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2015 Fiscal Year Annual Research Report

らせん高分子を用いた新キラル反応場の創出

Planned Research

Project AreaPrecise Formation of a Catalyst Having a Specified Field for Use in Extremely Difficult Substrate Conversion Reactions
Project/Area Number 15H05811
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

杉野目 道紀  京都大学, 工学研究科, 教授 (60252483)

Project Period (FY) 2015-06-29 – 2020-03-31
Keywords不斉合成 / 高分子合成 / 高分子機能 / キラル高分子 / 高分子触媒 / 重合後修飾
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、極めて剛直ならせん構造を有するポリキノキサリンのキラルらせん骨格上に様々な触媒活性部位をペンダントとして配する分子デザインにより、従来より顕著に高い触媒活性、選択性、再利用効率を与える新キラル触媒の創製を行うことを目的としている。本研究の開始にあたり、らせん骨格のキラリティを誘起するためのキラル側鎖の構造最適化、様々な触媒活性ペンダントの導入を容易にする重合後修飾のための分子デザインを行った。キラル側鎖の構造最適化においては特に、ポリキノキサリン骨格のらせん構造の大きな特徴である「溶媒効果によるらせん反転」をできる限り抑制するための検討を行った。その結果、エーテル酸素原子を複数含むキラル側鎖が優れていることを見出した。さらに、芳香環を有するキラル側鎖が、従来と同程度のらせん誘起能力を示しながらも溶媒効果によるらせん反転を示さないことも明らかとなった。また、芳香環上にハロゲン原子やボロニル基を有する1,2-ジイソシアノベンゼン誘導体をモノマーとする重合を行うことで、これらの反応性官能基をらせん骨格上に有するポリキノキサリンが効率的に得られることを見出した。これらの反応性官能基を有するポリキノキサリンに対し、鈴木ー宮浦クロスカップリングを行うことで、触媒活性を有する官能基を容易に導入することができた。この重合後修飾法を利用することにより、3-アミノピリジル基や2,2'-ビピリジル基を有するポリキノキサリンを合成し、その触媒反応への利用を検討した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

これまでに合成してきたポリキノキサリンのキラリティの動的性質は、このらせん高分子骨格の大きな特徴であったが、特定の反応条件におけるらせんキラリティの予測を困難なものにするなど、本研究遂行に際しては必ずしも最適なものではなかった。様々なキラル側鎖を導入して、様々な溶媒中で円偏光二色性スペクトルの測定を行った結果、(S)-(1-methoxyprop-2-yloxy)methyl基を有するポリキノキサリンが、適していることを見出した。また、1-phenylethylalcoholから誘導される(S)-1-phenylethoxymethyl側鎖を有するポリキノキサリンも、検討したすべての溶媒中で右巻きらせん構造を取ることが明らかとなった。いずれにキラル置換基も入手容易なキラル化合物を出発原料としているため、今後本研究において必要な非動的らせん構造が予想以上に速やかに決定できた。
また、重合後修飾による触媒活性ペンダント部位の導入に基づいた高分子触媒合成法開発も、予想以上に順調に進行し、すでに実際の不斉反応に用いることが可能な二つの高分子触媒を合成することができた。単なる合成法の確立にとどまらず、その一つの4-アミノピリジル基を有するポリキノキサリンは、不斉求核触媒反応において、極めて高い触媒活性と90%eeを超える高い不斉収率を与えることをすでに見出している。このように、本年度、本研究計画は当初の計画以上に進展したと判断される。

Strategy for Future Research Activity

今年度前半においては当初の研究計画に基づき、平成27年度において見出した高分子構造に関する知見を確実なものとし、重合後修飾による様々な官能基の導入を検討する。
また、平成28年度後半においては、上記によって合成したポリキノキサリンを様々な不斉反応に用いて、従来の低分子キラル触媒を上回る選択性や反応活性の達成について検討を行う。特に、H27年度においてすでに合成に成功し、高い触媒活性と不斉収率を示した4-アミノピリジル基を有するポリキノキサリンの構造最適化を進め、不斉有機触媒反応の開発を行う。

  • Research Products

    (23 results)

All 2016 2015 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 4 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Invited: 6 results)

  • [Int'l Joint Research] Academy of Sciences(チェコ)

    • Country Name
      CZECH
    • Counterpart Institution
      Academy of Sciences
  • [Journal Article] Solvent Effect on the Sergeants-and-Soldiers Effect Leading to Bidirectional Induction of Single-Handed Helical Sense of Poly(quinoxaline-2,3-diyl)s Copolymers in Aromatic Solvents2016

    • Author(s)
      Yuuya Nagata, Tsuyoshi Nishikawa, Michinori Suginome
    • Journal Title

      ACS Macro Lett.

