分子間フラストレーションのデジタル化が創出するアミノ酸の環境調和型官能基化

• Project Area: Digitalization-driven Transformative Organic Synthesis (Digi-TOS)
• Project/Area Number: 22H05363
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (II)
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 星本 陽一 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (30710074)
• Project Period (FY): 2022-06-16 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000); Fiscal Year 2023: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2022: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
• Keywords: 水素 / アミノ酸 / ホウ素 / 触媒的水素化 / アルキル化 / 還元的アミノ化 / ペプチド / 触媒 / 有機ホウ素化合物 / 還元的アルキル化

Outline of Research at the Start

低毒性な典型元素を触媒、H2を還元剤として活用したアミノ酸やペプチドの環境調和型官能基化の開発を目指す。本研究目的を達成するために、反応速度論に基づく実験パラメータ および理論化学計算に基づくNCIの定量的パラメータを抽出し、マシーンラーニングへと活用する。これにより、BAr3とエーテル化合物から構成されるFLP構造の超効率的最適化を実現する。

Outline of Annual Research Achievements

アミノ酸は食品や医薬、農薬などに含まれており、我々の日々の生活に密接に関連する重要な化合物である。また最近では、アミノ酸が連結したペプチドも、特に創薬分野への応用が期待されている。ゆえに、アミノ酸・ペプチドを高度機能化した、新たなアミノ酸・ペプチドへと変換する手法の開発は重要である。例えば、ペプチドに含まれる窒素原子のアルキル化反応は、ペプチドの代謝安定性を改善し、生物活性を改善することが知られている。しかし、カルボキシル基 (COOH) やヒドロキシル基 (OH)、チオール基 (SH)など複数の極性官能基が混在するアミノ酸やペプチドを、毒性の高い副生成物を出さずに、短行程でアルキル化することは難度の高い挑戦的な課題であった。
このような背景の下、本研究は、独自のトリアリールホウ素触媒を巧みに設計することで、多様なアミノ酸やペプチドをアルキル化する革新的手法を開発した。当該手法は、入手容易なアルデヒドと水素を組み合わせてアミノ酸をアルキル化するため、毒性がゼロに近い水のみを副生成物として排出する。また生体に対する毒性が懸念されるような金属や溶媒を含まない点も注目に値する。本成果を達成する鍵となったのが、機械学習を活用したトリアリールホウ素触媒の迅速な最適化プロセスである。我々は、世界最大規模のホウ素触媒ライブラリーをコンピュータを駆使して構築し、ライブラリーから得られる情報を機械学習で利用することで、ホウ素触媒探索プロセスを効率化させることに成功した。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ルール大学ボーフム校(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] シンガポール国立大学(シンガポール)
• [Journal Article] Strategic use of crude H2 for the catalytic reduction of carbonyl compounds (2024)
  • Author(s): Mahiro Sakuraba, Sensuke Ogoshi, Yoichi Hoshimoto
  • Journal Title: Tetrahedron Chem Volume: 9 Pages: 100059-100059
  • DOI: 10.1016/j.tchem.2023.100059
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Palladium‐Catalyzed γ‐Arylation of Acylketene Synthons with Aryl Chlorides Enabled by Ylide‐Functionalized Phosphines (YPhos) (2024)
  • Author(s): Manna Sourav、Papp Florian、Hisata Yusei、Loffler Julian、Rybka Martyna、Gessner Viktoria H.、Hoshimoto Yoichi、Goossen Lukas J.
