2014 Fiscal Year Annual Research Report
高次反応制御に必要な立体配座柔軟性キラル自己組織化触媒の精密設計
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26288046
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
波多野 学 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20362270)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 有機合成化学 / 不斉触媒反応 / 分子包接効果 / キラル超分子 / 自己組織化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体酵素に匹敵する高度な機能性人工触媒を小分子レベルで自在に創製するには、従来の有機合成の触媒設計の切り口を変える必要がある。従来の静的な単一分子触媒の限界を乗り越えるために、本研究では複数の小分子に酸点と塩基点を適切に配置し、酸・塩基の配座柔軟かつ動的な親和性相互作用を駆動源とするキラル超分子触媒を創製する。従来の単一分子触媒には不向きな分子包接効果の発現を鍵とした高次不斉触媒反応の開発を目指す。「限りなく反応効率を高める」または「合成不可能を可能にする」立体配座柔軟性キラル超分子触媒の創製とそれを用いた不斉触媒反応の開発を行うことが、本研究の目的である。
具体的に、本研究では従来の単一分子触媒よりも遥かにシンプルな小分子パーツから成るキラル超分子触媒を開発する。基質一般性が広く効率の高い実用的な不斉触媒反応を開発するほか、単一分子触媒では実現が困難な分子包接効果による基質選択性や、位置および立体選択性を発現するテーラーメイド触媒による高次選択的不斉触媒反応を開発する。具体的には、(1)ブレンステッド酸・ブレンステッド塩基複合触媒、(2) ルイス酸・ルイス塩基複合触媒、(3) ブレンステッド酸・ルイス酸複合触媒、(4)ブレンステッド酸・ルイス塩基複合触媒、の4種類にタイプ分けして、システマティックにそれゾレの触媒に適応した不斉触媒反応を開発している。
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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
(1)ブレンステッド酸・ブレンステッド塩基複合触媒の開発
ブレンステッド酸の認識に特に優れているイミン類を基質とするMannich型反応やStrecker反応など、生理活性物質の中心骨格を形作る重要な反応を検討した。研究代表者は、キラルな酸にアキラルな塩基を組み合わせる超分子触媒設計(タイプA触媒)や、キラルな塩基にアキラルな酸を組み合わせる超分子触媒設計(タイプB触媒)を行なった。タイプA触媒では、塩基の量や種類の組合せが多様である。超分子構造による立体効果と同時に電子的制御を加えて最適な酸性度を調節する。タイプB触媒では、キラルジアミンを用いてアキラルな酸を多点配位で構造制御し、タイプAと対照的なソフト・キラル超分子触媒を創製した。
(2)ルイス酸・ルイス塩基複合触媒の開発
塩基部位を有するキラルルイス酸にアキラルルイス酸を組み合わせる触媒設計を行う。キラルルイス酸部位は、3,3’位に塩基部位を含むキラルビナフトール、活性ルイス酸中心となるアリールボロン酸またはリン酸からなるため、本超分子触媒は全部で3種類のパーツから構成される。モル比や溶媒を的確に制御すれば、混ぜるだけで自己組織化して系中で簡単に単一種として調製できることが特長である。特に、嵩高いルイス酸配位子それ自身は、キラルビナフトールの塩基部位の酸素原子とホウ素原子の間の動的な配位結合で保たれており、深く狭いキラルな空洞に立体配座柔軟性を与える。それと同時に、嵩高いルイス酸配位子のフッ素原子の強い電子求引性に基づいて共役結合を介して超分子化により中心酸部位の触媒活性を増大できた。この柔軟性が基質の包接と生成物の排除をスムーズに行うことの重要なポイントである。これまでのところ、アセチレンの不斉Diels-Alder反応において、基質、レジオ、ジアステレオ、エナンチオ選択制の高次精密制御に世界で初めて成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、従来の単一分子触媒よりも遥かにシンプルな小分子パーツから成るキラル超分子触媒を開発する。基質一般性が広く効率の高い実用的な不斉触媒反応を開発するほか、単一分子触媒では実現が困難な分子包接効果による基質選択性や、位置および立体選択性を発現するテーラーメイド触媒による高次選択的不斉触媒反応を開発する。今年度は「ルイス酸・ルイス塩基複合触媒」「ブレンステッド酸・ルイス酸複合触媒」を重点的に研究し、来年度は「ブレンステッド酸・ルイス塩基複合触媒」もあらたに加える。
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| Causes of Carryover |
ルイス酸・ルイス塩基複合触媒の開発において、目的とする反応での成果を拡大し、触媒機能の評価を行う予定だった。ところが、基質の一部位が異なるものを用いると、大きく選択性が減少した。この原因究明は実験遂行上加護できない重大な問題であったことから、当初の予定のない時間を掛けて一時的に立ち止まり、研究を遂行することにした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
H27年度は、上記問題が解決され次第、予定通りの研究を再開する。研究遂行に必要な有機試薬、溶媒を中心とする消耗品に充当する予定である。
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