| 研究課題/領域番号 |
22KJ1401
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| 補助金の研究課題番号 |
22J00431 (2022)
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 基金 (2023)
補助金 (2022) |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分38040:生物有機化学関連
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| 研究機関 | 横浜国立大学 |
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研究代表者 |
岡本 一央 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 特別研究員(PD)
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| 研究期間 (年度) |
2023-03-08 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | 有機合成化学 / 電解反応 / フローマイクロリアクター / プロトン共役電子移動 / PCET / 電解合成 / カルボカチオン |
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| 研究開始時の研究の概要 |
電極表面における酸化的プロセスによって生じるカチオン種は、有機合成化学における有用な活性中間体である一方でその寿命は極めて短い。また、電解反応の反応選択性は酸化電位の大小に依存するため、酸化的プロセスにおいて電子豊富（酸化電位の低い）な反応剤共存下で活性中間体を生成・反応させることは困難である。本研究ではフローマイクロリアクターを用いることで、①極めて高い反応性を有するカチオン種の生成とミリ秒単位の高速反応（時間的制御）、②流路チャンネルの切り替えによる基質の選択的活性化およびキラル反応場を利用した立体選択的反応の開発（空間的制御）を目指す。
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| 研究実績の概要 |
今年度は下記に示す成果を得た。
モジュラー型フローマイクロリアクターを利用した高効率[3+2]環化付加反応：フロー電解反応場を利用することで、従来高濃度の支持電解質を必要としていた電気化学的[3+2]環化付加反応を0.001－0.01 Mのごく希薄な支持電解質条件で高効率に実施することに成功した。フェノキソニウムカチオン中間体を経由する本反応では、電極間距離を通常の薄層フロー電解反応で用いられる値の3倍程度に拡張することで反応効率の大幅な向上がみられたことから、陽極発生したカチオン中間体が速やかに陰極還元される経路が存在することが示唆された。本反応を利用することで、一切の酸化剤を用いずフロインドリン等の縮環骨格を有する化合物を合成することに成功した。
水素結合複合体によるラジカル反応の化学選択性制御：プロトン共役電子移動（PCET）により生成するアミジルラジカル種が、1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロ-2-プロパノール（HFIP）の有無により異なる反応生成物を与える現象を見出した。すなわち、ウリジン2'位水酸基にフェニルカルバモイル基を導入した誘導体を、テトラブチルアンモニウムジブチルホスフェート（Phosphate base）およびメチルビニルケトン存在下で電解酸化するとN-アルキル化された生成物が得られるが、わずか2当量のHFIPを添加して同様の電解反応を実施すると、アミジルラジカルがウラシル塩基へ分子内ラジカル付加して生じる環化体ダイマーが得られた。種々のCV測定により、基質とphosphate baseが形成する水素結合複合体のサイズが水素結合ドナーであるHFIPの添加により増大し、疎水的なメチルビニルケトンとの分子間反応が阻害されていることが示唆され、水素結合複合体による化学選択性を初めて示すことに成功した。
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| 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
当初研究計画で想定していたフロー電解反応場の設計と合成化学的応用を達成したほか、水素結合複合体がもたらす新奇な化学選択性を見出したため。アミドと塩基が形成する水素結合複合体のサイズがPCETを経由したラジカル付加反応の効率に影響を与える例は近年報告されているものの、化学選択性を左右する現象は今回始めて明らかとなった。本反応を利用して、精密な有機合成反応の設計が可能になると見込まれる。
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| 今後の研究の推進方策 |
最適化したフロー反応系を天然に見られるヘテロ複素環骨格の合成へと応用する。また、ごく低濃度の支持電解質（イオン）条件下で反応を駆動できるという利点を活用し、配位性の少ない電解反応場を設計することでラジカルカチオンおよびカチオン中間体の反応性を最大限に引き出した電解反応を探索する。
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