      Volume: 5 Pages: 519-522

    • DOI

      10.1021/acsmacrolett.6b00191

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Pressure-Dependent Helix Inversion of Poly(quinoxaline-2,3-diyl)s Containing Chiral Side Chains in Non-aqueous Solvents2015

    • Author(s)
      Yuuya Nagata, Ryouhei Takeda, Michinori Suginome
    • Journal Title

      Chem. Commun.

      Volume: 51 Pages: 11182-11185

    • DOI

      10.1039/C5CC04255K

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Majority-Rules-Type Helical Poly(quinoxaline-2,3-diyl)s as Highly Efficient Chirality-Amplification Systems for Asymmetric Catalysis2015

    • Author(s)
      Yuan-Zhen Ke, Yuuya Nagata, Tetsuya Yamada, Michinori Suginome
    • Journal Title

      Angew. Chem., Int. Ed.

      Volume: 54 Pages: 9333-9337

    • DOI

      10.1002/anie.201502209

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Main-Chain Stiffness and Helical Conformation of a Poly(quinoxaline-2,3-diyl) in Solution2015

    • Author(s)
      Yuuya Nagata, Hirokazu Hasegawa, Ken Terao, Michinori Suginome
    • Journal Title

      Macromolecules

      Volume: 48 Pages: 7983-7989

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.5b01919

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Poly(quinoxaline-2,3-diyl)s: A Fascinating Helical Macromolecular Scaffold for New Chiral Functions2015

    • Author(s)
      Michinori Suginome, Takeshi Yamamoto, Yuuya Nagata
    • Journal Title

      J. Synth. Org. Chem. Jpn.

      Volume: 73 Pages: 1141-1155

    • DOI

      10.5059/yukigoseikyokaishi.73.1141

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Preparation and Selective Reflection Properties of Cholesteric Liquid Crystals Containing Helical Poly(quinoxaline-2,3-diyl)s as Chiral Dopants2016

    • Author(s)
      NAGATA, Yuuya; ○UNO, Makoto; SUGINOME, Michinor
    • Organizer
      日本化学会 第96春季年会
    • Place of Presentation
      同志社大学
    • Year and Date
      2016-03-24 – 2016-03-27
  • [Presentation] ボロン酸ペンダントを有するポリキノキサリンのキラルゲストによるらせん不斉誘起を利用した触媒的不斉合成2016

    • Author(s)
      ○小松 聡子・村上 遼・山本 武司・杉野目 道紀
    • Organizer
      日本化学会 第96春季年会
    • Place of Presentation
      同志社大学
    • Year and Date
      2016-03-24 – 2016-03-27
  • [Presentation] Synthesis and Screw-sense Induction of Poly(quinoxaline-2,3-diyl)s Bearing Chiral Ester Side Chains2016

    • Author(s)
      ○NAGATA, Yuuya; KE, Yuanzhen; SUGINOME, Michinori
    • Organizer
      日本化学会 第96春季年会
    • Place of Presentation
      同志社大学
    • Year and Date
      2016-03-24 – 2016-03-27
  • [Presentation] ビピリジン配位部位を有するキラルらせんポリ(キノキサリン-2,3-ジイル)の合成と銅触媒による不斉合成反応への応用2016

    • Author(s)
      ○良永裕佳子・山本武司・杉野目道紀
    • Organizer
      日本化学会 第96春季年会
    • Place of Presentation
      同志社大学
    • Year and Date
      2016-03-24 – 2016-03-27
  • [Presentation] Highly Enantioselective Steglich Rearrangement with Poly(quinoxaline-2,3-diyl)-based Helically Chiral DMAP Derivatives2016

    • Author(s)
      ○MURAKAMI, Ryo; YAMAMOTO, Takeshi; SUGINOME, Michinori
    • Organizer
      日本化学会 第96春季年会
    • Place of Presentation
      同志社大学
    • Year and Date
      2016-03-24 – 2016-03-27
  • [Presentation] キラルらせん高分子配位子を用いたニッケル触媒トリイン環化異性化によるヘリセン類の不斉合成2016

    • Author(s)
      山本武司○沖塚真珠美・足立拓海・Jancarik Andrej・Stary Ivo・Stara Irena G.・杉野目道紀
    • Organizer
      日本化学会 第96春季年会
    • Place of Presentation
      同志社大学
    • Year and Date
      2016-03-24 – 2016-03-27
  • [Presentation] キラリティのスイッチングと増幅を特徴とする次世代キラル触媒システム2016