  • Journal Title: Advanced Synthesis and Catalysis Volume: 366 Issue: 5 Pages: 1107-1112
  • DOI: 10.1002/adsc.202301474
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Reversible Modulation of the Electronic and Spatial Environment around Ni(0) Centers Bearing Multifunctional Carbene Ligands with Triarylaluminum (2023)
  • Author(s): Yamauchi Yasuhiro、Mondori Yutaka、Uetake Yuta、Takeichi Yasuo、Kawakita Takahiro、Sakurai Hidehiro、Ogoshi Sensuke、Hoshimoto Yoichi
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 145 Issue: 30 Pages: 16938-16947
  • DOI: 10.1021/jacs.3c06267
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Remote Back Strain: A Strategy for Modulating the Reactivity of Triarylboranes (2023)
  • Author(s): Mahiro Sakuraba, Taichi Morishita, Taiki Hashimoto, Sensuke Ogoshi, Yoichi Hoshimoto
  • Journal Title: Synlett Volume: 34 Issue: 18 Pages: 2187-2192
  • DOI: 10.1055/a-2110-5359
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] N-Borane-Substituted Cyclic Phosphine Imides (BCPIs) (2023)
  • Author(s): Nagai Shun、Hinogami Takaya、Ogoshi Sensuke、Hoshimoto Yoichi
  • Journal Title: Bulletin of the Chemical Society of Japan Volume: 96 Issue: 12 Pages: 1346-1353
  • DOI: 10.1246/bcsj.20230228
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] トリアリールホウ素における遠隔位置換基間の立体反発に着目したルイス酸性度制御法 (2024)
  • Author(s): 森下泰地、櫻羽真煕、橋本大輝、生越専介、星本陽一
  • Organizer: 日本化学会第104春季年会(2024)
• [Presentation] In-Silico-Assisted Derivatization of Triarylboranes for Catalytic Reductive Functionalization of Amino Acids with H2 (2024)
  • Author(s): Yusei Hisata,Takashi Washio, Shinobu Takizawa, Sensuke Ogoshi, Yoichi Hoshimoto
  • Organizer: 日本化学会第104春季年会(2024)
• [Presentation] 粗水素を用いた複素環化合物の水素化における反応機構 (2024)
  • Author(s): 橋本大輝、原渕祐、生越専介、前田理、星本陽一
  • Organizer: 日本化学会第104春季年会(2024)
• [Presentation] トリアリールホウ素における遠隔位置換基間の相互作用に注目したルイス酸性度制御法 (2023)
  • Author(s): 森下泰地、櫻羽真煕、橋本大輝、生越専介、星本陽一
  • Organizer: 第50回有機典型元素化学討論会
• [Presentation] Nickel Complexes Bearing Triarylboranes and N-Phosphine Oxide-Substituted Imidazolinylidenes (2023)
  • Author(s): 水取宥敬、山内泰宏、植竹裕太、櫻井英博、生越専介、星本陽一
  • Organizer: 7th Gratama Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] In Silico Design of Triarylboranes for Catalytic Reductive Alkylation of Amino Acid (2023)
  • Author(s): Yusei Hisata, Sensuke Ogoshi, Yoichi Hoshimoto
  • Organizer: 7th Gratama Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] In Silico Design of Triarylboranes for Catalytic Reductive Alkylation of Amino Acid (2023)
  • Author(s): Yusei Hisata,Takashi Washio, Shinobu Takizawa, Sensuke Ogoshi, Yoichi Hoshimoto
  • Organizer: International Joint Symposium 2023 on Synthetic Organic Chemistry
