2015 Fiscal Year Research-status Report
エナンチオ選択的異性化を利用する光学活性炭素-窒素軸不斉アミンの合成
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26460014
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
北川 理 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (30214787)
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2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 軸不斉 / アミン / 回転障壁 / プロトン酸 / エナンチオ選択性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成２６年度に報告した炭素-窒素軸不斉環状アミンは，常温でも徐々にラセミ化が進行する取り扱いにくい化合物であることが判明した．そこで，平成２７年度は常温でもラセミ化しない安定な炭素-窒素軸不斉アミンの創製について検討を行なった．
その結果，N-methyl-N-aryl-2-tert-butyl-6-methylaniline誘導体が比較的高い回転障壁を有することを見いだした．興味深い点は，当該アニリンの不斉軸の回転障壁がaryl基の電子密度によって大きく変化することである．例えば，aryl基としてパラニトロフェニル基とパラアミノフェニル基を有する当該アニリンの回転障壁はそれぞれ29.3 kcal/mol，25.1 kcal/molであり，電子密度が低いほど回転障壁が向上する傾向が認められた．
さらに，この知見を基に，プロトンブレーキと呼ぶべき当該アニリンの構造特性を見いだした．すなわち，上記パラアミノ体[N-methyl-N-(4-aminophenyl)-2-tert-butyl-6-methylaniline]は常温で徐々にラセミ化が進行する比較的回転障壁が低い化合物であるが，トリフルオロ酢酸を添加しアニリンのパラアミノ基をプロトン化すると，回転障壁が大きく向上することが判明した（正確な回転障壁は算出していないが常温で48時間放置してもエナンチオ過剰率の変化は全く認められなかった）．平成２６年度に報告したプロトン酸の添加により不斉軸の回転障壁が低下（不斉軸の回転速度が向上）するいわゆるプロトンアクセル型の炭素-窒素軸不斉化合物はこれまで知られていたが，プロトンブレーキ型の（不斉軸の回転速度が低下する）分子は今回が初めてであり，炭素-窒素軸不斉アミンの新たな構造特性として大きな興味が持たれる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究の当初の目的は，光学活性プロトン酸を用いるエナンチ選択的異性化を利用した炭素-窒素軸不斉アミンの不斉合成であり，この点では未だ明確な成果が得られていないため大きく遅れていると言わざるを得ない．一方で，常温でも全くラセミ化しない安定な炭素-窒素軸不斉アミンを見いだしたことは，今後エナンチオ選択的異性化を確立する上で大きな収穫であった．
さらに，炭素-窒素軸不斉アミンの構造特性という面では予想以上の大きな進展を見せている．すなわち，平成２６年度にプロトン酸の添加によって不斉軸の回転速度が大きく向上する分子（プロトンアクセル型分子）を報告したことに加え，平成２７年度にプロトン酸の添加により不斉軸の回転速度が大きく低下する分子（プロトンブレーキ型分子）を見いだした．特に，プロトンブレーキ型分子は従来全く報告されておらず，炭素-窒素軸不斉アミンの新たな構造特性として注目される．また，このような外的要因によって単結合の回転速度が変化する分子はローター分子と呼ばれており，これらの軸不斉アミンは新たなタイプのローター分子を提供することになり，分子デバイスの観点から大変興味深い．
このように，当初の目的とはやや異なるものの，構造化学的に新規かつ有用な知見が得られており，総合的に見てやや遅れていると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
上述したように，プロトンブレーキ型の分子は従来報告例が無く構造化学的に大きな興味が持たれるので，最初にX線結晶構造解析やDFT計算を行なって基底状態構造や不斉軸回転の際の遷移状態構造を求め，プロトンブレーキ現象の起源を解明する．さらに，プロトン酸の強さや当量数が回転障壁にどのような影響を及ぼすかを明らかにする．すなわち，一定量のプロトン酸の存在下ではプロトンブレーキ現象を示すが，過剰量のプロトン酸を加えると，パラアミノフェニル体のアミノ基のプロトン化に加え，不斉軸窒素のプロトン化も生じるようになり，プロトンアクセル現象が生じるのではないかと推定した．これは，プロトン酸の強さや当量数によって，不斉軸の回転速度を速めたり，遅くしたりすること（アクセルとブレーキの両方を持ち合わせる分子の創製）が可能になることを意味するものであり，新たなローター分子の開発に繋がると期待される．
また，上記知見を踏まえた上で，当初目的とした炭素-窒素軸不斉アミンのエナンチオ選択的合成を行なう．すなわち，昨年度見いだしたラセミックなN-methyl-N-aryl-2-tert-butyl-6-methylaniline誘導体を用い，キラルなプロトン酸存在下，エナンチオ選択的異性化を検討する．
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| Causes of Carryover |
本研究においては，外国から輸入している試薬をいくつか使用しており，変動相場によって価格が変動するため，これら輸入試薬類の正確な金額を見積もることが困難である．そのため，平成２７年度に若干の未使用金額（９９４円）が生じる結果となった．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
前年度からの繰り越し金額は９９４円と少額であるため，使途に大きな変更は無く当初の予算通り（繰り越し金９９４円は物品費として使用する）研究を進める．
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