2021 Fiscal Year Research-status Report
Study on the Mechanism and the General Application of Microwave Specific Effects on Synthetic Organic Chemistry
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21K05073
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
山田 徹 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (40296752)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | マイクロ波特異効果 / 触媒的不斉合成反応 / 反応加速 / 熱環化付加反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
有機合成反応に対するマイクロ波作用は，熱的効果のほかにマイクロ波特異効果の存在が議論されてきた。申請者は触媒的不斉合成反応へのマイクロ波適用により，熱的効果と特異効果を分離することに成功した。さらにアトロプ不斉化合物のラセミ化追跡実験から特異効果発現機構は，マイクロ波による配座平衡活性化であるとの着想を得て，クライゼン転位反応，ナザロフ環化反応におけるマイクロ波照射併用による反応加速に成功した。本研究計画ではマイクロ波特異効果の適用一般化を目的として，環化反応を中心にマイクロ波照射併用で加速される反応系の開拓と，エネルギー収支を含めた定量的取り扱い，反応速度論解析により，有機合成化学におけるマイクロ波照射適用の指針を示し，有機合成反応開発の革新発展に寄与することを目指す。今年度は，これまでにマイクロ波特異効果により反応加速が認められている，銅触媒によるナザロフ環化反応に対するエネルギー収支の検討とともに，この反応系を不斉合成反応に展開し，エナンチオ選択性を維持する反応加速を観測した。このナザロフ環化反応は，反応温度制御条件下，マイクロ波の照射エネルギーが大きくなるにつれ，一定反応時間における化学収率が向上する。また，透過エネルギーとの差額から計算される反応系の吸収エネルギー量の増加とともに一定反応時間における化学収率が向上するが，照射エネルギー量に対して，反応系の吸収エネルギー量には上限があり，また一定時間における化学収率にも同様に上限があることがわかった。これらの観測結果から，反応系の吸収エネルギー量とナザロフ環化成績体の化学収率には相関があることが明らかになった。また，触媒的不斉合成反応への展開では，現在のところ，エナンチオ選択性は，最大で50%eeであるが，反応加速は観測されており，マイクロ波特異効果の検証材料のひとつと考えられる。
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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
今年度は，これまでにマイクロ波特異効果により反応加速が認められている，銅触媒によるナザロフ環化反応を不斉合成反応に展開し，エナンチオ選択性を維持する反応加速を観測した。現在のところ，エナンチオ選択性は，最大で50%ee程度であるが，反応加速は確かに観測されており，エナンチオ選択性が反応温度に敏感であることから，選択性を維持した反応加速は，マイクロ波特異効果の検証材料のひとつと考えられる。さらにこの反応系にフッ素化剤を共存させることにより，フッ素化を伴う不斉ナザロフ環化反応への展開を検討した。その結果，70%ee程度のエナンチオ選択性を維持しながら反応加速が観測されることを見出した。参考にした論文では90%eeを越えるエナンチオ選択性が報告されているが，現状では85%ee程度の再現にとどまっており，配位子の再設計を含めた反応系の再構築が必要と考えている。ナザロフ環化反応をはじめとする熱環化反応として重要なDiels-Alder反応への展開では，引き続き，モデル反応とモデル基質の選定，設計を継続する。
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| Strategy for Future Research Activity |
ナザロフ環化反応におけるマイクロ波効果の検証では，触媒的不斉合成反応への展開において，安定して高いエナンチオ選択性を維持しながら反応加速が観測される反応系の実現を目指す。これまでのところ、反応条件の最適化だけでは安定したエナンチオ選択性の観測は困難であると考えられるので，光学活性配位子の構造のチューニングを含めた，反応系の再設計を予定している。また，基本となるナザロフ環化反応に加えて，最終工程にフッ素化を含む反応系でのマイクロ波加速効果について，高いエナンチオ選択性の維持と反応加速が実現される反応系の構築を行う予定である。熱環化反応への一般化として，Diels-Alder反応に対する適用では，引き続き，モデル反応系の検討を行う。
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| Remarks |
受賞２件：2021年度有機合成化学協会 協会賞（学術的）『二酸化炭素の資源化を指向する触媒的精密有機合成反応の開発 』
日本電磁波エネルギー応用学会 第４回JEMEA学会賞『有機合成反応におけるマイクロ波特異効果の実験的検証』
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Research Products
(1 results)
