生体分子の１分子レベルでの制御を目指した糖鎖π電子複合中分子の創製

• Project Area: Middle molecular strategy: Creation of higher bio-functional molecules by integrated synthesis.
• Project/Area Number: 15H05840
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kwansei Gakuin University
• Principal Investigator: 羽村 季之 関西学院大学, 理工学部, 教授 (20323785)
• Project Period (FY): 2015-06-29 – 2020-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥45,500,000 (Direct Cost: ¥35,000,000、Indirect Cost: ¥10,500,000); Fiscal Year 2019: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000); Fiscal Year 2018: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000); Fiscal Year 2017: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000); Fiscal Year 2016: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000); Fiscal Year 2015: ¥10,140,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥2,340,000)
• Keywords: 糖鎖π電子複合中分子 / ベルト状分子 / 自己環形成反応 / イソベンゾフラン / ポリアセン / π電子複合中分子 / イソアセノフラン / ペプチド-ペンタセン / 高次イプチセン / 糖鎖分子 / 高次生物機能 / シングレットフィッション / π共役ベルト状分子 / π電子系複合中分子 / イソベンゾフラントリマー / 細胞応答制御 / 高反応性分子 / ジデヒドロイソベンゾフラン / エンド選択的環付加反応 / シクラセン

Outline of Annual Research Achievements

π電子複合中分子創製のための重要なπ共役系合成ブロックとして、ポリアセン誘導体、シクラセン誘導体及びイプチセン誘導体を取り上げ、それらの合成を検討した。ポリアセン誘導体の合成に関して、既に我々はイソベンゾフランの連続的な環化付加反応を駆使して置換ペンタセンの合成が可能であることを報告している。今回、イソアセノフランの簡便かつ効率的な発生法を開拓し、これを親ジエン種で捕捉することによって、高次ポリアセンに誘導できることを明らかにした。さらに、ポリアセン骨格にアルキニル基を導入した後、クリック反応による複合化によって、ペプチド-ペンタセンの合成に成功した。一方、シクラセン誘導体の合成に関して、既に我々は電子受容部位を持つイソベンゾフランの自己環形成反応によってベルト状分子が合成できることを明らかにしている。今回、新たなアプローチとして、D-π-D型分子とA-π-A型分子の二重環化付加反応を鍵とする骨格構築を検討した結果、同一分子内に二つのイソベンゾフラン発生部位を持つD-π-D型分子を利用する方法が縮環数の大きなベルト状構造を構築する上で有効であることが分かった。さらに、別のアプローチとして高次イプチセンの合成を検討した。その結果、トリプチセンから数段階の変換を経てプロペラ状構造を有する3D-イソベンゾフランの合成を行うことができた。また、これをコアとするアセンキノンとの三重環化付加反応を利用してポリケトンへと誘導した後、これに対するアルキニルリチウムの六重付加と芳香族化によってプロペラ状構造を有する3D-ペンタセンの合成を達成した。さらに、3D-イソベンゾフランを適切に変換することによって3D-イソベンゾヘテロールにも変換することができた。これの化合物は、homo-conjugationや分子内一重項分裂など、いくつかの興味深い性質を示すことが明らかになった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

同一分子内に電子受容部位を有するイソベンゾフランの自己環形成反応を駆使して、縮環数の異なるベルト状構造の合成が可能になっている。さらに、合成ブロックとして高次イプチセンを設計し、プロペラ状構造を有する3D-イソベンゾフランの多重環化付加反応を利用して、3D-ペンタセンの合成を達成している。
今年度は、前年度に引き続きより縮環数の大きなベルト状構造を構築するため、イソベンゾフランよりも縮環数の大きなイソアセノフランを効率良く発生させる方法について検討した。その結果、芳香環上の隣接位にケト-アルコール構造を有する化合物を酸性条件に付すと、環化・芳香族化によってイソアセノフランが簡便に発生することを明らかにした。この手法を利用して、π共役系が高度に拡張されたイソアントラセノフランの発生が可能であるが、これをテトラセンキノンで捕捉することによって、高次ポリアセンへと誘導することができた。ケトアルコール構造を持つ芳香族前駆体からイソアセノフランへと簡便に変換できる本法は、縮環数の異なる多様なベルト状構造を合成する上で、有用である。また、ベルト状構造構築のための新たなアプローチとしてD-π-D型分子とA-π-A型分子の二重環化付加反応にも取り組んでいるが、これはより縮環数の大きなベルト状構造を合成するための有用な手法になるものと期待できる。さらに、トリプチセンを出発物質として数工程の変換によって、プロペラ状構造を有する3D-イソベンゾフランを合成することができた。この分子は単離・精製が可能であり、これをコアとするπ共役系の拡張が可能な有用な合成ブロックである。実際、これの三重環化付加反応を利用して置換3D-テトラセン及び置換3D-ペンタセンの合成に成功した。この化合物は、ベルト状構造構築のための新たな合成ブロックとして期待できる。

