マイクロフローシステムによる高活性反応プロモーターの発生と合成反応の集積化

• Project Area: Middle molecular strategy: Creation of higher bio-functional molecules by integrated synthesis.
• Project/Area Number: 16H01155
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 菅 誠治 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (50291430)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2017: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2016: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: マイクロリアクター / 有機電子移動 / 触媒反応

Outline of Annual Research Achievements

我々は電気的化学的酸化・還元に対する可逆性を有し、温度耐性にも優れた有機ジカチオン種を生成させる方法を見出してきた。バッチ反応系おいてこの有機ジカチオンは高い触媒活性をもち、また、レドックス応答型の触媒としても用いることができる。本新領域研究では、この有機ジカチオン種化学をマイクロフロー系へと展開させることにより、触媒反応の開始と停止を触媒量の電気化学的なレドックスフロー系で実現できれば、後続反応に影響を与えることのない効率的な集積型反応フローシステムを構築できるのではないかと考え研究を推進した。
本年度は、前年度までに新規に設計・外注した電解用マイクロリアクターを用いて向山アルドール反応を行った。中性分子である有機ジカチオン前駆体とアルデヒド、エノールシリルエーテルの混合溶液を少量の電気量で陽極酸化することにより、フロー系内で有機ジカチオン種を発生させることにより（触媒の活性化）反応をスタートさせ、短いチューブ内で反応完結後、この溶液を陰極側へと導くことにより有機ジカチオン種を還元し中性分子に戻す（触媒の不活性化）ことで反応を停止させた。反応は非常に効率よく進行した。現在このフロー系を用いた後続反応について検討を行っている。
また、別の反応として、少量の電気量で開始されるシアノメチル化反応を取り上げ、研究を行った。アセトニトリル中、様々な芳香族アルデヒド誘導体を触媒量の電気量で電解還元することで、対応するシアノメチル化体が得られるという非常にシンプルな反応系を見出した。これも反応集積化に適した反応と言える。現時点では一部脱水反応もあわせておこり、収率も中程度であるが、反応剤を使う必要がないため、容易に後続反応へつなげることができるという意味で、非常に興味深い反応系である。現在、フロー系への展開を行っている。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Hydrogen Bonding-Assisted Enhancement of the Reaction Rate and Selectivity in the Kinetic Resolution of d,l-1,2-Diols with Chiral Nucleophilic Catalysts (2017)
  • Author(s): Fujii Kazuki、Mitsudo Koichi、Mandai Hiroki、Suga Seiji
  • Journal Title: Advanced Synthesis & Catalysis Volume: 359 Issue: 16 Pages: 2778-2788
  • DOI: 10.1002/adsc.201700057
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rh-Catalyzed Dehydrogenative Cyclization Leading to Benzosilolothiophene Derivatives via Si-H/C-H Bond Cleavage (2017)
  • Author(s): Mitsudo Koichi、Tanaka Seiichi、Isobuchi Ryota、Inada Tomohiro、Mandai Hiroki、Korenaga Toshinobu、Wakamiya Atsushi、Murata Yasujiro、Suga Seiji
  • Journal Title: Organic Letters Volume: 19 Issue: 10 Pages: 2564-2567
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.7b00878
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of 3-Benzo[b]thienyl 3-Thienyl Ether via an Addition-Elimination Reaction and Its Transformation to an Oxygen-Fused Dithiophene Skeleton: Synthesis and Properties of Benzodithienofuran and Its π-Extended Derivatives (2017)
  • Author(s): Mitsudo Koichi、Kurimoto Yuji、Mandai Hiroki、Suga Seiji
  • Journal Title: Organic Letters Volume: 19 Issue: 11 Pages: 2821-2824
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.7b00969
  • NAID: 120006765097
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Desymmetrization of meso-1,2-Diols by a Chiral N,N-4-Dimethylaminopyridine Derivative Containing a 1,1′-Binaphthyl Unit: Importance of the Hydroxy Groups (2017)
  • Author(s): Mandai Hiroki、Yasuhara Hiroshi、Fujii Kazuki、Shimomura Yukihito、Mitsudo Koichi、Suga Seiji
  • Journal Title: The Journal of Organic Chemistry Volume: 82 Issue: 13 Pages: 6846-6856
  • DOI: 10.1021/acs.joc.7b00992
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetic Attachment of Lipase Immobilized on Bacteriogenic Iron Oxide Inside a Microtube Reactor for the Kinetic Resolution of Secondary Alcohols (2017)
  • Author(s): Kyoko Mandai, Takehiro Fukuda, Yuki Miyazaki, Hideki Hashimoto, Hiroki Mandai, Tadashi Ema, Jun Takada, and Seiji Suga
