2017 Fiscal Year Research-status Report
二酸化炭素を炭素源として用いる電子移動型極性変換によるマンデル酸の環境調和型合成
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16K05763
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
仙北 久典 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (50241360)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 二酸化炭素の固定化 / マンデル酸誘導体 / 有機電解合成 / ベンザルジアセテート / 環境調和型合成 / フローマイクロリアクター / 極性変換 / 電子移動反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度に行った反応条件の最適化により、反応溶媒にDMF、支持電解質にテトラフルオロホウ酸テトラブチルアンモニウム（Bu4NBF4)、反応温度は0℃、陰極に白金板、陽極にマグネシウム棒を備えた一室型セルを用い、電流密度25ｍA/cm2による定電流電解を最適条件とした。通電量は基質に依存するものとして、昨年度に引き続き、芳香環上に種々の置換基を有するベンザルジアセテートの合成ならびに二酸化炭素の電解固定化によるマンデル酸類の合成について検討を行った。ベンザルジアセテートは、相当するベンズアルデヒドを塩化鉄もしくは他の適切なルイス酸存在下無水酢酸と反応することにより良好な収率で得ることができた。芳香環上にメトキシ基を有するベンザルジアセテートを基質に用いて10F/molの電気量を通電すると、p-置換体では収率61%（反応した基質からは81%の収率）、m-置換体では収率83%（同90%）で相当するマンデル酸誘導体を得ることに成功した。同様に、2-チオフェンカルバルデヒドから誘導したベンザルジアセテートからも2-アセトキシ-2-(2-チエニル)酢酸を83%の収率で合成できた。一方、芳香環上の置換基がシアノ基の場合、生成したマンデル酸誘導体の過剰電解還元によるフェニル酢酸の生成が15%程度確認された。本反応については、次年度において反応条件の微調整が必要である。また、脂肪族アルデヒドから合成したジアセテートでは、転化25%で収率は10%程度、ベンズアルデヒドジエチルアセタールを基質に用いたところ転化率・収率共に10%以下であった。以上のことから、本反応ではベンジル位のアセトキシ基が有効であり、脂肪族のアセトキシ基やベンジル位のアルコキシ基では進行しないことを明らかとした。
次年度に検討を行うフローマイクロリアクターを、横浜国立大学の跡部真人教授にご指導いただき、3台試作した。
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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
本研究は、二酸化炭素の有効利用法開発の一環として、有機電解反応の特徴である極性変換の概念に基づきベンズアルデヒドより一段階で容易に調製可能なベンザルジアセテートと二酸化炭素を出発物質としてマンデル酸誘導体を効率よく合成することを目的としている。
当初の計画通り、初年度には反応条件の最適化、当該年度には様々な置換基を有する基質を用いて本反応の適応範囲を探索し、次年度引き続き検討が必要な基質はあるものの、まずまずの成果が得られている。また、シアノ基を有するマンデル酸誘導体はシアノヒドリンを経由する従来法では合成が困難なため本手法は非常に有用であることを示すことができた。また、反応機構に関する興味深い結果が得られたこと、最終年度に検討予定のフローマイクロリアクターの試作も済んでいることなども踏まえて総合的な見地から、おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
当該年度の検討で芳香環上にシアノ基を有するベンザルジアセテートを基質とした場合、過剰電解還元による副生成物の生成が確認できたので、反応条件の微調整を行う。その結果をもとに、エステル基を有する基質についても検討を行う。また、芳香環上に塩素や臭素原子を有する基質についても検討する予定である。さらに、3,5-ジフルオロベンズアルデヒドから得られるベンザルジアセテートについて本反応を適応し、γ-セクレターゼ阻害活性を示す化合物の部分構造を成すマンデル酸の高効率合成を検討し、従来法との比較により本法の優位性を示す。最後に、フローマイクロリアクターの当該反応への応用を検討し、マグネシウムなどの消耗性犠牲陽極を用いない連続的なマンデル酸合成プロセスの達成について検証する。
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| Causes of Carryover |
フローマイクロリアクターの試作にあたり、当初電極材料(GC)の購入を予定していたが、横浜国立大学の跡部真人教授のご厚意によりご提供いただいた電極材料を使用してフローマイクロリアクターを試作することができたため、当該年度に予定していた電極材料の購入を次年度に延期した。
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Research Products
(2 results)
