として体系化され社会にも貢献してきたが、有機溶媒は多くが環境や人体に有害であり可燃性で危険なものも多い。一方、水は環境や人体に対して無害で安全かつ安価でもあることから、水を有機溶媒の代わりに用いることができれば環境面からも経済面からも理想的である。本研究はこのような背景のもと、これまで代表者らが進めてきた水中での有機化学・有機合成化学の研究を大きく発展させるものである。これまでの有機溶媒を用いる有機化学・有機合成化学とは異なる、水を中心とする新しい有機化学・有機合成化学(アクア有機化学・有機合成化学)を展開し、新学問領域の創成を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

これまでに水中で機能する試薬を探索し、亜硝酸 2-メトキシエチルがラジカルニトロ化反応を水中で進行させ、有機溶媒中とは異なった化学選択性を与える優れた性質を明らかにしている。更に検討を進めたところ、2 位置換インドール類との反応において、オキシム化された生成物が良好な収率で得られることを見出した。有機溶媒中においては 3 位のニトロ化が支配的であり、本反応の水中特異性を明らかにした。合成された新規化合物群の化学的反応性を利用し、β位にオキシム骨格を有するαアミノ酸に誘導することもできた。水の特異性が顕著であることから、反応機構をDFT計算を参考に検討したところ、中間体としての3-ニトロソインドールからの1,2-Hシフトが架橋水分子によって大きく促進されることが示された。また、水中で重要な骨格構築反応を実現するための触媒戦略にも取り組み、塩基を用いない水中ミセル触媒が直截的不斉アルドール反応の立体選択性の発現に有効であることを見出した。プロピオフェノンに対する不斉制御はこれまでに成功例はほぼない。
有機金属試薬を用いる反応は、多くの場合化学量論量の金属試薬を必要とする。そこで金属イオンを電気化学的還元によって電極上で0価金属に再生させる触媒サイクルを考案し、不均一系触媒を電極として用いる電解反応を設計した。これまで有機電解反応にほとんど用いられてこなかった窒素ドープカーボン担持単原子金属に着目し、その強い金属―窒素相互作用によって担持した金属種を大きく安定化し、金属漏出を抑制する役割を期待した。臭化アリルを用いるイミンのアリル化反応を行ったところ、反応が高収率で進行し、亜鉛種の漏出も大幅に抑制できることを明らかにした。本系を含め、水を用いる反応条件の実生産への展開を見据え、水溶液を送液しながらも触媒活性を維持できる連続フロー合成技術の開発にも成功した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

当初設定した研究課題は着実に進展しており、研究成果が実を結びつつある。DFT計算で当初の想定以上に水の役割を記述できており、水中での分子挙動理解の一助となっている。フロー法への展開についても、水溶液中での耐久性を得るための触媒設計に関する知見が得られている。

Strategy for Future Research Activity

水中に反応場を構築しその特異性に着目することに解決の糸口を見出しており、有効な反応場を構築できる触媒分子や触媒系の構築を進める。具体的には水中での特異な反応性を見出すべく、ナノチューブ、界面活性剤一体型触媒、酸化物、水酸化物などの不溶性金属塩を軸に多様な分子変換を試みる。また、これらの特異性の理解を深めるべく、各種測定、計算化学、多変数解析などの活用を図りたい。

Assessment Rating
Interim Assessment Comments (Rating)

A: In light of the aim of introducing the research area into the research categories, the expected progress has been made in research.

Report

(5 results)
  • 2024 Interim Assessment (Comments) ( PDF )
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Abstract ( PDF )   Comments on the Screening Results   Annual Research Report
  • Research Products

    (39 results)

All 2024 2023 2022 Other

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 9 results,  Open Access: 2 results) Presentation (26 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 9 results) Book (1 results) Remarks (2 results) Funded Workshop (1 results)

  • [Journal Article] Water vs. Organic Solvents: Water‐Controlled Divergent Reactivity of 2‐Substituted Indoles2024

    • Author(s)
      Hashidoko Airu、Kitanosono Taku、Yamashita Yasuhiro、Kobayashi Sh?
    • Journal Title

      Chemistry An Asian Journal

      Volume: 19 Issue: 5

    • DOI

      10.1002/asia.202301045

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Highly enantioselective hydroxymethylation of unmodified α-substituted aryl ketones in water2023

    • Author(s)
      T. Kitanosono,* T. Kawase, Y. Yamashita, S. Kobayashi*
    • Journal Title

      Proceedings of the Japan Academy, Series B

      Volume: 99 Issue: 8 Pages: 328-333

    • DOI

      10.2183/pjab.99.022

    • ISSN
      0386-2208, 1349-2896
    • Year and Date
      2023-10-11
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] New Usage of Molecular Sieves2023