  • Journal Title: Synlett Volume: 28 Issue: 07 Pages: 805-810
  • DOI: 10.1055/s-0036-1589953
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An Intramolecular Nucleophile-Catalyzed Aldol-Lactonization (NCAL) Reaction of S-Aryl-(E)-6-oxohex-2-enethioate with N,N-4-Dimethylaminopyridine N-Oxide (2017)
  • Author(s): Hiroki Mandai, Keita Shimowaki, Kohei Hongo, Koichi Mitsudo, and Seiji Suga
  • Journal Title: Heteroycycles Volume: 94 Issue: 3 Pages: 492-502
  • DOI: 10.3987/com-16-13614
  • NAID: 40021167569
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hydrogen Bonding-Assisted Enhancement of the Reaction Rate and Selectivity in the Kinetic Resolution of d,l-1,2-Diols with Chiral Nucleophilic Catalysts (2017)
  • Author(s): Kazuki Fujii, Koichi Mitsudo, Hiroki Mandai, and Seiji Suga
  • Journal Title: Adv. Synth. Catal. Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Enantioselective acyl transfer catalysis by a combination of common catalytic motifs and electrostatic interactions (2016)
  • Author(s): Hiroki Mandai, Kazuki Fujii, Hiroshi Yasuhara, Kenko Abe, Koichi Mitsudo, Toshinobu Korenaga, Seiji Suga
  • Journal Title: Nature Commun. Volume: 7 Issue: 1 Pages: 11297-11297
  • DOI: 10.1038/ncomms11297
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Synthetic Terrein Inhibits Progression of Head and Neck Cancer by Suppressing Angiogenin Production (2016)
  • Author(s): Akane Shibata, Soichiro Ibaragi, Hiroki Mandai, Toki Tsumura, Koji Kishimoto, Tatsuo Okui, Nur Mohammad Monsur Hassan, Tsuyoshi Shimo, Kazuhiro Omori, Guo-Fu Hu, Shogo Takashiba, Seiji Suga, and Akira Sasaki
  • Journal Title: Anticancer Res. Volume: 36 Pages: 2161-2168
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Kinetic Resolution of Secondary Carbinols by a Chiral <i>N</i>,<i>N</i>-4-Dimethylaminopyridine Derivative Containing a 1,1′-Binaphthyl Unit: Hydrogen Bonding Affects Catalytic Activity and Enantioselectivity (2016)
  • Author(s): Kazuki Fujii, Koichi Mitsudo, Hiroki Mandai, and Seiji Suga
  • Journal Title: Bulletin of the Chemical Society of Japan Volume: 89 Issue: 9 Pages: 1081-1092
  • DOI: 10.1246/bcsj.20160135
  • NAID: 130006770702
  • ISSN: 0009-2673, 1348-0634
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Facile Synthesis of Naphthothiophenone Derivatives and Anthradithiophenedione via Friedel-Crafts Acylation and Their Fundamental Properties (2016)
  • Author(s): Koichi Mitsudo, Takashi Murakami, Takuya Shibasaki, Tomohiro Inada, Hiroki Mandai, Hiromi Ota, Seiji Suga
  • Journal Title: Synlett Volume: 27 Issue: 16 Pages: 2327-2332
  • DOI: 10.1055/s-0035-1562470
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 鉄・銅共触媒を用いたアリールチエニルエーテルの合成およびチエノベンゾフラン誘導体への変換 (2018)
  • Author(s): 浅田拓哉・稲田智大・光藤耕一・菅 誠治
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] 光学活性DMAP誘導体を用いるアシル化反応(3): 糖類の位置選 択的アシル化反応 (2018)
  • Author(s): 山本知哉・阿部健幸・萬代大樹・菅誠治
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] 光学活性DMAP 誘導体を用いるアシル化反応(2): 1,3-ジオール の非対称化反応 (2018)
  • Author(s): 芦原宏介・萬代大樹・菅誠治
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] 光学活性DMAP 誘導体を用いるアシル化反応(1)： 3-ヒドロキシ-3-置換-オキシインドール類の速度論的光学分割 (2018)
  • Author(s): 萬代大樹・塩本龍平・菅誠治
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] 電気化学的な脱水素型環化反応によるπ拡張チエノフランの合成 (2018)
  • Author(s): 松尾 恋・光藤耕一・菅 誠治
