2016 Fiscal Year Annual Research Report
不均一系触媒を組み合わせた環境調和型反応の開発ならびに新規触媒合成
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15J01556
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| Research Institution | Gifu Pharmaceutical University |
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Principal Investigator |
山田 強 岐阜薬科大学, 薬学研究科, 特別研究員(PD)
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2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | プラチナ炭素 / 脂肪族カルボン酸 / 重水 / 重水素標識反応 / 固体有機塩基触媒 / 末端アルキン / ニトロメタン / ニトロアルドール反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１、脂肪族カルボン酸の多重重水素標識反応の開発：10% Pt/Cを触媒としてi-PrOHあるいはi-PrOD-d8と重水の混合溶媒中、120 oCで加熱攪拌すると、バルプロ酸など医薬品を含む様々な脂肪族カルボン酸の重水素標識反応が進行することをH27年度までの研究成果として見出している。H28年度は、論文投稿に向けて基質適用性を更に拡充した。具体的にはパルミチン酸やステアリン酸といった生体内必須脂肪酸だけでなく、同一分子内にケトンを有する脂肪族カルボン酸も、ケトンが還元されることなく重水素標識反応が進行することが判明し、重水素標識ビルディングブロック合成法としても有用な実用性ある方法論として確立し、学術論文として報告した(Adv. Synth. Catal. 2016, 358, 3277-3282)。
２、塩基性陰イオン交換樹脂WA30を使用した重水素標識反応の開発：H28年度の申請研究を遂行する過程で、WA30存在下、末端アルキンの重水素標識反応がメタルフリーで進行すること見出し、基質適用性を十分に検討した上で論文投稿した(RSC Adv. 2015, 5, 92954-92957)。特に、固体末端アルキンの重水素標識化反応では、基質の溶解補助剤としてごく少量の有機溶媒を添加することで反応効率が劇的に向上することも見出し、エチニルエストラジオールをはじめとする様々な固体末端アルキンの重水素標識化法として確立した。なお使用したWA30は回収・洗浄して繰り返し利用することができる。また、WA30の使用によりニトロメタンも効率良く重水素化されることを見出しており、系中にベンズアルデヒドを添加したところ、ニトロアルドール反応が効率良く進行した。合成した重水素標識β-ニトロアルコールは官能基変換が容易な重水素標識ビルディングブロックとして有用である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
脂肪族カルボン酸の重水素標識法の開発をH27からH28年度にかけて遂行し、更なる基質適用性を拡充することで論文投稿を達成することで研究を完了した(Adv. Synth. Catal. 2016, 358, 3277-3282)。また、申請研究を推進する一方で、芳香族シラン化合物と炭素担持型白金族触媒を室温下、水中で反応すると、二分子のシランがカップリングしてジシロキサンが得られることが判明した。さらに、溶媒を水からi-PrOH/D2Oに変更すると、芳香族シランのカップリングと同時に芳香環のメタ位並びにパラ位選択的に重水素原子が導入されることも同時に見出した。そこで、この反応を新規テーマとして立ち上げ、カルボン酸の重水素化反応開発と並行して遂行することで学術論文として投稿した(J. Org. Chem., 2016, 81, 4190-4195)。
上記申請研究に並行して、塩基性陰イオン交換樹脂WA30を使用した、重水中メタルフリーで進行する末端アルキンの重水素標識反応の確立および論文投稿を達成した(RSC Adv. 2015, 5, 92954-92957)。さらに、WA30を利用することで、重水中ニトロメタンが短時間で効率良く重水素標識されることも見出した。そこで、合成した重水素標識ニトロメタンを用いた新規反応開発ならびに重水素標識ビルディングブロック合成法の開発を推進しており、既に重水素標識ニトロメタンを求核剤とした、ベンズアルデヒドとのニトロアルドール反応へと適用可能であることを見出している。
以上、申請者は、申請研究を遂行するのみならず、研究遂行課程で見出された新規反応開発を完遂することで成果を挙げてきた。また、得られた成果や知見を基に、申請研究の応用的な展開にも成功し、新規研究テーマとして確立することで更なる成果を挙げている。
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| Strategy for Future Research Activity |
計画１、脂肪族エーテル・アルコール（アミン）の多重重水素化法開発：カルボン酸の重水素化で確立した条件を基に、エーテル・アルコール（アミン）を基質として条件検討を進める。
計画２、Pt/C-0価Feを用いた核還元法の開発：Pt/C-0価Feのペアを用いた脱ハロゲン化法を国際学会で発表している。今後、芳香族化合物の核還元反応および脱ハロゲン反応の基質適用性を拡充して反応性を調べると同時に、得られた知見からメカニズム解明を考察し、実用的反応として学術論文への投稿を目指す。
計画３、重水素標識ニトロメタンを求核剤とした新規反応の開発： 計画３－１、H28年度の申請研究において、固体塩基WA30存在下、重水中ニトロメタンがほぼ定量的に重水素標識されることを学会などで報告した。さらに、反応系中にベンズアルデヒドを添加するとニトロアルドール反応が効率良く進行することを見出している。そこで、様々な添加物検討を行った後、基質適用性の拡充を図ることで、一般性ある重水素標識β-ニトロアルコール合成法として確立し、学術論文への投稿を目指す。 計画３－２、WA30に代えて塩基性不斉有機分子触媒を用いると、ニトロメタンの重水素化と連続する不斉ニトロアルドール反応が進行し、重水素標識したキラルニトロアルコールが得られることを見出しつつある。更なる触媒検討・基質適用検討を推進し、一般性ある不斉ヘンリー反応へと展開する。
計画４、WA30によって重水素化が可能な化合物の探索：重水中WA30を使用すると末端アルキンやニトロメタンが効率良く重水素標識されることを見出しており、引き続き重水素化が進行する化合物群の探索研究を行う。具体的にはマロン酸エステルなど電子吸引性官能基が置換した化合物の重水素標識検討を遂行する。さらに合成した重水素標識体を求核剤とした新規重水素標識ビルディングブロック合成へと展開する。
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| Remarks |
岐阜薬科大学 平成28年度学生表彰
授与年月日：2017. 3.11
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[Journal Article] Synthesis Based on Silicon-Hydrogen Bond Activation Using Gold and Platinum on Carbon in Water or Heavy Water2016
Author(s)
Yoshinari Sawama, Masahiro Masuda, Naoki Yasukawa, Ryosuke Nakatani, Shumma Nishimura, Kyoshiro Shibata, Tsuyoshi Yamada, Yasunari Monguchi, Hiroyasu Suzuka, Yukio Takagi, and Hironao Sajiki
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Journal Title
J. Org. Chem.
Volume: 81
Pages: 4190-4195
DOI
Acknowledgement Compliant
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