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Triarylboranes for Catalytic Hydrogenation of N-Heteroaromatics with H2/CO/CO2 Mixed Gas (2023)
  • Author(s): Taiki Hashimoto, Sensuke Ogoshi, Yoichi Hoshimoto
  • Organizer: 17th International Meeting on Boron Chemistry
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 含窒素環式化合物の触媒的水素化/脱水素化を鍵とする水素精製 (2023)
  • Author(s): 橋本大輝、生越専介、星本陽一
  • Organizer: 第50回有機典型元素化学討論会
• [Presentation] 元素の高度循環を実現する新規N-ボラン置換環状ホスフィンイミドの開発 (2022)
  • Author(s): 長井駿、星本陽一、生越専介
  • Organizer: 第11回JACI／GSCシンポジウム
• [Presentation] 新規N-ボラン環状ホスフィンイミドの合成と応用 (2022)
  • Author(s): 長井駿、星本陽一、生越専介
  • Organizer: 第51回複素環化学討論会
• [Presentation] N-Phosphine Imide-Substituted Imidazolylidenes (PimIms) and N-Borane-Substituted Cyclic Phosphine Imides (BCPIs) (2022)
  • Author(s): Shun Nagai, Yoichi Hoshimoto, Sensuke Ogoshi
  • Organizer: SICC-11 (Singapore International Chemistry Conference)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A Revival MECHANISM OF Frustrated lewis pair from carbene-borane complex via phosphine oxide-borane complex (2022)
  • Author(s): Mahiro Sakuraba, Yoichi Hoshimoto, Jun-ya Hasegawa, Sensuke Ogoshi
  • Organizer: 29th International Conference on Organometallic Chemistry
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A Boron-Transfer Mechanism Mediating the thermally Induced Revival of Frustrated Carbene-Borane Pairs from Their Shelf-Stable Adducts (2022)
  • Author(s): Mahiro Sakuraba, Yoichi Hoshimoto, Jun-ya Hasegawa, Sensuke Ogoshi
  • Organizer: XXII International Symposium on Homogeneous Catalysis
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] N-ヘテロサイクリックカルベン-ホウ素付加体からのトリアリールホウ素の移動を経由するFrustrated Lewis Pair発生機構 (2022)
  • Author(s): 櫻羽真煕、星本陽一、長谷川淳也、生越專介
  • Organizer: 第51回複素環化学討論会
• [Presentation] H2/CO/CO2混合ガス加圧下におけるBAr3触媒を用いたカルボニル化合物の水素化反応 (2022)
  • Author(s): 櫻羽真煕、生越專介、星本陽一
  • Organizer: 第49回有機典型元素化学討論会
• [Presentation] Catalytic Hydrogenation of Carbonyl Compounds Using Crude H2 as H2 source (2022)
  • Author(s): Mahiro Sakuraba, Sensuke Ogoshi, Yoichi Hoshimoto
  • Organizer: 日本化学会 第103春季年会 (2023)
• [Presentation] ROOM-TEMPERATURE REVERSIBLE CHEMISORPTION OF CARBON MONOXIDE ON NICKEL(0) COMPLEXES (2022)
  • Author(s): Yasuhiro Yamauchi, Yoichi Hoshimoto, Sensuke Ogoshi
  • Organizer: 29th International Conference on Organometallic Chemistry
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Synthesis and Reactivity of Ni(0) Carbonyl Complexes Bearing N-Phosphine Oxide-Substituted Imidazolinylidene (2022)
  • Author(s): Yasuhiro Yamauchi, Yoichi Hoshimoto, Sensuke Ogoshi
  • Organizer: XXII International Symposium on Homogeneous Catalysis