Strategy for Future Research Activity

電子受容部位を持つイソベンゾフランの自己環形成反応によってベルト状構造の構築が可能になっている。この反応をベルト状構造構築のための一般性の高い合成手法として確立するため、出発物質の縮環数や置換基効果について引き続き、詳しく調べる。より縮環数の大きなベルト状構造構築のため、D-π-D型分子とA-π-A型分子の二重環化付加反応による新たなアプローチについても積極的に取り組む。その際、各合成ブロックの反応性の制御が課題となるため、それらの効率的発生とその捕捉反応について、理論計算による予測も含めながら、重層的に検討する。合成可能になった各種ベルト状分子の三次元構造をX線結晶構造解析によって明らかにし、中空空間の合成的利用についても検討する。また、合成可能になった高次イプチセンの光環化反応によるベルト状構造構築についても集中的に検討する。
さらに、π電子ハイブリッド中分子を合成するための足がかりとしてポリアセン系分子への官能基化について検討を行う。既に我々は、イソベンゾフランの連続的な環化付加反応を利用して置換ポリアセンライブラリーの構築に成功しており、このアプローチによって構築できる種々の多環式芳香族化合物の酸素架橋部位やカルボニル炭素等を足掛かりとした求核的な複合化や芳香環を利用した求電子的な複合化を駆使して、ポリアセン構造への糖鎖の選択的導入を試みる。これに関連して、末端に三重結合を持つ長鎖アルキニル基を導入した置換ペンタセンのクリック反応を利用してペプチド-ペンタセンの合成を達成しており、今後、この手法を利用したπ電子ハイブリッド中分子の合成と機能評価を行う。

Research Products

• [Journal Article] Ambipolar transistors based on chloro-substituted tetraphenylpentacene (2019)
  • Author(s): R. Sato,* S. Eda, H. Sugiyama, H. Uekusa, T. Hamura,* and T. Mori *
  • Journal Title: J. Mater. Chem. C Volume: 7 Pages: 3294-3299
  • DOI: 10.1039/c8tc06603e
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A New Synthetic Route to 5,6,11,12-tetraarylethynyltetracenes (2018)
  • Author(s): Kitamura Kei、Asahina Kenta、Nagai Yusaku、Zhang Keshu、Nomura Shogo、Tanaka Katsunori、Hamura Toshiyuki
  • Journal Title: Org. Biomol. Chem. Volume: 16 Pages: 9143-9146
  • DOI: 10.1039/c8ob02450b
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Didehydroisobenzofuran: a new reactive intermediate for construction of isoacenofuran (2018)
  • Author(s): S. Matsuoka, J. Sunna, K. Miyakawa, Y. Chuda, R. Sugimoto, T. Hamura
  • Journal Title: Chem. Eur. J. Volume: 24 Pages: 18886-18889
  • DOI: 10.1002/chem.201804655
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis and Evaluation of a 1,3a,6a-Triazapentalene (TAP)-Bonded System (2018)
  • Author(s): M. Ito, A. Mera, T. Mashita, T. Seki, J. Nakayama, E. Ohashi, K. Sangit, T. Hamura, H. Ito, K. Nanba
  • Journal Title: Chemistry - A European Journal Volume: 24 Pages: 17727-17730
  • DOI: 10.1002/chem.201804733
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tetrakis(phenylethynyl)tetracene: a new pi-extended rubrene derivatives (2018)
  • Author(s): Kitamura Kei、Asahina Kenta、Nagai Yusaku、Sugiyama Haruki、Uekusa Hidehiro、Hamura Toshiyuki
  • Journal Title: Chem. Eur. J. Volume: 24 Pages: 14034-14038
  • DOI: 10.1002/chem.201803294
