2017 Fiscal Year Research-status Report
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16K05771
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
瀬川 泰知 名古屋大学, 理学研究科, 特任准教授 (60570794)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 選択的官能基化 / ホウ素化反応 / ベンゼン環パラ位 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、医薬品や電子デバイス材料へ応用可能な有機分子の誘導化を迅速に行う「ベンゼン環のパラ選択的官能基化反応」の開発および応用を目的としている。ベンゼン環パラ位の置換基は分子全体の性質に大きく影響を及ぼすことから、その直接官能基化法の開発が強く望まれてきた。しかし、一置換ベンゼンのパラ位を選択的に官能基化することは難しく、これまで汎用的な手法は開発されていなかった。一方でホウ素の置換基であるボリル基は様々な官能基に変換できることが知られており、パラ位選択的な直接ホウ素化反応が可能になればベンゼン環パラ位の多様な選択的官能基化が可能になると考えた。
本年度は、前年度までに開発した「パラ選択的ホウ素化反応」について、触媒系のさらなる改良を行なった。10種類以上の配位子を合成しスクリーニングした結果、汎用性・選択性・基質適用範囲のすべての面で従来系を超える触媒系を発見することに成功した。この触媒系は、前年度の成果である医薬品中間体の迅速誘導化をさらに加速させただけでなく、有機エレクトロニクス材料の部品となる分子群の位置選択的変換も可能にした。本研究成果についてはすでに学会発表を行なっており、触媒反応化学のみならず広く有機合成に関わる多くの分野の研究者から注目を集めている。
さらに、開発した反応を応用することで、湾曲した巨大湾曲炭化水素「ワープドナノグラフェン」のホウ素化に成功した。これを鍵反応として、水溶性ワープドナノグラフェンを合成した。水溶性ワープドナノグラフェンはヒト培養細胞に取り込まれ、光照射によって選択的に細胞死を誘導する性質を示すことを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
嵩高いリン配位子である2,2'-ビス[ジ(3,5-キシリル)ホスフィノ]-6,6'-ジメトキシ-1,1'-ビフェニル (Xyl-MeO-BIPHEP)を用いることで一置換ベンゼンのパラ位選択的ホウ素化反応を実現した。
さらに、確立した一置換ベンゼンのパラ位選択的ホウ素化を可能にする触媒反応を非対称1,2-二置換ベンゼンへと展開した。非対称1,2-二置換ベンゼンは、多くの有用有機化合物で見られる構造であり、インドールやベンゾチオフェンといった縮環型π共役化合物群もこれに属する。そのため、この分子骨格の位置選択的官能基化は有用分子群の開発研究に大きく貢献する重要な方法論である。有機材料開発を指向し、開発した反応を用いてπ共役系化合物の位置選択的ホウ素化を行った。その結果、キサンテンやフルオレン、ナフタレン、アントラセンといった有機材料に有用な化合物群に対し、他の手法では達成困難な位置選択的官能基化を実現した。
これらの実績は当初の計画を上回るものである。
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| Strategy for Future Research Activity |
開発した反応を、医薬品候補化合物となる生理活性物質へ適用していく。インドールアルカロイドと呼ばれる一連の天然有機化合物の中には、インドールの３位がsp3化した誘導体があり、これは本研究によって開発した反応が適用可能なものである。各種インドールアルカロイドの位置選択的なホウ素化が可能になれば、これを鍵反応とした短段階誘導化が実現する。これまで得ることができなかった誘導体を一気に得ることができるため、これら新規誘導体の生物活性を詳細に調査することで、新たな生理活性をもつ物質の発見に資する。
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| Causes of Carryover |
前年度に引き続き、予想以上に効果的であることが明らかになった計算科学による配位子検討を前倒して重点的に行なった。当初の計画のうち、生理活性物質のライブラリー合成およびその生理活性評価を、万全の体制で臨むために最終年度に行うことにした。生理活性評価は、タンパク質レベル、細胞レベル、動物・植物レベルと多くの段階があるが、これらは適切な測定業者に委託することで迅速かつ正確に評価結果が得られる。委託測定は高額であり、当初の計画以上に多くのライブラリーが合成できる見通しであるため、測定委託の費用として効果的に使用する。
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