    • Author(s)
      杉野目道紀
    • Organizer
      日本化学会 第96春季年会
    • Place of Presentation
      同志社大学
    • Year and Date
      2016-03-24 – 2016-03-24
    • Invited
  • [Presentation] Asymmetric Synthesis with Chirality-Switchable Helical Macromolecular Catalysts2016

    • Author(s)
      Michinori Suginome
    • Organizer
      NYUAD International Chemistry Conference on Organic and Bioorganic Chemistry
    • Place of Presentation
      Abu Dhabi, UAE
    • Year and Date
      2016-02-16 – 2016-02-18
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Helical-Polymer-Based, Modular, Chirality-Switchable Chiral Catalysts for Highly Enantioselective Asymmetric Reactions2015

    • Author(s)
      Michinori Suginome
    • Organizer
      Symposium on Asymmetric Supramolecular Catalysis, Pacifichem 2015
    • Place of Presentation
      Honolulu, Hawaii, USA
    • Year and Date
      2015-12-19 – 2015-12-19
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Masked Boronyl Groups as a Convertible Directing Group2015

    • Author(s)
      Michinori Suginome
    • Organizer
      Symposium on Organoboron Chemistry, Pacifichem 2015
    • Place of Presentation
      Honolulu, Hawaii, USA
    • Year and Date
      2015-12-16 – 2015-12-18
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Majority-Rules-Type Helical Poly(quinoxaline-2,3-diyl)s as Efficient Chiral Amplification Systems for Asymmetric Catalysis2015

    • Author(s)
      ◯Yuan-Zhen Ke, Yuuya Nagata, Tetsuya Yamada, Michinori Suginome
    • Organizer
      ◯Yuan-Zhen Ke, Yuuya Nagata, Tetsuya Yamada, Michinori Suginome
    • Place of Presentation
      京都リーガロイヤルホテル
    • Year and Date
      2015-11-12 – 2015-11-12
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Asymmetric Steglich Rearrangement with Poly(quinoxaline-2,3-diyl)-based Helically Chiral DMAP Derivatives2015

    • Author(s)
      ◯Ryo Murakami, Takeshi Yamamoto, Michinori Suginome
    • Organizer
      The 13th International Kyoto Conference on New Aspects of Organic Chemistry (IKCOC-13)
    • Place of Presentation
      京都リーガロイヤルホテル
    • Year and Date
      2015-11-11 – 2015-11-11
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Poly(quinoxaline-2,3-diyl)s bearing boronyl pendants: synthesis and helical chirality induction with chiral guests2015

    • Author(s)
      ○Satoko Komatsu, Ryo Murakami, Takeshi Yamamoto, Michinori Suginome
    • Organizer
      16th Tetrahedron Symposium Asia Edition
    • Place of Presentation
      Shanghai, China
    • Year and Date
      2015-11-11 – 2015-11-11
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Post-polymerization functionalization of poly(quinoxaline-2,3-diyl)s for the facile synthesis of helically chiral polymer ligands2015

    • Author(s)
      ◯Yukako Yoshinaga, Yuto Akai, Takeshi Yamamoto, Michinori Suginome
    • Organizer
      16th Tetrahedron Symposium Asia Edition
    • Place of Presentation
      Shanghai, China
    • Year and Date
      2015-11-11 – 2015-11-11
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 高分子化学と精密有機合成の共鳴がもたらす新しい分子機能2015

    • Author(s)
      杉野目道紀
    • Organizer
      第46回中部化学関係学協会支部連合秋季大会
    • Place of Presentation
      三重大学
    • Year and Date
      2015-11-08 – 2015-11-08
    • Invited
  • [Presentation] New Functions of Single-Handed, Chirality-Switchable Helical Macromolecules PQX2015

    • Author(s)
      Michinori Suginome
    • Organizer
      KIPS International Symposium
    • Place of Presentation
      Kyoto University
    • Year and Date
      2015-10-27 – 2015-10-27
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] らせんが拓く次世代触媒的不斉合成2015

    • Author(s)
      杉野目道紀
    • Organizer
      有機合成化学協会関西支部 有機合成夏期セミナー
    • Place of Presentation
      大阪科学技術センター
    • Year and Date
      2015-09-02 – 2015-09-02
    • Invited

URL: 

Published: 2017-01-06   Modified: 2022-10-19  

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