| Project/Area Number |
22KJ1406
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| Project/Area Number (Other) |
22J15362 (2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 27020:Chemical reaction and process system engineering-related
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
中村 悠人 横浜国立大学, 大学院理工学府, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | クロスカップリング反応 / 有機電解反応 / フローマイクロリアクター |
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| Outline of Research at the Start |
二種類の化学構造の間に結合を形成する「クロスカップリング反応」では、PdやNi等の金属触媒により発生するカチオン等価体とアニオン等価体の間に結合が形成されるが、特に医薬品の合成プロセスにおいて金属成分の残留が問題視されてきた。これらの触媒反応を電気化学的な陽極反応(カチオンの発生)と陰極反応(アニオンの発生)で置き換えれば、金属触媒を用いないクロスカップリング反応が実現する。
本研究では、陽陰極間の距離が数十マイクロメートルと極めて小さな「マイクロ電解セル」を反応器に用いることで、両極で発生するカチオン/アニオン同士の反応を促進し、高収率な電気化学的クロスカップリング反応の実現を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
有機電解反応において、陽極酸化によって生じるカチオン種/陰極還元によって生じるアニオン種は、いずれも反応性の極めて高い不安定な活性種である。従来の有機電解反応では、カチオン種とアニオン種は別々の反応に利用されることが多く、カチオン/アニオン間で進行する反応は報告例が極めて少なかった。原因として、陽極/陰極の間の距離をカチオン/アニオンが拡散する間に、それらが分解あるいは副反応を被ることが挙げられる。そこで、本研究では、陽極/陰極間の距離を数十マイクロメートルまで狭めることで、従来は困難とされたカチオン/アニオン間でのクロスカップリング反応を実現することを目指した。2023年度は、陽極/陰極間の距離が小さなフローマイクロリアクターを使用しつつ、陽極と陰極を数十ミリ秒毎に切り替える交流電解を実施した。交流電解により、一つの電極が陽極兼陰極として機能するため、カチオン/アニオンが同一の電極表面で発生する。これにより、カチオン/アニオンが出会うまでの時間をさらに短縮することができ、所望のクロスカップリング反応が進行しやすくなると考えられた。しかしながら、種々の反応条件を検討したにも関わらず、所望のクロスカップリングは進行しなかった。
しかしながら、以上の検討を通じて、陽極側の副反応であるメトキシ化反応が高収率で進行する条件(電流値や送液速度)が、基質の濃度に応じて大きく異なる点を見出した。
そこで、上記の知見を応用し、メトキシ化反応を目的反応と位置付けて、反応条件の最適化手法を提案するに至った。反応の進行に応じて、N-Bocプロリンメチルエステルの濃度は減少する。濃度の減少に応じて、電流値、送液速度の最適値も推移した。ここで、電流値や送液速度といったパラメータを、濃度の減少に併せて随時最適値へと変更してゆく、条件切り替え型の電解を実施することで、全反応時間における生産性が最大化された。
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