2023 Fiscal Year Annual Research Report
Selective and High-Yielding Carboxylation Based on Data Science
Publicly Offered Research
| Project Area | Digitalization-driven Transformative Organic Synthesis (Digi-TOS) |
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| Project/Area Number |
22H05330
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
美多 剛 北海道大学, 化学反応創成研究拠点, 教授 (00548183)
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| Project Period (FY) |
2022-06-16 – 2024-03-31
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| Keywords | 情報科学 / 機械学習 / 電解反応 / 可視光反応 / ラジカル反応 / カルボキシル化反応 / ファインバブル / β-アミノ酸 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
まず、報告者は情報科学を駆使して、電解ラジカル反応に関する検討を行った。従来からCO2を用いた不斉電解カルボキシル化に関する報告はあったが、90%以上のエナンチオ選択的な反応は達成されておらず、未解決の課題であった。そこで、機械学習を取り入れて、高い立体選択性を持つ電解カルボキシル化反応の開発に取り組んだ。まず、二座軸不斉リン配位子-パラジウム触媒を用いたアリル位カルボキシル化反応を試みたが、分岐型成績体が中程度の不斉収率で得られるに留まった。そこで、数値化した配位子の電子的、立体的要因を記述子として用い、機械学習を活用して不斉収率の向上に挑戦した。その結果、63.3% eeの高い不斉収率が達成されたものの、さらなる改善は見られなかった。そこで、配位子の構造的なダイナミックに変更させた検討をしたが、57% eeで頭打ちとなってしまった。しかし、立体選択性の改善プロセスにおいて、機械学習が有用であることを実証することができた。
一方で、静岡大学グリーン科学技術研究所の間瀬 暢之教授によるファインバブルガスフロー装置を活用し、β-アミノ酸の合成にも取り組んだ。CO2をファインバブル化して、可視光照射下で基質と反応させることで、アミンとアルケンを内包する基質から32%で目的の環状のβ-アミノ酸を得ることができた。その後、フロー装置の条件検討により、わずか3.2分間の可視光照射で72%の収率でβ-アミノ酸が得られることがわかった。この共同研究は、デジタル有機合成が目指す反応のフロー化に貢献し、今後はベイズ最適化や機械学習を用いて収率や選択性の向上を図ることを考えている。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] Visible-light-promoted Radical Functionalization of Small Molecules to Synthesize Unsymmetric Diphosphine Ligands: Physical Properties and Catalytic Activity of Their Metal Complexes2023
Author(s)
Tsuyoshi Mita, Hideaki Takano, Hitomi Katsuyama, Hiroki Hayashi, Miyu Harukawa, Makoto Tsurui, Sunao Shoji, Yasuchika Hasegawa, Wataru Kanna, Yu Harabuchi, Satoshi Maeda
Organizer
The 21st International Symposium on Organometallic Chemistry Directed Toward Organic Synthesis (OMCOS 21)
Int'l Joint Research
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