2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of computationally designed diversity-oriented catalysis based on transition-state control
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17KT0011
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| Research Institution | Rikkyo University |
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Principal Investigator |
山中 正浩 立教大学, 理学部, 教授 (60343167)
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2017-07-18 – 2020-03-31
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| Keywords | 遷移状態制御 / 分子触媒設計 / DFT計算 / 不斉合成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、近年の計算機や計算手法の進展に鑑み、理論計算を先導的に活用した高効率・高選択的な触媒・反応開発と、その合理設計手法の確立を目的としている。特に、触媒/基質の相互作用ネットワークによって特定の遷移状態を安定化する「遷移状態制御」に基づき、複数の反応点（官能基）を含有する基質を分子認識して反応部位・立体選択的な分子変換を達成する分子性触媒を開発し、多官能性を有する１つの鍵分子ユニットから、様々な有用物質を高選択的に提供できる「多様性指向型触媒・反応」への展開を目指す。具体的には、（Ⅰ）GRRM法・AFIR法を用いた多官能性基質の反応に潜在する遷移状態の網羅探索、（Ⅱ）遷移状態制御に立脚した高精度DFT計算による触媒の合理設計、（Ⅲ）多様性指向型触媒・反応の実験検討を相互に連携しながら実施する。本年度は、（Ⅰ）と（Ⅱ）に関連して、グアニジン-ビスウレア触媒による1,4 -ナフトキノン誘導体に対する不斉エポキシ化反応、二機能性スルフィド触媒や三核亜鉛触媒による不斉ブロモラクトン化反応、ボロンエノラートによる求電子的不斉シアノ化反応、カルボン酸-チオウレア触媒による不斉Pictet-Spengler反応など多様な不斉触媒反応について、遷移状態の網羅探索手法の開拓と併せて異種相互作用の協働作用の観点から立体制御機構を解明した。（Ⅲ）に関連して、独自に設計・開発した金属‐ビスアミジン触媒を用いて、α-ケトエステルの不斉ビニロガス向山アルドール反応やβ,γ-不飽和α-ケトエステルとインドールの不斉Friedel-Crafts反応を見出した。
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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
「遷移状態制御」において鍵となる異種相互作用の協働作用の観点から、様々な不斉反応について遷移状態の網羅的探索から触媒/基質の相互作用解析を行い、それらの立体制御機構の解明に大きな進展が見られた。またその過程において、GRRM法・AFIR法を用いた遷移状態の網羅探索法を一定程度確立することができた。さらに、独自に設計・開発した金属‐ビスアミジン触媒が適用可能な不斉反応を複数見出し、いずれも高エナンチオ選択性を達成することができた。今後は、購入した計算機を活用して遷移状態の探索・解析をさらに加速させ、これまでに確立したワークフローを独自開発した分子性触媒へと応用し、その分子認識能を解明しながら「多様性指向型触媒・反応」への展開を目指す。以上より、本研究はおおむね順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は様々な不斉反応の理論的検討を通して、主に異種相互作用の協働作用による立体制御機構の解明に大きな進展が得られた。また、独自開発した分子性触媒についても、適用可能な不斉反応を複数見出している。今後は、これまでに得られた計算・実験研究の成果に基づき、アルデヒドやα-ケトエステルの識別など分子認識能を指向した触媒・反応設計へと展開する。理論計算が先導する分子性触媒の合理設計の確立に向けて、単純な（単官能基質）に対するGRRM法・AFIR法を用いた遷移状態の網羅探索法を多官能基質へと応用していく。併せて、異種相互作用の協働作用に着目した理論的研究については引き続き精力的に実施し、不斉反応における立体制御機構の解明についてもさらに知見を広げるとともに深化させ、実際の触媒開発にフィードバックする。
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| Causes of Carryover |
2019年3月16～19日で開催された日本化学会第99回春季年会（於：甲南大学）にて、課題研究にかかわる学生が、研究代表者の代理として2018年度の研究成果について発表した。旅費精算を当該学生による立替払いとしていたため、2018年度予算処理の締め切り後の執行となった。すでに精算処理は終えており、残りの端数については、各種消耗品の購入に充てる予定である。
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