2020 Fiscal Year Annual Research Report
Dynamic Chiral Macromolecular Catalyst for Asymmetric Amplification
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20H05674
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
杉野目 道紀 京都大学, 工学研究科, 教授 (60252483)
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| Project Period (FY) |
2020-08-31 – 2025-03-31
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| Keywords | 触媒的不斉合成 / 不斉増幅 / 高分子触媒 / 動的不斉転写 / 動的キラリティ / らせん高分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は二つの不斉増幅－“弱いキラル相互作用の増幅”と“光学純度の増幅”－を実現する次世代触媒的不斉合成システムを開発することを目的としている。この達成のため、微弱なキラル分子相互作用を集積して、鋭敏にらせん誘起を行うことが可能な動的らせん高分子「ポリキノキサリン(以下PQX)」を骨格とするキラル高分子触媒を探索、開発することを重要な達成目標として掲げている。このような高分子構造の探索にあたっては、動的キラル誘起を効果的に行うための構造最適化（らせん誘起ユニット構造探索）と、高選択的触媒反応を実現するための構造最適化（触媒反応開発）を並行して進めており、それぞれにおいて以下に掲げる研究成果が得られ、その一部は既に学術論文として発表した。
【１】らせん誘起ユニット構造探索
・アキラルPQXに対し、保護アミノ酸誘導体を溶液中で添加することにより、完全な右または左巻きらせんが誘起されることを見出した。この高分子をパラジウム触媒鈴木ー宮浦反応の触媒として用い、Ac-L-Pro-OMeを非結合性の不斉源とすることで、最高で９５％eeに達する高い不斉収率を得た。・ヒドロキシメチル基を5,8位側鎖に有するモノマーユニットを新たに合成し、これを様々な割合で含むPQXコポリマーの溶液中でのらせん反転速度を詳細に調べたところ、水酸基のベンジル型保護によりらせん反転が顕著に遅くなることがわかった。動的に誘起したらせん構造の固定化を可能にする「反転ストッパー」としての役割が期待されることから、保護基の構造や共重合比についてさらに詳細な検討を行っている。
【２】触媒反応開発
・求核性のジメチルアミノピリジン部位を持つPQXが不斉アシル転位反応における高選択的キラル触媒となることを見出した。・乳酸由来のカルボキシル側鎖を有するPQXが水中における不斉ディールスアルダー反応の高選択的触媒となることを見出した。
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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
本年は研究初年度で、年度途中からの研究開始となったにも関わらず、動的キラル誘起を効果的に行うための構造最適化（らせん誘起ユニット構造探索）と、高選択的触媒反応を実現するための構造最適化（触媒反応開発）の両項目において、今後の研究の展開にとって極めて重要な研究成果を上げることができた。特に、アキラルPQXに対する保護アミノ酸の添加によるらせん誘起は、キラル添加物との非結合性相互作用を利用したらせん誘起としてはこれまでに観測された最も効果的ならせん不斉誘起を実現したものとして特筆される。また、可逆的に反転を停止することのできる高分子構造のデザインに目処がついたことで、キラル添加物によって動的にらせんを誘起した後に反転を停止して触媒として利用する、キラル化合物を一切消費、廃棄しない全く新しい不斉合成システム開発への展望が開けた。さらに、PQXを高選択的キラル触媒として用いる触媒反応の開発も順調に進行しており、遷移金属触媒反応のみならず、有機触媒反応への展開が進んでいる。本研究の目的である次世代触媒的不斉合成システムの実現には、「らせん誘起ユニット構造探索」と「触媒反応開発」においてできるだけ広い選択肢を手にしていることが重要であり、その観点からも、本研究は順調に進行していると評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和３年度は本年度の研究をさらに推し進め、動的キラル誘起を効果的に行うための構造最適化（らせん誘起ユニット構造探索）と、高選択的触媒反応を実現するための構造最適化（触媒反応開発）を行う。特に、本年度に得られた成果のうち、「反転ストッパー」の開発に関する項目においては、保護基の構造や共重合比についてさらに詳細な検討を行い、可逆的な化学的処理によって「速い反転」と「完全ならせんの固定」の切り替えができる高分子構造の確立を目指す。また、現在アミノ酸誘導体以外のキラル有機化合物によるキラル誘起についてもスクリーニングを行なっているところである。そこで得られた知見と、触媒反応における生成物に関する知見を統合することで、反応生成物が触媒のらせんキラリティを誘起して不斉増幅を行う、全く新しい自己不斉増幅触媒反応の実現に繋げたい。
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Research Products
(8 results)