    • Author(s)
      T. Yasukawa, T. Hisada, H. Nakajima, R. Masuda, T. Kitanosono, Y. Yamashita, S. Kobayashi*
    • Journal Title

      Journal of Synthetic Organic Chemistry, Japan

      Volume: 81 Issue: 4 Pages: 353-361

    • DOI

      10.5059/yukigoseikyokaishi.81.353

    • ISSN
      0037-9980, 1883-6526
    • Year and Date
      2023-04-01
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Continuous-flow reductive N-methylation with highly active heterogeneous Pd catalysts and sequential-flow synthesis of N-monomethyl amines2023

    • Author(s)
      Y. Saito, T. Senzaki, K. Nishizawa, S. Kobayashi*
    • Journal Title

      Green Chem.

      Volume: 25 Issue: 19 Pages: 7524-7528

    • DOI

      10.1039/d3gc01472j

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Heterogeneous Single-Atom Zinc on Nitrogen-Doped Carbon Catalyzed Electrochemical Allylation of Imines2023

    • Author(s)
      Masuda Ryusuke、Yasukawa Tomohiro、Yamashita Yasuhiro、Maki Tei、Yoshida Tomoko、Kobayashi Shu?
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 145 Issue: 22 Pages: 11939-11944

    • DOI

      10.1021/jacs.3c03674

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Liquid-phase catalytic continuous-flow aromatic nitration reactions with conc. HNO3 on modified mixed-metal oxide composites as high-yielding solid acid catalysts2023

    • Author(s)
      H. Ishitani,* M. Sasaya, S. Kobayashi*
    • Journal Title

      ACS Sustain. Chem. Eng.

      Volume: 11 Issue: 15 Pages: 5826-5833

    • DOI

      10.1021/acssuschemeng.2c04616

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Efficient Recycling of Catalyst‐Solvent Couples from Lewis Acid‐Catalyzed Asymmetric Reactions in Water2022

    • Author(s)
      T. Kitanosono, F. Lu, K. Masuda, Y. Yamashita, S. Kobayashi
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 61 Issue: 25

    • DOI

      10.1002/anie.202202335

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Water-driven solid self-assembled catalysis2022

    • Author(s)
      T. Kitanosono, T. Hisada, Y. Yamashita, S. Kobayashi
    • Journal Title

      J. Organomet. Chem.

      Volume: 965-966 Pages: 122318-122318

    • DOI

      10.1016/j.jorganchem.2022.122318

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 2‐Methoxyethyl Nitrite as a Reagent for Chemoselective On‐Water Nitration2022

    • Author(s)
      T. Kitanosono, A. Hashidoko, Y. Yamashita, S. Kobayashi
    • Journal Title

      Chemistry An Asian Journal

      Volume: 17 Issue: 16

    • DOI

      10.1002/asia.202200457

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ミセル触媒を活用する非修飾α-置換ケトンに対する直截的不斉アルドール反応2024

    • Author(s)
      北之園 拓、山下 恭弘、小林 修
    • Organizer
      第104春季年会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of biocompatible chiral scandium catalyst2024

    • Author(s)
      W. Srimontree, T. Kitanosono, Y. Yamashita, S. Kobayashi
    • Organizer
      第104春季年会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Acid-free aromatic nitrosation using organic nitrite toward diazotization2024

    • Author(s)
      A. Hashidoko, Y. Nakao, T. Kitanosono, Y. Yamashita, S. Kobayashi
    • Organizer
      第104春季年会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 水中で不安定なルイス酸塩を触媒として用いるためのSWNT活用戦略2024

    • Author(s)
      田中 理史、北之園 拓、山下 恭弘、小林 修
    • Organizer
      第104春季年会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 有機溶媒も界面活性剤も用いない水中カップリング反応の開発2024

    • Author(s)
      白水 俊丞、北之園 拓、山下 恭弘、小林 修
    • Organizer
      第104春季年会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 水に難溶な希土類塩を用いる水中での炭素-炭素結合形成反応の開発2024

    • Author(s)
      長田 理那、久田 智也、北之園 拓、山下 恭弘、小林 修
    • Organizer
      第104春季年会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 2-置換インドールの直截的ジアゾ化反応の開発2024

    • Author(s)
      橋床 亜伊瑠、中尾 優希、北之園 拓、山下 恭弘、小林 修
    • Organizer
      第104春季年会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 独自に合成した多孔性塩基性樹脂による連続フローHenry反応2024

