| 研究領域 | 反応集積化が導く中分子戦略：高次生物機能分子の創製 |
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| 研究課題/領域番号 |
15H05848
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
安田 誠 大阪大学, 工学研究科, 教授 (40273601)
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| 研究期間 (年度) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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| キーワード | 合成化学 / 有機化学 / 触媒化学 / 触媒 / 選択的反応 |
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| 研究実績の概要 |
(1)分子内にアルキニル基とカルボニルをベンゼン環上に有する基質に対し、ヨウ化インジウムを作用させると、イソクマリンが一気に効率よく合成できることを見出した。この反応では、通常のルイス酸（ホウ素ルイス酸等）を用いた場合は５員環生成物が得られるのに対し、インジウム塩を用いることで、全く異なる生成物である６員環生成物となった。これは、インジウムの中程度のルイス酸性と、強い負電荷の分散力により、熱力学的支配下で反応が進行することが鍵であることが、理論計算により判明した。また、ベンゼン環でのリンクではなく、アルケニル基でアルキニル基とカルボニルをリンクした基質では、インジウム塩の作用によりピロンが生成することがわかった。このとき生成物はインジウム-炭素結合を有しており、そこから新たな置換基導入が可能であった。この手法により多置換ピロンを容易に合成することができた。４置換ピロンの生成物の中で、いくつかのものは、効率のよい凝集誘起発光を示し、材料化学としてもきわめて興味深い結果が得られた。
(2)酸素官能基を有するアルキンに対し、ヨウ化インジウムとシリルケテンアセタールを作用させると、効率よくカルボメタル化が進行し、多置換エノールエーテルが得られた。ここで得られた生成物の立体および位置選択性は、従来報告されているものとは異なり、全く新しい合成手法を提供できた。すなわち、アンチ付加の新たな展開を示し、かつ求核種も多様な化学種を用いることができ、一般性の高さが示された。中間体はX線結晶構造解析に基づいてその構造を明らかとし、反応機構を確度高く示すことができた。
(3)上記反応(2)をフローケミストリーに応用した。上記反応は、微妙な条件設定が必要であったが、フローケミストリーにより、活性種の即時反応を利用することで、合成的にも再現性の高い安定した反応系へと展開することができた。
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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
本課題は新学術領域の中で、効率の良い分子変換を目指す役割をもっており、その観点からきわめて効率の良い多官能基性化合物を合成する手法を見出したことはたいへん大きな成果であると判断できる。また、従来の方法では合成し得なかった化合物を与え、効率的なルートを提供したことは、中分子戦略においてその可能性を広げるものであり、学術的かつ実用的な価値が高いとみなせる。一方で、偶然ではあるが、多置換ピロン合成において、いくつかの化合物が凝集誘起発光特性を示した。中分子戦略においても、外部刺激による感応型分子を求める傾向があり、その観点からも本系はあらたな広がりを示す。
また、フローケミストリーにおいて、バッチ型反応では収率的に歩留まりがあったものが、活性種発生の即時反応を利用することで、安定した反応系へと改善することができ、大量合成への可能性を開いた。基質の添加速度等、多くの要素が重要であるが、preliminaryな結果としてもすでに良好な結果が得られており、最終年度にむけた道筋をつけることができたことは大きな成果である。
従来から行なっているカゴ型ホウ素ルイス酸触媒に関しても、その置換基と選択性の相関が判明しつつあり、まもなく論文投稿の段階にきている。これは、全く新しい芳香族選択的反応を与える触媒であることから、合成化学分野へのインパクトが大きい結果であるといえる。また、カゴ型アルミニウム錯体の合成にも成功し、ホウ素に比べて一段高い芳香族選択性を常に与えることがわかり、最終年度にむけて精査していきたい点が見えたことは有益な点である。
これらのことから、本年度の成果はおおむね順調に進んでいると判断される。
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| 今後の研究の推進方策 |
昨年度までに、カゴ型錯体および重元素ルイス酸の双方を用いた反応開発がかなり進んできた。まずその２点について、方針を示す。
(1)カゴ型錯体：ホウ素およびアルミニウムをカゴ型錯体に導入し、またその炭素骨格置換基を変化させて、多様な錯体を多く合成してきた。昨年度はこれらの選択性との相関結果も得られ、本年度は重要な総括の時期に入る。芳香族選択性の世界初の触媒として、合成化学者の新しいツールとなるような発信（論文公表等）をする。
(2)重元素ルイス酸：インジウム、ガリウムの塩が、中程度のルイス酸性と高い負電荷の分散力を有していることが、従来にない選択的反応を提供することを昨年度までの検討から判明してきた。得られた生成物も生理活性を示すことが予想される物質群であり、特に複素環化合物においては、一気に多置換型が合成できることから、有益な化合物合成を複数行なっていきたい。また、凝集誘起発光を示す化合物群が合成できることが昨年度の検討から判明し、その原因解明と高い発光効率を有する化合物合成を目指す。
その他の観点から行なっている研究の方針について以下に示す。
(3)フローケミストリー：ルイス酸を用いるカルボメタル化およびその展開は、活性種の即時反応が重要であることがわかってきた。フローケミストリーの条件を徹底的に精査することで、大量合成の例をいくつか示していきたい。多官能性化合物の大量一気合成は、製薬的にもきわめてインパクトがあり、ぜひともその展開を示したい。
(4)新しいパイ共役系化合物合成：すでにいくつか新しい物性を有するパイ共役系物質を合成しており、これをルイス酸へ導入した化合物合成を検討する。この手法によって磁性や光応答を加味した新型のルイス酸を合成し、外部刺激による触媒反応制御の展開を基軸とした系の構築を目指す。
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