2021 Fiscal Year Research-status Report
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21K18204
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
荒井 孝義 千葉大学, 大学院理学研究院, 教授 (80272483)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2025-03-31
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| Keywords | クーロン相互作用 / 赤外光 / 振動エネルギー / 反応化学 / フロー合成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
化学反応において、高い立体選択性を得ようとすれば、通常、反応温度を下げる。一方、反応温度を下げれば、反応は遅くなり、反応効率は悪化する。このジレンマを解消するには、低温反応条件下において、反応点となる官能基のみを合目的に活性化する手法が必要になる。原料や生成物は勿論、反応に用いる試薬ならびに触媒には、各々の分子が機能するために重要な官能基が存在し、それらの官能基には特徴的な赤外吸収（特性吸収帯）が存在する。
本研究では、赤外光を用いることで「官能基選択的な活性化」を実現し、反応化学、触媒化学、合成プロセスに新手法を提供することを目的としている。
初年度の研究では、赤外光によって加速が期待される反応系の探索を行った。活性化のターゲットとする化学種（官能基）については、DFT計算により精度の高い吸収波長解析を行い、実際の反応溶液の赤外吸収スペクトルを測定することにより、吸収強度を正確に把握したうえで実験を行えるプラットホームを確立した。実験には、赤外光を照射しなくても反応が中程度の収率で進行するものの、室温では十分なジアステレオ選択性が得られない反応系を取り上げた。例えば、アルケンのハロエステル化反応系は、低温にするとジアステレオ選択性は向上するものの、化学収率が低下する。一方、カルボン酸イオンの伸縮振動に対応する赤外光を照射すると低温の反応条件において、ジアステレオ選択性を維持したまま化学収率を改善できた。三置換アクリロニトリル化合物のハロアミド化、エポキシ化なども同様な効果を検証している。入手容易なトランス体の三置換アクリロニトリル化合物から反応性の高いシス体への異性化を紫外光で行い、シス体からの赤外活性化による反応開発を進めている。また、フローケミストリーへの展開を視野に、赤外光によって活性化される固体触媒の開発を行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
研究そのものは、赤外照射を行う実験装置、計算科学の環境、赤外の波形解析を連動させて実験を行うプラットフォームの構築は初年度に行い、アルケンのハロエステル化反応などの具体的な反応において着実に研究を推進できている。
その一方で、コロナ禍における物流の停滞により、当初予定していた卓上型単結晶X線結晶構造解析装置を初年度に導入することができず、精度の高い研究の効率化といった面で遅れが出ている。このことについては、項目８に示す「今後の研究の推進方策」において、現状に鑑みた修正を行う。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度の研究において、溶液中の化学種の構造を逐次的に解析する必要があることが明らかになった。このため、研究計画申請時に導入を予定していた「卓上型単結晶X線結晶構造解析装置」を「卓上型核磁気共鳴装置」に改め研究の推進する計画である。
また、赤外光による反応開発において、現状では研究代表者が独自に開発した装置を用いているが、十分に高い加速とは言い難い。合成的に有用なレベルのより効果的な加速を得るために、赤外レーザーを積極的に用いて研究を推進する。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍における物流の停滞により、当初予定していた卓上型単結晶X線結晶構造解析装置を初年度に導入することができなかった。さらに、初年度の研究において、溶液中の化学種の構造を逐次的に解析する必要があることが明らかになった。このため、研究計画申請時に導入を予定していた「卓上型単結晶X線結晶構造解析装置」を「卓上型核磁気共鳴装置」に改め令和4年度に購入する計画である。
なお、研究そのものは、着実に研究を推進できている。
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