2023 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 / 動的キラリティ / らせん高分子 / 自己誘起不斉触媒反応 / 自己増幅不斉触媒反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
[1] 水溶性PQXを触媒とする水中不斉反応の開発：カルボン酸側鎖を有するPQXをキラル触媒とする不斉反応の開発を進めた。キラル側鎖を有さず、アキラルカルボン酸側鎖を有するPQXに対してキラルアミン類を外部キラル源として用い、銅やコバルトを加えた触媒はDIels-Alder反応を高い不斉収率で進行させた。また、求電子的フッ素化剤を用いたβケトエステル類の水中不斉フッ素化反応にも、同様の触媒が優れていることを見出した。
[2] 自己不斉誘起触媒反応の探索と発見：不斉触媒反応の反応生成物が触媒のキラリティーを誘起する他に例を見ない触媒反応系の探索を行った結果、アキラルPQXphosを触媒とするスチレン類の不斉ヒドロシリル化反応において、ヒドロシリル化生成物が高い効率でアキラルPQX触媒に対してキラルらせん構造を誘起することを見出した。別途不斉合成したヒドロシリル化生成物を反応系に加えることにより、高い不斉収率で不斉ヒドロシリル化が進行することを見出した。
[3] 非結合性相互作用によるキラルらせん誘起の外場スイッチング：これまでに、キラル側鎖を有したらせん高分子において、温度、溶媒などによる左右らせんのスイッチングが可能なことは広く知られつつある。一方、キラル溶媒やキラル添加物との非結合性相互作用によってアキラルらせん高分子に対してキラル誘起を行うことが可能になりつつある中、キラル溶媒やキラル添加物の一方のエナンチオマーを用いて両らせん構造を勇気する例は全く知られていなかった。本年度の研究において、アキラルカルボン酸側鎖を有するPQXに対してヒスチジン誘導体が優れた誘起能を示すことに加えて、温度や濃度によって左右らせんがそれぞれ誘起されることを見出した。
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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
本研究計画では、“弱いキラル相互作用の増幅”と“光学純度の増幅”を実現し次世代触媒的不斉合成システムを開発することを主要な目標としているが、申請書においては、それらを利用して自己不斉誘起触媒反応、さらには自己増幅不斉触媒反応を確立することを最高到達点として掲げている。昨年度の研究において、本研究の開始時点から取り組んできた自己不斉誘起触媒反応に適した反応、触媒・基質構造を特定することができ、最終年度に自己増幅不斉触媒反応の開発に取り組む準備が整った。すでに予備的な検討を始めたところであり、投入した低光学純度の自己不斉誘起源、すなわち別途調整した反応生成物、を大幅に上回る高いエナンチオ選択性が得られつつある。このことから、当初の計画以上に進展していると評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
[1] 自己不斉誘起触媒反応から自己増幅不斉触媒反応の確立へ：別途調整した1% ee以下の反応生成物を初期キラル源とし、反応の過程で初期キラル源を上回るエナンチオ選択性で生成する反応生成物が、触媒の光学純度を徐々に増大させながら進行する「自己増幅不斉触媒反応」を確立する。2名の大学院生を充てて条件検討を進める。最終的に、初期キラル源として反応生成物ではなく、円偏光やキラル結晶面、低光学純度のアミノ酸など、地球のホモキラリティーの起源に関わるようなキラル相互作用を利用して、自己増幅不斉触媒反応の開発を進める。
[2] 外部キラル源とキラルPQXの二重らせん誘起における高度不斉増幅：外部キラル源を用いるキラルらせん誘起において、キラル側鎖を有するPQXを用いると、外部キラル源とキラルPQXの二重不斉誘起によって極めて高度な不斉増幅が起こる系を見出した。これを利用して、高度な不斉増幅を伴う不斉触媒反応の開発を行う。
[3] 外部キラル源によるアキラルPQXのらせん誘起における外場スイッチング：これまで前例のない、外部キラル源（ヒスチジン誘導体）による不斉誘起における温度、濃度によるらせんスイッチング現象を見出した。現時点では、一方の螺旋構造についてはほぼ100％のらせん方向が誘起されるものの、逆側のらせんについては、30% s.e. 程度の誘起にとどまっている。これを左右とも完全ならせん誘起を行う構造、条件の最適化を進め、不斉触媒反応への展開を目指す。
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