酸化剤フリーのナイトレン生成法の開拓

研究課題

研究課題/領域番号	21K19345
研究種目	挑戦的研究(萌芽)
配分区分	基金
審査区分	中区分47:薬学およびその関連分野
研究機関	公益財団法人微生物化学研究会
研究代表者	柴崎正勝公益財団法人微生物化学研究会, 微生物化学研究所, 所長 (30112767)
研究期間 (年度)	2021-07-09 – 2024-03-31
研究課題ステータス	交付 (2022年度)
配分額 *注記	6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円) 2022年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円) 2021年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
キーワード	ナイトレン / 原子効率 / 環境調和型反応
研究開始時の研究の概要	ナイトレンはオクテット則を満たさない高反応性活性種であり，不活性炭素－水素結合の官能基化に代表される高難易度化学変換に用いられてきた．しかし，その高反応性ゆえに活性種の生成には化学量論量の酸化剤による前駆体の活性化も正当化されてきた．本萌芽研究では，このような目的物以上に活性化剤由来の副生成物を伴う現状を打破するべく，酸化剤フリーのナイトレン生成法の開拓を狙う．具体的にはイミンとナイトレンが異性体である関係に着目し，ナイトレンへの異性化を促進する触媒反応の開発を行う．
研究実績の概要	ナイトレンはオクテット則を満たさない高反応性活性種であり，不活性炭素－水素結合の官能基化に代表される高難易度化学変換に用いられてきた。しかし，その高反応性ゆえに活性種の生成には化学量論量の酸化剤による前駆体の活性化も正当化されてきた。本萌芽研究では，このような目的物以上に活性化剤由来の副生成物を伴う現状を打破するべく，酸化剤フリーのナイトレン生成法の開拓を目指している。今年度もイミンとナイトレンが異性体である関係に着目し，イミンからナイトレンへの異性化を促進する触媒反応の開発に向けた検討を継続した。具体的には密度汎関数法を用いて種々の金属と配位子の組合せを計算化学的手法によってスクリーニングした。配位子上の置換基としてメチル基やエチル基などのアルキル基，メトキシ基などのアルコキシ基，種々の置換芳香環やフッ素や塩素原子などのハロゲン原子を導入した構造を考慮した。またイミンに関しては当初はトリクロロアセトイミデートをNHイミン等価体として用いる予定であったが，実験化学上の都合からより汎用的であり市販されているベンゾフェノンイミンを用いてスクリーニングすることとした。ベンゾフェノンイミンでは芳香環上に置換基を導入することで励起状態のチューニングが可能な点も魅力的と考えた。様々な置換パターンについて得られた錯体構造に関し，量子化学計算を実施して遷移状態などの構造を取得した。ベンゾフェノンイミンの異性化に関し，一重項状態においてナイトレンの方が対応するイミンよりも不安定であるが，三重項状態では必ずしもイミンの方が安定とは限らない，という知見を得た。
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 2: おおむね順調に進展している理由申請書でマイルストーンとした種々の金属錯体の計算化学的スクリーニングが順調に進行しているため
今後の研究の推進方策	これまでに得られた計算化学的・実験的知見をもとに，今後はターゲット反応を促進する金属錯体の同定を狙う。具体的には1）一重項イミンの光励起からの項間交差を介した三重項への転換，及び2）ポテンシャルエネルギー曲面交差領域のエネルギー極小値の利用，の二つのアプローチで課題解決に取り組んでいく。錯体構造の最適化にあたっては，特に1電子遷移を促進する吸光団を金属触媒中の配位子へと導入することで項間交差促進効果を狙っていく。またナイトレンの基底状態は主に金属種によって規定されると考えられるため，計算化学を用いてどの金属を用いた際に三重項基底状態が安定であるかを見極めていく。