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ni(0)錯体を利用した室温におけるCOの可逆的化学吸着反応 (2022)
  • Author(s): 山内泰宏、星本陽一、植竹裕太、櫻井 英博、生越 專介
  • Organizer: 第68回有機金属化学討論会
• [Presentation] Ni(0)錯体を利用した室温におけるCO の可逆的化学吸着反応 (2022)
  • Author(s): 山内泰宏、星本陽一、植竹裕太、櫻井英博、生越專介
  • Organizer: 第49回有機典型元素化学討論会
• [Presentation] Synthesis and Reactivity of a Nickel Carbonyl Complex Bearing N Phosphine Oxide Substituted Imidazolinylidenes (2022)
  • Author(s): Yasuhiro Yamauchi, Yoichi Hoshimoto, Yuta Uetake, Hidehiro Sakurai, Sensuke Ogoshi
  • Organizer: 日本化学会 第103春季年会 (2023)
• [Presentation] 窒素上にホスフィンオキシドを導入したN-ヘテロ環状カルベンとトリアリールホウ素を配位子とするニッケル錯体 (2022)
  • Author(s): 水取宥敬、山内泰宏、植竹裕太、櫻井英博、星本陽一、生越専介
  • Organizer: 第68回有機金属化学討論会
• [Presentation] 窒素上にホスフィンオキシドを導入したN-ヘテロ環状カルベンとB(C6F5)3を配位子とするニッケル錯体の合成 (2022)
  • Author(s): 水取宥敬、山内泰宏、植竹裕太、櫻井英博、星本陽一、生越専介
  • Organizer: 日本化学会秋季事業 第12回 CSJ化学フェスタ2022
• [Presentation] 窒素上にホスフィンオキシドを導入したN-ヘテロ環状カルベンとB(C6F5)3を配位子とするニッケル錯体の合成 (2022)
  • Author(s): 水取宥敬、山内泰宏、植竹裕太、櫻井英博、星本陽一、生越専介
  • Organizer: 第38回有機合成化学セミナー
• [Presentation] 窒素上にホスフィンオキシドを導入したN-ヘテロ環状カルベンとトリアリールボランを配位子とするニッケル錯体 (2022)
  • Author(s): 水取宥敬、山内泰宏、植竹裕太、櫻井英博、星本陽一、生越専介
  • Organizer: 第49回有機典型元素化学討論会
• [Presentation] 窒素上にホスフィンオキシドを導入したN-ヘテロ環状カルベンとトリアリールホウ素を配位子とするニッケル錯体 (2022)
  • Author(s): 水取宥敬、山内泰宏、植竹裕太、櫻井英博、生越専介、星本陽一
  • Organizer: 日本化学会 第103春季年会 (2023)
• [Presentation] 有機ホウ素触媒を利用した含窒素環式化合物の水素化/脱水素化を鍵とする水素精製 (2022)
  • Author(s): 橋本大輝、浅田貴大、生越專介、星本陽一
  • Organizer: 第51回複素環化学討論会
• [Presentation] Triaryl Boranes for Catalytic Hydrogenation of N-Heteroaromatics with H2/CO/CO2 Mixed Gas (2022)
  • Author(s): Taiki Hashimoto, Takahiro Asada, Sensuke Ogoshi, Yoichi Hoshimoto
  • Organizer: SICC-11 (Singapore International Chemistry Conference)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] H2 Purification through Sequential Hydrogenation/Dehydrogenation of N-Heterocycles Using Triarylborane Catalysts (2022)
  • Author(s): Taiki Hashimoto, Takahiro Asada, Sensuke Ogoshi, Yoichi Hoshimoto
  • Organizer: 日本化学会 第103春季年会 (2023)
• [Presentation] トリアリールホウ素触媒によるH2を活用したアミノ酸の触媒的還元的アルキル化 (2022)
  • Author(s): 久田悠靖, 生越専介, 星本陽一
  • Organizer: 第38回有機化学合成セミナー
• [Presentation] 環状エーテルとトリアリールホウ素から発生するFLPおよびH2を活用したアミノ酸の還元的アルキル化 (2022)
  • Author(s): 久田悠靖, 星本陽一, 生越専介
  • Organizer: 第51回複素環化学討論会
• [Presentation] F基の戦略的な導入を鍵としたBAr3触媒によるH2を還元剤としたアミノ酸の還元的アルキル化 (2022)
  • Author(s): 久田悠靖, 生越専介, 星本陽一
  • Organizer: 第45回フッ素化学討論会
• [Presentation] トリアリールホウ素触媒によるH2を活用したアミノ酸の触媒的還元的アルキル化③第49回有機典型元素化学討論会 (2022)
  • Author(s): 久田悠靖, 生越専介, 星本陽一
  • Organizer: 第49回有機典型元素化学討論会
• [Presentation] BAr3触媒によるH2を還元剤としたアミノ酸の還元的アルキル化 (2022)
  • Author(s): 久田悠靖, 生越専介, 星本陽一
  • Organizer: 日本化学会 第103春季年会 (2023)