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] 環状N-アシルイミニウムイオンのアリル化における立体化学の逆転現象 (2018)
  • Author(s): 吉岡和紀・光藤耕一・菅 誠治
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] ベンゾジチエノフランおよびベンゾジチエノチオフェン誘導体の効率的合成と物性評価 (2018)
  • Author(s): 栗本悠司・光藤耕一・菅 誠治
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] Friedel-Crafts C-Hボリル化反応を用いたチエノアザボリン誘導体の合成とその物性評価 (2018)
  • Author(s): 重森圭介・光藤耕一・菅 誠治
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] 電場と磁場を利用するマイクロフロー合成システムの開発 (2017)
  • Author(s): 菅 誠治
  • Organizer: 京都大学マイクロ化学生産研究コンソーシアム講演会
  • Place of Presentation: 京都大学（京都府京都市）
  • Year and Date: 2017-03-28
  • Invited
• [Presentation] インダイレクトカチオンプール法を応用したピペリジン誘導体の不斉合成 (2017)
  • Author(s): 吉岡和紀・灰佐将弘・光藤耕一・菅誠治
  • Organizer: 第41回有機電子移動化学討論会
• [Presentation] 鉄・銅共触媒によるエーテル化反応を経るチエノベンゾフランの効率的合成と電気化学的性質 (2017)
  • Author(s): 浅田拓哉・稲田智大・光藤耕一・菅誠治
  • Organizer: 第41回有機電子移動化学討論会
• [Presentation] エーテル合成および脱水素環化反応を経るヘテロ環が縮環したチエノフラン誘導体の合成 (2017)
  • Author(s): 栗本悠司・光藤耕一・菅誠治
  • Organizer: 第41回有機電子移動化学討論会
• [Presentation] Rh-Catalyzed Dehydrogenative Cyclization Leading to Benzosilolothiophene Derivatives (2017)
  • Author(s): Koichi Mitsudo, Seiichi Tanaka, and Seiji Suga
  • Organizer: 19th IUPAC International Symposium on Organometallic Chemistry Directed Towards Organic Synthesis
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] エーテル合成および脱水素環化を経るベンゾジチエノフラン誘導体の合成と物性評価 (2017)
  • Author(s): 栗本悠司・光藤耕一・菅誠治
  • Organizer: 第28回基礎有機化学討論会
• [Presentation] 高度にπ拡張されたベンゾシロロチオフェン誘導体の効率的合成及びその電気化学的特性 (2017)
  • Author(s): 光藤耕一，田中聖一，礒淵僚太，菅 誠治
  • Organizer: 2017年電気化学会秋季大会
• [Presentation] ジオール類のエナンチオ選択的モノアシル化反応の開発 (2017)
  • Author(s): 萬代大樹，安原宏，藤居一輝，下村征史，菅 誠治
  • Organizer: 日本プロセス化学会2017サマーシンポジウム
• [Presentation] ベンゾフラノン類のエナンチオ選択的 Steglich 型転位反応の開発 (2017)
  • Author(s): 藤居一輝，萬代大樹，菅 誠治
  • Organizer: 日本プロセス化学会2017サマーシンポジウム
• [Presentation] Stereoselective Synthesis of Substituted Piperidine Derivatives Using the Indirect Cation Pool Method (2017)
  • Author(s): Seiji Suga
  • Organizer: 7th German-Japanese Symposium on Electrosynthesis
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 光学活性DMAP誘導体を用いるアズラクトンの動的速度論的光学分割反応の開発 (2017)
  • Author(s): 本郷晃平・萬代大樹・菅 誠治
  • Organizer: 第47回複素環化学討論会
• [Presentation] エナンチオ選択的なアシル化によるmeso-1,2-ジオール類の非対称化反応 (2017)
  • Author(s): 萬代大樹・安原 宏・藤居一輝・下村征史・菅 誠治
  • Organizer: 第47回複素環化学討論会
• [Presentation] Synthesis of Butadiynes by Electro-oxidative Coupling Reactions (2017)
  • Author(s): Ren Matsuo, Natsuyo Kamimoto, Koichi Mitsudo, and Seiji Suga
  • Organizer: The 11th International Symposium on Integrated Synthesis & The 3rd Symposium on Middle Molecular Strategy
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高活性有機化学種・有機触媒をプロモーターとする合成反応 (2016)
  • Author(s): 菅 誠治
  • Organizer: （公財）科学技術交流財団 第３回「グリーンケミストリーに根差した有機合成手法研究会」
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2016-12-09
  • Invited
• [Presentation] 水素結合性極性官能基をもつ不斉求核触媒の開発 (2016)
  • Author(s): 菅 誠治
  • Organizer: 第9 回有機触媒シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2016-12-01
  • Invited
• [Presentation] Development of Axially Chiral DMAP Derivatives Bearing Hydrogen Bonding Sites (2016)
  • Author(s): Seiji Suga, Hiroki Mandai, Kazuki Fujii, Hiroshi Yasuhara, Kenko Abe
  • Organizer: The 12th International Symposium on Organic Reactions
  • Place of Presentation: 京都テルサ（京都府京都市）
  • Year and Date: 2016-04-22
  • Int'l Joint Research / Invited