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Star-shaped Polycyclic Aromatic Ketones via 3-Fold Cycloadditions of Isobenzofuran Trimer Equivalent (2017)
  • Author(s): H. Tozawa, T. Kakuda, K. Adachi, T. Hamura
  • Journal Title: Org. Lett. Volume: 19 Pages: 4118-4121
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.7b01932
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Water-soluble 1,3-Diarylisobenzoheteroles: Syntheses and Characterization (2017)
  • Author(s): 戸澤仁志、北村圭、羽村季之
  • Journal Title: Chem. Lett. Volume: 46 Issue: 5 Pages: 703-706
  • DOI: 10.1246/cl.170137
  • NAID: 130005655717
  • ISSN: 0366-7022, 1348-0715
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 1,3-Dialkynyl- and 1,3-Dialkenylisobenzofurans: New π-Extended Congeners Prepared by Double Nucleophilic Addition of Alkynyllithiums to <i>o</i>-Phthalaldehyde (2017)
  • Author(s): 工藤涼司、北村圭、羽村季之
  • Journal Title: Chem. Lett. Volume: 46 Issue: 1 Pages: 25-28
  • DOI: 10.1246/cl.160884
  • NAID: 130005308325
  • ISSN: 0366-7022, 1348-0715
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Ring Selective Generation of Isobenzofuran for Divergent Access to Polycyclic Aromatic Compounds (2015)
  • Author(s): R. Akita, K. Kawanishi, T. Hamura
  • Journal Title: Org. Lett. Volume: 17 Pages: 3094-3097
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.5b01364
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] New Synthetic Route to Substituted Tetracenes and Pentacenes via Stereoselective [4+2] Cycloadditions of 1,4-Dihydro-1,4-epoxynaphthalene and Isobenzofuran (2015)
  • Author(s): S. Eda, F. Eguchi, H. Haneda, T. Hamura
  • Journal Title: Chem. Commun Volume: 51 Pages: 5963-5966
  • DOI: 10.1039/c5cc00077g
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Selective Halogen-Lithium Exchange of 1,2-Dihaloarenes for Successive [2+4] Cycloadditions of Arynes and Isobenzofurans (2015)
  • Author(s): S. Eda, T. Hamura
  • Journal Title: Molecules Volume: 20 Pages: 19449-19462
  • DOI: 10.3390/molecules201019449
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Syntheses of Functionalized Polyaromatic Compounds by Using Quinoidal Reactive Molecules (2019)
  • Author(s): Kei Kitamura, Ryoji Kudo, Toshiyuki Hamura
  • Organizer: 日本化学会第99春季年会
• [Presentation] 電子受容型ジシクロブタビフェニレンの合成 (2019)
  • Author(s): 池島諒、羽村季之
  • Organizer: 日本化学会第99春季年会
• [Presentation] アルキニルイソベンゾフランを用いた置換テトラセンの合成 (2019)
  • Author(s): 曽我 瑛里・北村 圭・羽村 季之
  • Organizer: 日本化学会第99春季年会
• [Presentation] 1,10-アントラセノファンの合成とその立体化学挙動 (2019)
  • Author(s): 曽我 瑛里・北村 圭・井川 和宣・友岡 克彦・羽村 季之
  • Organizer: 日本化学会第99春季年会