    • Author(s)
      降矢 裕一、石谷 暖郎、小林 修
    • Organizer
      第104春季年会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] テトラコナゾールの連結・連続フロー合成2024

    • Author(s)
      笹谷 将洋、石谷 暖郎、小林 修
    • Organizer
      第104春季年会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Heterogeneous Chiral Catalysts for Continuous-Flow Enantioselective Reactions2024

    • Author(s)
      S. Kobayashi
    • Organizer
      Flow Chemistry Europe
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Environment, Human Health, and Energy: Catalysts Play Key Roles Toward Sustainable Society2024

    • Author(s)
      S. Kobayashi
    • Organizer
      2024 International Organic and Bioorganic Symposium (IOBOS)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Environment, Human Health, and Energy: Catalysts Play Key Roles Toward Sustainable Society2024

    • Author(s)
      S. Kobayashi
    • Organizer
      2024 Bowei Research Conference (The 4th BRC)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Continuous- and Sequential-Flow Synthesis of Fine Chemicals2023

    • Author(s)
      S. Kobayashi
    • Organizer
      Continuous Flow Processing Applications in the Pharmaceutical Industry: Japan 2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] New Dimension of Bronsted Base-catalyzed Carbon-Carbon Bond Forming Reactions2023

    • Author(s)
      Y. Yamashita
    • Organizer
      5th International Symposium on Catalysis Toward Green Sustainable Chemistry (CAT-GSC-5)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Cultivating new organic chemistry by using water as a reaction medium2023

    • Author(s)
      T. Kitanosono
    • Organizer
      5th International Symposium on Catalysis Toward Green Sustainable Chemistry (CAT-GSC-5)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Environment, Human Health, and Energy: Catalysts Play Key Roles Toward Sustainable Society2023

    • Author(s)
      S. Kobayashi
    • Organizer
      Gordon Research Conference on Organic Reactions and Processes
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Environment, Human Health, and Energy: Catalysts Play Key Roles Toward Sustainable Society2023

    • Author(s)
      S. Kobayashi
    • Organizer
      The 19th Asian Chemical Congress 2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Continuous-Flow Enantioselective Reactions with Heterogeneous Chiral Catalysts and Sequential Transformations2023

    • Author(s)
      S. Kobayashi
    • Organizer
      Flow Chemistry Europe 2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Synthesis of Chiral Metal-Organic Framework for Biocompatible Lewis Acid Catalysis2023

    • Author(s)
      W. Srimontree, T. Kitanosono, Y. Yamashita, S. Kobayashi
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 水中で自己修復可能なキラルルイス酸触媒の開発2023

    • Author(s)
      T. Kitanosono, F. Lu, Y. Yamashita, S. Kobayashi
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 単層カーボンナノチューブ担持ルイス酸触媒による水中反応と再使用性の評価2023

    • Author(s)
      S. Tanaka, T. Kitanosono, Y. Yamashita, S. Kobayashi
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 2位置換インドールの水中特異的オキシム化反応2023

    • Author(s)
      A. Hashidoko, T. Kitanosono, Y. Yamashita, S. Kobayashi
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 単層カーボンナノチューブ(SWNT)担持触媒を用いる水中でのカップリング反応2023

    • Author(s)
      S. Shiramizu, T. Kitanosono, Y. Yamashita, S. Kobayashi
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 希土類水酸化物を用いる水中での1,4-付加反応(1)2023

    • Author(s)
      T. Kitanosono, R. Osada, T. Hisada, Y. Yamashita, S. Kobayashi
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 希土類水酸化物を用いる水中での1,4-付加反応(2)2023

    • Author(s)
      T. Hisada, R. Osada, T. Kitanosono, Y. Yamashita, S. Kobayashi
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] MOF由来単原子触媒によるカルボニル化合物の電解アリル化反応2023

    • Author(s)
      H. Nakajima, R. Masuda, T. Yasukawa, T. Kitanosono, Y. Yamashita, S. Kobayashi
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Book] 水中有機合成の開発動向2022

    • Author(s)
      小林修、北之園拓監修
    • Total Pages
      319
    • Publisher
      シーエムシー出版
    • ISBN
      9784781316635
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Remarks] 電気を用いて金属廃棄物を大幅に削減した連続フロー反応を実現

    • URL

      https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2023/8430/

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Remarks] キラル触媒と溶媒を繰り返し使用可能な不斉合成技術

    • URL

      https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2022/7842/

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Funded Workshop] 5th International Symposium on Catalysis Toward Green Sustainable Chemistry (CAT-GSC-5)2023

    • Related Report
      2023 Annual Research Report

URL: 

Published: 2022-04-28   Modified: 2025-06-20  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi