有機分子触媒による酸素酸化分子変換システムの開発

• Project Area: Advanced Molecular Transformations by Organocatalysts
• Project/Area Number: 26105742
• 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: The University of Tokushima
• Principal Investigator: 今田 泰嗣 徳島大学, ソシオテクノサイエンス研究部, 教授 (60183191)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000); Fiscal Year 2015: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2014: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
• Keywords: 有機分子触媒 / 酸素酸化 / フラビン分子 / フラビン触媒 / 酸素酸化反応 / 水素化反応 / 脱水素反応

Outline of Annual Research Achievements

本応募研究課題では、応募者がその端緒を見出しているフラビン分子を有機分子触媒とする酸素酸化反応を基盤として、次世代の実用的酸素酸化触媒およびこれを利用した未来型の酸素酸化分子変換システムを開発することを目的としている。具体的には固相担体にフラビン分子触媒を固定化することにより触媒の合成および精製を容易にし、回収・再利用を可能にすると同時に、固相担体自体への機能性反応場の導入により、反応場に由来する高活性化・高選択性など触媒自体の高機能化を達成する。
本年度はこれまで過剰量の亜硝酸ナトリウムと過塩素酸を必要としていたカチオン性フラビンの合成について検討し、これらを必要としない簡便で大量合成可能な新手法の確立を達成した。具体的にはまず、これまで亜硝酸ナトリウムを必要としていたN5位アルキル還元型フラビンの酸化過程を空気酸化に置き換えることに成功した。また、不安定でその精製法が限られており、結晶性の過塩素酸塩としての単離・精製を与儀なくされていた単離工程に関して、陽イオン交換樹脂上のスルホン酸残基を対アニオンとして樹脂上に担持する手法を開発し、過塩素酸を必要とせず、単純な洗浄による単離・生成を可能とした。これらにより、カチオン性フラビンを安全かつ簡便に大量に合成する手法を確立した。
本手法で合成したカチオン性フラビンの触媒としての利用についても検討し、使用時の前処理を工夫することにより、結晶として単離したカチオン性フラビンに匹敵する触媒活性を発揮することを明らかにした。
これらと並行して、フラビン分子触媒の新たな機能の開発について検討し、フラビン分子がフォトレドックス触媒として機能することを明らかにした。これは、これまで主に遷移金属錯体を利用して行われていたフォトレドックス触媒反応を単純なフラビン分子で行える可能性を示すものである。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Flavin-Functionalized Gold Nanoparticles as an Efficient Catalyst for Aerobic Organic Transformations (2015)
  • Author(s): Yasushi Imada, Motonari Ohsaki, Mikiko Noguchi, Takatoshi Maeda, Misa Fujiki, Soichiro Kawamorita, Naruyoshi Komiya, and Takeshi Naota
  • Journal Title: Chem. Cat. Chem. Volume: 7 Issue: 1 Pages: 99-106
  • DOI: 10.1002/cctc.201402619
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Controlled Physical Gelation of Thermoresponsive Poly(2-propionamidoacrylic acid) Aqueous Solution (2015)
  • Author(s): Keiji Minagawa, Mikito Yasuzawa, Genki Shiizaki, Yukihiro Arakawa, Yasushi Imada, Masami Tanaka
  • Journal Title: Advanced Materials Research Volume: 1110 Pages: 96-99
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/amr.1110.96
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Highly Fluorescent Flavins: A Rational Molecular Design for Quenching Protection Based on Repulsive and Attractive Control of Molecular Alignment (2015)
  • Author(s): Haruka Suzuki, Ryo Inoue, Soichiro Kawamorita, Naruyoshi Komiya, Yasushi Imada, and Takeshi Naota
  • Journal Title: Chem. Eur. J. Volume: 21 Issue: 25 Pages: 9171-9178
  • DOI: 10.1002/chem.201406346
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Biomimetic flavin-catalysed reactions for organic synthesis (2015)
  • Author(s): Iida, H.; Imada, Y.; Murahashi, S.-I.
  • Journal Title: Organic Bimolecular Chemistry Volume: 13 Issue: 28 Pages: 7599-7613
  • DOI: 10.1039/c5ob00854a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Highly Fluo- rescent Flavins: A Molecular Design Rationale for Quenching Protection Based on Repulsive and Attractive Control of Molecular Alignment (2015)
  • Author(s): Haruka Suzuki, Ryo Inoue, Soichiro Kawamorita, Naruyoshi Komiya, Yasushi Imada and Takeshi Naota
  • Journal Title: Chemistry - A European Journal Volume: 21
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Ring-expanding metathesis oligomerization of cyclic nitrones (2014)
  • Author(s): Yasushi Imada, Chiaki Okita, Hiroki Maeda, Masayuki Kishimoto, Yoshinori Sugano, Hiroyuki Kaneshiro, Yuri Nishida, Soichiro Kawamorita, Naruyoshi Komiya, and Takeshi Naota
  • Journal Title: European Journal of Organic Chemistry Volume: nothing Issue: 26 Pages: 5670-5674
  • DOI: 10.1002/ejoc.201402859
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Design of Flavin-Amine Integrated Catalysts for Photoredox Reactions (2016)
  • Author(s): 田上 拓磨, 荒川 幸弘, 南川 慶二, 今田 泰嗣
  • Organizer: 日本化学会第96春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学京田辺キャンパス（京都府京田辺市）
  • Year and Date: 2016-03-24
• [Presentation] 長鎖アシル基を有するリボフラビンの超音波応答性ゲル化能とオレフィンの水素化反応への応用 (2016)
  • Author(s): 藤木 美沙, 北川 隆啓, 川守田 創一郎, 今田 泰嗣, 直田 健
  • Organizer: 日本化学会第96春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学京田辺キャンパス（京都府京田辺市）
  • Year and Date: 2016-03-24
• [Presentation] 空気酸化によるフラビニウム塩生成反応 (2016)
  • Author(s): 大西 崇裕, 荒川 幸弘, 南川 慶二, 今田 泰嗣
  • Organizer: 日本化学会第96春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学京田辺キャンパス（京都府京田辺市）
  • Year and Date: 2016-03-24
• [Presentation] N(5)-無置換中性フラビン分子を用いたスルフィドの触媒的酸素酸化反応 (2016)
  • Author(s): 山野本 健, 荒川 幸弘, 南川 慶二, 今田 泰嗣
  • Organizer: 日本化学会第96春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学京田辺キャンパス（京都府京田辺市）
  • Year and Date: 2016-03-24
• [Presentation] ブレンステッド酸触媒によるヒドラジンを水素源とするオレフィン水素化反応 (2016)
  • Author(s): 幸田 貴大, 荒川 幸弘, 南川 慶二, 今田 泰嗣
  • Organizer: 日本化学会第96春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学京田辺キャンパス（京都府京田辺市）
  • Year and Date: 2016-03-24
• [Presentation] フラビン-アミン複合型触媒によるアルデヒドの光誘起α-オキシアミノ化反応 (2016)
  • Author(s): 田上 拓磨, 荒川 幸弘, 南川 慶二, 今田 泰嗣
  • Organizer: 「有機分子触媒による未来型分子変換」第6回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 大阪科学技術センター（大阪府大阪市）
  • Year and Date: 2016-01-22
• [Presentation] ペプチド鎖を有するフラビン分子による触媒的酸素酸化反応 (2016)
  • Author(s): 山野本 健, 荒川 幸弘, 南川 慶二, 今田 泰嗣
  • Organizer: 「有機分子触媒による未来型分子変換」第6回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 大阪科学技術センター（大阪府大阪市）
  • Year and Date: 2016-01-22
• [Presentation] Visible Light-Induced α-Oxyamination of Aldehydes with Flavin Organocatalysts (2015)
  • Author(s): Takuma Tagami, Yukihiro Arakawa, Keiji Minagawa, Yasushi Imada
  • Organizer: LED総合フォーラム2015 in 徳島
  • Place of Presentation: アスティ徳島（徳島県徳島市）
  • Year and Date: 2015-12-19
• [Presentation] Nucleophilic addition to nitrones using flow microreactors (2015)
  • Author(s): Yukihiro Arakawa, Shun Ueta, Keiji Minagawa, Yasushi Imada
  • Organizer: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015 (Pacifichem 2015)
  • Place of Presentation: Honolulu (Hawaii, USA)
  • Year and Date: 2015-12-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Facile preparation of flavinium organocatalysts utilizing cation-exchange resins (2015)
  • Author(s): Takahiro Oonishi, Yukihiro Arakawa, Keiji Minagawa, Yasushi Imada
  • Organizer: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015 (Pacifichem 2015)
  • Place of Presentation: Honolulu (Hawaii, USA)
  • Year and Date: 2015-12-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Visible light-induced α-oxyamination of aldehydes with flavin organocatalysts (2015)
  • Author(s): Takuma Tagami, Yukihiro Arakawa, Keiji Minagawa, Yasushi Imada
  • Organizer: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015 (Pacifichem 2015)
  • Place of Presentation: Honolulu (Hawaii, USA)
  • Year and Date: 2015-12-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Flavin-catalyzed photoinduced thioacetalization of aldehydes (2015)
  • Author(s): Yukihiro Arakawa, Tomohiro Mihara, Keiji Minagawa, Yasushi Imada
  • Organizer: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015 (Pacifichem 2015)
  • Place of Presentation: Honolulu (Hawaii, USA)
  • Year and Date: 2015-12-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] アミン-フラビン一体型分子の合成とその触媒作用 (2015)
  • Author(s): 田上 拓磨, 荒川 幸弘, 南川 慶二, 今田 泰嗣
  • Organizer: 2015年 日本化学会中国四国支部大会
  • Place of Presentation: 岡山大学津島キャンパス（岡山県岡山市）
  • Year and Date: 2015-11-14
• [Presentation] フローマイクロリアクターを用いたニトロンへの求核付加反応 (2015)
  • Author(s): 上田 峻, 荒川 幸弘, 南川 慶二, 今田 泰嗣
  • Organizer: 2015年 日本化学会中国四国支部大会
  • Place of Presentation: 岡山大学津島キャンパス（岡山県岡山市）
  • Year and Date: 2015-11-14
• [Presentation] ブレンステッド酸触媒を用いたニトロンへの求核付加反応 (2015)
  • Author(s): 岩井 健祐, 荒川 幸弘, 南川 慶二, 今田 泰嗣
  • Organizer: 2015年 日本化学会中国四国支部大会
  • Place of Presentation: 岡山大学津島キャンパス（岡山県岡山市）
  • Year and Date: 2015-11-14
• [Presentation] Development of Facile Method for Preparing Flavinium Organocatalysts (2015)
  • Author(s): Takahiro Oonishi, Yukihiro Arakawa, Keiji Minagawa, Yasushi Imada
  • Organizer: The 13th International Kyoto Conference on New Aspects of Organic Chemistry (IKCOC-13)
  • Place of Presentation: リーガロイヤルホテル京都（京都府京都市）
  • Year and Date: 2015-11-09
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Flavin Catalyzed α-oxyamination of Aldehydes under Visible Light Irradiation (2015)
  • Author(s): Takuma Tagami, Yukihiro Arakawa, Keiji Minagawa, Yasushi Imada
  • Organizer: The 13th International Kyoto Conference on New Aspects of Organic Chemistry (IKCOC-13)
  • Place of Presentation: リーガロイヤルホテル京都（京都府京都市）
  • Year and Date: 2015-11-09
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] N5-無置換中性フラビン分子の触媒機能開発 (2015)
  • Author(s): 荒川 幸弘, 田上 拓磨, 三原 知大, 河内 梨紗, 大西 崇裕, 南川 慶二, 今田 泰嗣
  • Organizer: 第48回酸化反応討論会
  • Place of Presentation: 同志社大学寒梅館（京都府京都市）
  • Year and Date: 2015-10-23
• [Presentation] 含フラビン架橋ポリスチレンの合成と触媒作用 (2015)
  • Author(s): 河内梨紗, 荒川幸弘, 南川慶二, 今田泰嗣
  • Organizer: 第48回酸化反応討論会
  • Place of Presentation: 同志社大学寒梅館（京都府京都市）
  • Year and Date: 2015-10-23
• [Presentation] フラビン触媒によるアルデヒドの光誘起チオアセタール化反応 (2015)
  • Author(s): 三原 知大, 荒川 幸弘, 南川 慶二, 今田 泰嗣
  • Organizer: 第48回酸化反応討論会
  • Place of Presentation: 同志社大学寒梅館（京都府京都市）
  • Year and Date: 2015-10-23
• [Presentation] フラビン触媒によるアルデヒドの光誘起α-オキシアミノ化反応 (2015)
  • Author(s): 田上 拓磨, 荒川幸弘, 南川慶二, 今田泰嗣
  • Organizer: 第48回酸化反応討論会
  • Place of Presentation: 同志社大学寒梅館（京都府京都市）
  • Year and Date: 2015-10-23
• [Presentation] カチオン性フラビン触媒の新規合成法の開発 (2015)
  • Author(s): 大西 崇裕, 荒川 幸弘, 南川 慶二, 今田 泰嗣
  • Organizer: 第48回酸化反応討論会
  • Place of Presentation: 同志社大学寒梅館（京都府京都市）
  • Year and Date: 2015-10-23
• [Presentation] フラビン触媒によるアルデヒドの光誘起チオアセタール化反応 (2015)
  • Author(s): 三原 知大, 荒川 幸弘, 南川 慶二, 今田 泰嗣
  • Organizer: 第5回 CSJ化学フェスタ
  • Place of Presentation: タワーホール船堀 （東京都荒川区）
  • Year and Date: 2015-10-13
• [Presentation] フラビン触媒によるアルデヒドの光誘起α-オキシアミノ化反応 (2015)
  • Author(s): 田上 拓磨, 荒川 幸弘, 南川 慶二, 今田 泰嗣
  • Organizer: 第5回 CSJ化学フェスタ
  • Place of Presentation: タワーホール船堀 （東京都荒川区）
  • Year and Date: 2015-10-13
• [Presentation] 官能基化ポリスチレンを担体とする固定化中性フラビンの触媒作用 (2015)
  • Author(s): 荒川 幸弘, 河内 梨紗, 大西 崇裕, 南川 慶二, 今田 泰嗣
  • Organizer: 第64回高分子討論会
  • Place of Presentation: 東北大学 川内キャンパス（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2015-09-15
• [Presentation] Novel preparation method of flavinium organocatalysts (2015)
  • Author(s): Yukihiro Arakawa, Takahiro Oonishi, Takahiro Kohda, Keiji Minagawa, Yasushi Imada
  • Organizer: The 39th Naito Conference on The chemistry of organocatalysts
  • Place of Presentation: Chateraise Gateaux Kingdom Sapporo（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2015-07-06
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 陽イオン交換樹脂担持型カチオン性フラビン分子の調製とその触媒作用 (2015)
  • Author(s): 荒川幸弘, 大西崇裕, 幸田貴大, 南川慶二, 今田泰嗣
  • Organizer: 第8回有機触媒シンポジウム兼「有機分子触媒による未来型分子変換」第5回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 沖縄県市町村自治会館・自治会館ホール（沖縄県那覇市）
  • Year and Date: 2015-05-10
• [Presentation] フラビン触媒によるアルデヒドの光誘起チオアセタール化反応 (2015)
  • Author(s): 三原知大, 荒川幸弘, 南川慶二, 今田泰嗣
  • Organizer: 第8回有機触媒シンポジウム兼「有機分子触媒による未来型分子変換」第5回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 沖縄県市町村自治会館・自治会館ホール（沖縄県那覇市）
  • Year and Date: 2015-05-10
• [Presentation] アミノ基含有樹脂へのフラビン分子触媒の担持 (2015)
  • Author(s): 山野本健, 荒川幸弘, 南川慶二, 今田泰嗣
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学船橋キャンパス（千葉県船橋市）
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] カチオン性フラビン分子調製法の開発 (2015)
  • Author(s): 大西崇裕, 幸田貴大, 荒川幸弘, 南川慶二, 今田泰嗣
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学船橋キャンパス（千葉県船橋市）
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] 陽イオン交換樹脂担持型カチオン性フラビン分子の酸化触媒作用 (2015)
  • Author(s): 幸田貴大, 大西崇裕, 荒川幸弘, 南川慶二, 今田泰嗣
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学船橋キャンパス（千葉県船橋市）
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] フラビン触媒によるアルデヒドの光誘起チオアセタール化反応 (2015)
  • Author(s): 三原知大, 荒川幸弘, 南川慶二, 今田泰嗣
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学船橋キャンパス（千葉県船橋市）
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] フラビン分子を触媒としたフォトレドックス反応 (2015)
  • Author(s): 田上拓磨, 荒川幸弘, 南川慶二, 今田泰嗣
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学船橋キャンパス（千葉県船橋市）
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] LED光を用いたフラビン触媒によるアルデヒドのチオアセタール化 (2015)
  • Author(s): 三原知大, 荒川幸弘, 南川慶二, 今田泰嗣
  • Organizer: LED総合フォーラムin徳島2014-2015
  • Place of Presentation: 徳島大学常三島キャンパス（徳島県徳島市）
  • Year and Date: 2015-01-10
• [Presentation] フラビン分子を触媒とした光レドックス反応 (2015)
  • Author(s): 田上拓磨, 荒川幸弘, 南川慶二, 今田泰嗣
  • Organizer: LED総合フォーラムin徳島2014-2015
  • Place of Presentation: 徳島大学常三島キャンパス（徳島県徳島市）
  • Year and Date: 2015-01-10
• [Presentation] フラビン分子触媒のレジンへの担持と触媒作用 (2014)
  • Author(s): 山野本健, 荒川幸弘, 南川慶二, 今田泰嗣
  • Organizer: 2014年日本化学会中国四国支部大会
  • Place of Presentation: 山口大学吉田キャンパス（山口県山口市）
  • Year and Date: 2014-11-08 – 2014-11-09
• [Presentation] 陽イオン交換樹脂を利用するカチオン性フラビンの調製と触媒反応 (2014)
  • Author(s): 大西崇裕, 幸田貴大, 荒川幸弘, 南川慶二, 今田泰嗣
  • Organizer: 2014年日本化学会中国四国支部大会
  • Place of Presentation: 山口大学吉田キャンパス（山口県山口市）
  • Year and Date: 2014-11-08 – 2014-11-09
• [Presentation] 高分子固定化フラビン触媒の開発 (2014)
  • Author(s): 荒川幸弘, 大西崇裕, 幸田貴大, 佐藤文彬, 南川慶二, 今田泰嗣
  • Organizer: 第63回高分子討論会
  • Place of Presentation: 長崎大学文教キャンパス（長崎県長崎市）
  • Year and Date: 2014-09-24 – 2014-09-26
  • Invited
• [Presentation] フラビン分子を触媒とするオレフィンの水素化反応 (2014)
  • Author(s): 今田泰嗣
  • Organizer: 第30回若手化学者のための化学道場
  • Place of Presentation: 下電ホテル（岡山県倉敷市）
  • Year and Date: 2014-08-29 – 2014-08-30
  • Invited
• [Presentation] フラビン触媒を用いた酸素酸化システムの開発 (2014)
  • Author(s): 今田泰嗣
  • Organizer: 第70回白鷺セミナー
  • Place of Presentation: 大阪府立大学中百舌鳥キャンパス（大阪府堺市）
  • Year and Date: 2014-07-25
  • Invited