2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of efficient continuous flow synthesis method using microwave energy accumulation effect
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20H03367
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| Research Institution | Gifu Pharmaceutical University |
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Principal Investigator |
佐治木 弘尚 岐阜薬科大学, 薬学部, 教授 (50275096)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山田 強 岐阜薬科大学, 薬学部, 助教 (70821479)
澤間 善成 岐阜薬科大学, 薬学部, 准教授 (80552413)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | マイクロ波 / エネルギー集積 / 連続フロー反応 / 局所高温反応場 / 活性炭 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
カーボンビーズ（CB）担持Pt触媒カートリッジに微弱のMWを照射すると、MWがCBに集約され、２－プロパノール（IPA）やメチルシクロヘキサン（MCH）からの脱水素が安全かつ容易に進行する。すなわちMWを選択的に吸収する素材をエネルギー集約材料として局所反応場を構築することができる。本年度は、この知見を応用して以下の１～３を遂行した。
「１ 環状炭化水素化合物の芳香化反応を利用した芳香族化合物の合成法」Pt/CBを触媒として10W MWを照射下、様々な非環状アルカンから水素を取り出し、環化芳香化した芳香族化合物を合成する方法論として一般性を確立した。
「2 MCHを水素源とした連続フロー精密合成法の確立」MCHからのPt/CB触媒的水素発生反応とPd/HP20 触媒的接触還元反応を連結して、還元性官能基の接触水素化法を確立した。
「3 非環状炭化水素の環化による多環式芳香族化合物の合成法の開発と反応機構解明」
ジフェニルアセチレンをMCHに溶解して５％Pt/CB（カーボンビーズ）触媒を充填したガラス触媒カートリッジに10W MWを照射しながら送液すると、ジフェニルアセチレンの二つのフェニル基間でC-C結合形成反応が進行して、フェナントレンが生成する事を見いだした。この反応はジフェニルアセチレンだけでなく、シス・トランススチルベンやジフェニルエタンを基質とした場合にもほぼ同様に進行する。さらに、ジフェニルメタンやトリフェニルメタン、2-フェニルナフタレンやトリフェニルアミン、オルトターフェニルなどを基質とした場合にも進行し対応する多環芳香族化合物が得られる。今後循環送液等の対応で収率の向上を図りたいと考えている。
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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
カーボンビーズ（CB）担持Pt触媒カートリッジに微弱のMWを照射すると、MWがCBに集約され、２－プロパノール（IPA）やMCHからの脱水素が容易に進行する。すなわちMWを選択的に吸収する素材をエネルギー集約材料として局所反応場を構築することができる。本年度は、この知見を応用して以下の１～３を遂行した。
「１ 環状炭化水素化合物の芳香化反応を利用した芳香族化合物の合成法」Pt/CBを触媒として10W MWを照射下、様々な非環状アルカンから水素を取り出し、環化芳香化したビフェニル、ナフタレン、イソキノリン、ピリジンを容易に合成する方法論として確立した。
「2 MCHを水素源とした連続フロー精密合成法の確立」MCHからのPt/CB触媒的水素発生反応とPd/HP20 触媒的接触還元反応を連結して、還元性官能基の接触水素化法を確立した。
「3 非環状炭化水素の環化による多環式芳香族化合物の合成法の開発と反応機構解明」ジフェニルアセチレンをMCHに溶解して５％Pt/CB触媒を充填した触媒カートリッジに10W MWを照射しながら送液すると、ジフェニルアセチレンの2つのフェニル基間でC-C結合形成反応が進行してフェナントレンが生成する事を見いだした。なお、MCHの代わりにIPAを溶媒としてもカップリング反応は同様に進行したため、水素の重要性が確認された。この反応はジフェニルアセチレンだけでなく、シス・トランススチルベンやジフェニルエタンを基質とした場合にもほぼ同様に進行する。さらに、ジフェニルメタン、トリフェニルメタン、2-フェニルナフタレンやトリフェニルアミン、オルトターフェニルなどを基質とした場合にも進行し、対応する多環芳香族化合物が得られる。さらに様々な多環芳香族の合成を目指して反応しているが、収率が悪い反応も多いので、循環送液等の対応で収率の向上を図りたいと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度の研究で確立した反応や明らかになりつつある反応機構の未完結部分を完成させる。また、Pt/CB触媒にMCHと芳香族化合物をわずか10WのMWを照射しながら連続フローするだけで芳香環同士がC-Cカップリングして多環芳香族化合物が生成する「非環状炭化水素の環化による多環式芳香族化合物の合成法」を確立しつつある。MCHを水素源とした連続フロー精密合成法の基質適用性に関する詳細を明確にして、多環式芳香族化合物合成法としての一般性を確立する。基質の形状を工夫すれば多様な多環式芳香族化合物を合成できるはずであるが、顕著な基質依存性が発現することが明らかになっている。反応効率が悪い基質は条件検討を詳細に行い、循環送液法を検討するなどの工夫を加え一般性ある方法論として確立する。
さらに、Pt/CBを触媒として10WのMW照射下、MCHに溶解したアルキルアジド化合物を送液すると、アジド基と隣接するメチレンからシアノ基が形成されることを見いだしている。この反応ではMCHから精製する水素によるアジドの還元反応を抑制する必要はあるが、アジド化合物から一炭素減炭したニトリル化合物を合成する、新しい官能基変換法の確立が可能であり詳細に検討する。
令和3年度は上述の検討予定項目を優先するが、申請当初より計画している「Pt/CBに代わる新規触媒活性探索 研究」にも前倒しで取りかかりたい。
① 金属種・担体を換えた新たなビーズ状固体触媒の活性と反応性を確認する。脱水素・接触水素化・C-C結合形成・脱カルボニル・重水素標識反応への触媒適性を検討する。
② 金属未担持のMWを吸収しやすい担体（特に炭素素材が有効である）を使用して、局所高温反応場を構築し、熱的に進行する様々な反応を遂行する。
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