• [Presentation] ジデヒドロイソベンゾフランの環化付加反応によるイソアントラセノフランの合成 (2019)
  • Author(s): 鄭善牙・宮川 馨・松岡 卓・羽村季之
  • Organizer: 日本化学会第99春季年会
• [Presentation] ビフェニレン骨格を有する新規π共役系分子の合成 (2019)
  • Author(s): 山口翔平・池島 諒・羽村季之
  • Organizer: 日本化学会第99春季年会
• [Presentation] 安定型オルトキノジメタンを合成ブロックとするπ共役系分子の合成 (2019)
  • Author(s): 足立和彦・羽村季之
  • Organizer: 日本化学会第99春季年会
• [Presentation] プロペラ型構造を有するイソベンゾフランの合成と応用 (2019)
  • Author(s): 中橋諒太 、鄭 善牙、羽村 季之
  • Organizer: 日本化学会第99春季年会
• [Presentation] 円板状型芳香族ポリケトンの合成 (2019)
  • Author(s): 神崎正義、足立和彦、羽村季之
  • Organizer: 日本化学会第99春季年会
• [Presentation] Efficient Access to Novel pi-Conjugated Compounds Using Reactive Molecules (2018)
  • Author(s): 羽村季之
  • Organizer: The 4th International Symposium of Middle Molecular Strategy (ISMMS-4)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 高次ポリアセンの系統的合成と応用 (2018)
  • Author(s): 北村圭，工藤涼司，羽村季之
  • Organizer: 第113回有機合成シンポジウム
• [Presentation] ベンザインの二量化反応を用いたシクロブタジテトラセンの合成 (2018)
  • Author(s): 池島諒、武田麻、齋藤允遼、羽村季之
  • Organizer: 第113回有機合成シンポジウム
• [Presentation] ベンザインの二量化反応を用いたシクロブタジテトラセンの合成 (2018)
  • Author(s): 池島諒、武田麻、齋藤允遼、羽村季之
  • Organizer: 第38回有機合成若手セミナー
• [Presentation] イソベンゾフラントリマーの多重環化付加反応を用いたスターフェン型芳香族ポリケトンの合成 (2018)
  • Author(s): 足立和彦・戸澤仁志・木全吉光・羽村季之
  • Organizer: 第38回有機合成若手セミナー
• [Presentation] シクロブタジテトラセンの合成と物性 (2018)
  • Author(s): 池島諒、武田麻、齋藤允遼、羽村季之
  • Organizer: 第29回基礎有機化学討論会
• [Presentation] 高次イプチセンの合成と分子内シングレットフィッションへの応用 (2018)
  • Author(s): 鄭善牙・王 莉・玉井尚登・羽村季之
  • Organizer: 第29回基礎有機化学討論会
• [Presentation] イソベンゾフランの逐次活性化を利用した巨大平面パイ共役系の合成 (2018)
  • Author(s): 足立和彦・木全吉光・戸澤仁志・羽村季之
  • Organizer: 第114回有機合成シンポジウム
• [Presentation] ベンザインの二量化反応を用いたシクロブタジテトラセンの合成 (2018)
  • Author(s): 池島諒，羽村季之
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会（日本大学）
• [Presentation] ノイド型合成ブロックを活用する置換ポリアセンの合成 (2018)
  • Author(s): 北村圭，工藤涼司，羽村季之
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会（日本大学）
• [Presentation] キノイド型合成ブロックを活用する置換ポリアセンの合成 (2018)
  • Author(s): 足立和彦, 木全吉光，吉川 浩史，羽村季之
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会（日本大学）
• [Presentation] 生体分子の１分子レベルでの制御を目指した糖鎖π電子複合中分子の創製 (2017)
  • Author(s): 羽村季之
  • Organizer: 新学術領域研究 平成２８年度第３回成果報告会
  • Place of Presentation: 早稲田大学（東京都・新宿区）
  • Year and Date: 2017-01-28
• [Presentation] 高反応性分子を駆使した高次縮環π電子系分子の創製 (2017)
  • Author(s): 羽村季之
  • Organizer: 工学部講演会（熊本大学）
  • Invited
• [Presentation] Synthetic Study of High-Ordered Iptycene Derivatives Using Isobenzofuran as a Reactive Platform (2017)
  • Author(s): Sunna Jung, Toshiyuki Hamura
  • Organizer: 第28回基礎有機化学討論会（九州大学）
• [Presentation] ジデヒドロイソベンゾヘテロールの環化付加反応による新規ヘテロ芳香族化合物の合成 (2017)
