2020 Fiscal Year Research-status Report
ヘリセンのらせん構造内部空間に着目した機能性分子の創製
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20K05467
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| Research Institution | Showa Pharmaceutical University |
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Principal Investigator |
臼井 一晃 昭和薬科大学, 薬学部, 講師 (80553304)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ヘリセン / ホスフィン配位子 / 円偏光発光 / クマリン / らせん分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
らせん構造内部に官能基を有するらせん構造内部置換型ヘリセンは、高いラセミ化障壁（らせん反転に必要な活性化自由エネルギー）を有することが見込まれるため、コンパクトな不斉素子としての応用が期待される。それゆえにその簡便な合成法の開発が希求されていた。本研究はヘリセンのらせん構造内部に置換基を有するらせん構造内部置換型ヘリセンをキーワードとし、その特異な構造と電子的環境を活かした機能性分子を設計・合成し、その有用性を検証する。具体的には、研究実施計画に示した以下の３項目を段階的に進めていくことで、らせん構造内部置換型ヘリセン類の有用性を明らかにする。
研究項目①：π拡張らせん不斉ホスフィン配位子の合成とその機能解明、項目②：らせん不斉ホスフィン配位子の立体発現機構の解明、項目③：クマリン縮環型ヘリセン誘導体の合成と生細胞イメージングプローブとしての応用研究
本年度は、主に研究項目①と③ を実施した。項目①に関しては、進捗状況に示す通り、π拡張ジヒドロヘリセン型ホスフィン配位子の合成と不斉触媒反応への適用まで行った。項目③に関しては、クマリン縮環型ヘリセン（CMH）の溶解性と発光特性等の向上を目指し、新たに分子内に窒素原子を導入したピリドクマリン縮環型ヘリセン（PCMH）誘導体の合成に着手した。PCMH誘導体の合成では、Snieckusらによって開発されたフェナントリジン（含窒素芳香族化合物）の合成で知られるPd触媒ドミノ型反応を活用することで、PCMH誘導体の重要な合成中間体と位置付けたアザ[5]ジヒドロヘリセンの短工程合成を達成した。現在、アザ[5]ジヒドロヘリセンを足掛かりとしたPCMHの合成を進めている。
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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
項目①の進捗状況：実施計画書に示すπ拡張ジヒドロヘリセン型ホスフィン配位子L4dの合成に成功した。L4dの光学分割は、キラルHPLCカラム（九大先導研の友岡らとの共同研究）を用いてL4dの前駆体であるホスフィンオキシド体PO4dの段階で行った。また、Pdとの錯体構造中での配位子の立体配座と、リン－Pd－アレーン相互作用を検証するため、L4dとPd(dba)3・CHCl3から調製したPd錯体の単結晶X線構造解析を行った。その結果、既報のジヒドロ[5]ヘリセン型配位子L1dと同様に、L4dもPdに対してリン原子のみならず、ヘリセン骨格中のフェナントレン部と相互作用していることを見出した。続いて、配位子L4dを用いて、1,3-ジフェニル酢酸アリルに対して、マロン酸ジメチルやメタノールを求核剤として用いたPd錯体不斉アリル位置換反応を行った。その結果、L1dよりも収率、エナンチオ選択性共に低下することが分かった。
項目③の進捗状況：クマリン縮環型ヘリセン（CMH）の溶解性と発光特性等の向上を目指して、分子内に窒素原子を導入したピリドクマリン縮環型ヘリセン（PCMH）誘導体の設計・合成を行った。PCMH誘導体の合成では、Snieckusらによって開発されたPd触媒ドミノ型反応（o-アミノフェニルボロン酸とβ-クロロアクロレインの鈴木-宮浦カップリング反応につづく、分子内縮合反応を経由したフェナントリジン類の合成）を合成基盤とすることで、PCMH誘導体の合成中間体として位置付けたアザ[5]ジヒドロヘリセンの合成を達成した。なお、本法を用いたアザ[5]ジヒドロヘリセン類の合成は報告例がなくPCMH誘導体の合成のみならず、アザヘリセン類の有用な合成手法となり得ることが期待される。
以上、当該年度は計画通りに進展した。
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| Strategy for Future Research Activity |
項目①について：進捗業況に概説したように、2020年度では配位子L4dの合成とそのPd錯体を用いた不斉アリル位置換反応を行った。今後は、L4dの酸化体であるのヘリセン型ホスフィン配位子L4hを合成しPd触媒不斉鈴木-宮浦カップリング反応にも展開する。また、光学活性体の大量調製を目的とした、光学分割剤（主にTADDOL誘導体）を用いた分別結晶化も実施する。さらに、L4d及びその酸化体（ホスフィンオキシドPO4d）の円偏光発光（CPL）特性を明らかにするため、それらの蛍光スペクトル、蛍光量子収率、および蛍光寿命も測定する。CPL測定によって算出された異方性因子（g値）をTD-DFT計算で推定されたg値と比較することで、その変化の要因を遷移双極子モーメントと磁気双極子モーメントの大きさや角度（cosθ）の観点から明らかにする。
項目②について：2020年度は、コロナ渦の影響で計画通り実施できない状況であったが、2021年度は計画書に示した通りに進める予定である。すなわち、リン上の置換基が異なるL1d及びL2d、L3dのPd錯体が不斉鈴木宮浦カップリング反応においてエナンチオ相補的な触媒として振る舞う現象を解明するための研究を進める。
項目③について：進捗業況に概説したように、これまでにPd触媒ドミノ型反応を活用した、PCMHの合成中間体であるアザ[5]ジヒドロヘリセンの短工程合成を達成している。今後は、アザ[5]ジヒドロヘリセンの2位に置換した水酸基を足掛かりとしてクマリン部の構築を行う。なお、九大先導研の友岡・井川らが開発したDYASIN（動的不斉誘起法）を活用することで光学活性PCMHの効率的合成も検討する予定である。合成したPCMHは、細胞染色特異性等の評価をクマリン縮環型ヘリセンCMHと同様に実施する予定である。
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| Causes of Carryover |
コロナ渦の影響により参加予定だった学会が中止や延期になったため、次年度使用額が生じた。
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