  • Author(s): 宮川 肇、松岡 卓、羽村季之
  • Organizer: 第４７回複素環化学討論会（高知県民文化ホール）
• [Presentation] 高反応性分子を駆使した高次縮環π電子系分子の創製 (2017)
  • Author(s): 羽村季之
  • Organizer: 先端有機化学セミナー
  • Place of Presentation: 九州大学（福岡県・春日市）
  • Invited
• [Presentation] ジデヒドロイソベンゾヘテロールの環付加反応を基盤とするイソアセノヘテロールの合成 (2017)
  • Author(s): 宮川馨，羽村季之
  • Organizer: 日本化学会第９７春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学（神奈川県・横浜市）
• [Presentation] π拡張型ルブレンを活用する高次縮環芳香族化合物の合成研究 (2017)
  • Author(s): 北村 圭，長井由作，張 可樹，羽村季之
  • Organizer: 日本化学会第９７春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学（神奈川県・横浜市）
• [Presentation] イソベンゾフランを活用する新規π共役系分子の合成研究 (2016)
  • Author(s): 羽村季之
  • Organizer: 日本化学会第96回春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学(京都府・京田辺市)
  • Year and Date: 2016-03-25
  • Invited
• [Presentation] 1,3-ジアルキニルイソベンゾフランの効率的合成 (2016)
  • Author(s): 工藤 涼司・朝比奈 健太・北村 圭・羽村 季之
  • Organizer: 日本化学会第96回春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学(京都府・京田辺市)
  • Year and Date: 2016-03-25
• [Presentation] Efficient Access to Novel pi-Conjugated Compounds Using Reactive Molecules (2016)
  • Author(s): 羽村季之
  • Organizer: 第48回構造有機化学若手の会
  • Place of Presentation: 白浜荘（滋賀県・高島市）
  • Invited
• [Presentation] 高反応性分子を駆使した高次縮環π電子系分子の創製 (2016)
  • Author(s): 羽村季之
  • Organizer: 第３回次世代の有機化学・広島シンポジウム
  • Place of Presentation: 広島大学(広島県・東広島市）
• [Presentation] ベンザインとイソベンゾフランの連続的環付加反応を利用した置換ペンタセンの合成 (2016)
  • Author(s): 江田昌平，羽村季之
  • Organizer: 第2回新学術領域研究「反応集積化が導く中分子戦略: 高次生物機能分子の創製」若手シンポジウム
  • Place of Presentation: 民営国民宿舎ニュー砂丘荘（鳥取県・鳥取市）
• [Presentation] π拡張型ルブレン類の合成と物性 (2016)
  • Author(s): 北村 圭，朝比奈健太，長井由作，張 可樹，羽村季之
  • Organizer: 第２７回基礎有機化学討論会
  • Place of Presentation: 広島国際会議場（広島県・広島市）
• [Presentation] 置換イソベンゾフランの効率的合成法の開発 (2015)
  • Author(s): 工藤涼 司、朝比奈健太、中山涼介、北村 圭、羽村季之
  • Organizer: 第5回CSJ化学フェスタ2015
  • Place of Presentation: タワーホール船堀（東京都・江戸川区）
  • Year and Date: 2015-10-13
• [Presentation] 高反応性分子を駆使した高次縮環π電子系分子の創製 (2015)
  • Author(s): 羽村季之
  • Organizer: 第３１回若手化学者のための化学道場
  • Place of Presentation: 淡路夢舞台（兵庫県・淡路市）
  • Year and Date: 2015-08-28
  • Invited
• [Presentation] 自己環形成反応を鍵とするベルト状分子の合成研究 (2015)
  • Author(s): 浜田和貴・北村 圭・羽村季之
  • Organizer: 第３１回若手化学者のための化学道場
  • Place of Presentation: 淡路夢舞台（兵庫県・淡路市）
  • Year and Date: 2015-08-27
• [Book] Organic Synthetic Reaction under Kinetic Control (2018)
  • Author(s): S. Yagai, T. Hamura, M. Numata (Eds)
  • Total Pages: 245
  • Publisher: ELSEVIER
  • ISBN: 9780128121269
• [Remarks] 関西学院大学理工学部 環境・応用化学科 羽村研究室
  • URL: http://www.kg-applchem.jp/hamura/
• [Remarks] 関西学院大学理工学部 環境・応用化学科 羽村研究室
  • URL: http://www.kg-applchem.jp/hamura/