イオン反応の集積化

2011 年度 実績報告書

• 研究領域: 反応集積化の合成化学 革新的手法の開拓と有機物質創成への展開
• 研究課題/領域番号: 21106002
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 吉田 潤一 京都大学, 工学研究科, 教授 (30127170)
• 研究分担者: 野上 敏材 京都大学, 工学研究科, 講師 (60402963)
• キーワード: 有機合成 / 炭素カチオン / 炭素アニオン / 有機電解 / フロー合成

研究概要

本研究の目的は、各種有機イオン種の寿命および反応性を系統的に明らかにするとともに、そのデータに基づいて、ワンポット法(時間的集積化)やフロー法(空間的集積化)を用いて活性な有機イオン種を生かしたまま逐次的に反応を行う集積化合成法を開拓することである。本研究では、有機イオン種の寿命や反応速度を評価し、そのデータに基づいた反応集積化法を設計・構築する。なお、有機イオン種の安定性・反応性に関する知識の蓄積は有機化学の深化をもたらし、それに基づく反応集積化は化学合成の効率を飛躍的に向上させると予想される。平成23年度は以下のような成果を得た。
有機カチオン反応の集積化
カチオンプール法により発生させたデンドリマー状カチオンをポリスチレンと反応させる有機カチオン反応の集積化について検討を行い、デンドロナイズドポリマーを得ることに成功した。また、さらにデンドロナイズドポリマーに官能基を導入する反応についても検討を行い、窒素官能基を有するデンドロナイズドポリマーの合成に成功した。
有機アニオン反応の集積化
有機アニオン反応のフロー型集積化およびその実践的応用について、とくに通常有機リチウム種と速やかに反応すると考えられている求電子性官能基を有する不安定有機リチウム種に焦点をあて検討した。フローマイクロリアクターを用い、滞留時間を極めて短く精密に制御することにより、有機リチウム種を発生させ、それが分子内のケトンカルポニル基と反応する前に、後で加えたアルデヒドと素早く反応させるという、従来の常識を覆す分子変換を実現した。本法を利用して、天然物ポリフェノールの一つであるPauciflorol Fの形式全合成に成功した。本成果はNature Communications誌に掲載され、世界的に注目を集めた。

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

カチオン反応においては、その時間的集積化によりデンドラナイズドポリマーなど機能性材料の合成にまで展開できるようになった。また、アニオン反応においては、フローマイクロリアクターの特長を生かして、従来法では達成不可能な分子変換を達成したとともに、その空間的集積化に展開した。さらに、他大学の計画班員の研究者と連携して、機能性分子の効率的合成も開発した。

今後の研究の推進方策

有機カチオン反応の集積化による糖鎖合成やデンドリマー合成など合成的応用についてA02,03班のグループと連携して標的化合物の合成にも着手し、その中でより実践的な手法へと進化させる。
また、有機アニオン反応の集積化においても、A02班およびA03班の研究グループと連携して、生物活性化合物や機能性化合物など有用な有機化合物の効率的フロー合成を行い。領域形成の意義の実証に貢献する。
フロー・マイクロリアクターの利用については、本計画研究の研究者は十分習熟しているので、それを他の研究者に広めるべく、共同研究をさらに強化する。とくにA02班およびA03班の研究者との共同研究を積極的に行う。

研究成果

• [雑誌論文] Flow Microreactor Systems for Organic Synthesis : A New Synthetic Chemistry from Space Controlling Time (2012)
  • 著者名/発表者名: Nagaki, A.; Yoshida, J.
  • 雑誌名: Chemical Education 巻: (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Practical Synthesis of Photochromic Diarylethenes in Integrated Flow Microreactor (2012)
  • 著者名/発表者名: Asai, T.; Takata, A.; Nagaki, A.
  • 雑誌名: ChemSusChem 巻: 5 ページ: 339-350
  • DOI: DOI:10.1002/cssc.201100376
  • 査読あり
• [雑誌論文] Indirect Cation Flow Method. Flash Generation of Alkoxycarbenium Ions and Studies on Stability of Glycosyl Cations (2011)
  • 著者名/発表者名: Saito, K.; Ueoka, K.; Matsumoto, K.; Suga, S.; Nokami, T.; Yoshida, J
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed 巻: 50 ページ: 153-5156
  • DOI: 10.1002/anie.201100854
  • 査読あり
• [雑誌論文] TRPA1 underlies a Sensing Mechanism for O2 (2011)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, N.; Kuwaki, T.; Kiyonaka, S.; Numata, T.Kozai, D.; Mizuno, Y.; Yamamoto, S.; Naito, S.; Knevels, E.; Carmeliet, P.; Oga, T.; Kaneko, S.; Suga, S.; Nokami, T.; Yoshida, J.; Mori, Y.
  • 雑誌名: Nat.Chem.Biol. 巻: 7 ページ: 701-711
  • DOI: DOI:10.1038/nchembio.640
  • 査読あり
• [雑誌論文] Integrated Electrochemical-Chemical Oxidation Mediated by Alkoxysulfonium Ions (2011)
  • 著者名/発表者名: Ashikari, Y.; Nokami, T.; Yoshida, J.
  • 雑誌名: J.Am.Chem.Soc 巻: 133 ページ: 11840-11843
  • DOI: DOI:10.1021/ja202880n
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrochemically Generated ArS(ArSSAr)+B(C6F5)4- as an Activator of Thioglycosides for Glycosylation (2011)
  • 著者名/発表者名: Saito, K.; Saigusa, Y.; Nokami, T.; Yoshida, J.
  • 雑誌名: Chem.Lett. 巻: 40 ページ: 678-679
  • DOI: DOI:10.1246/cl.2011.678
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrochemical Synthesis of Dendritic Diarylcarbenium Ion Pools (2011)
  • 著者名/発表者名: Nokami, T.; Watanabe, T.; Musya, N., Yoshida, J.
  • 雑誌名: Tetrahedron 巻: 67 ページ: 4664-4671
  • DOI: 10.1016/j.tet.2011.04.065
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Dendronization of Polystyrenes Using Dendritic Diarylcarbenium Ion Pools (2011)
  • 著者名/発表者名: Nokami, T.; Watanabe, T.; Musya, N.; Morofuji, T.; Tahara, K.; Tobe, Y.
  • 雑誌名: Chem.Commun. 巻: 47 ページ: 5575-5577
  • DOI: DOI:10.1039/C1CC10923E
  • 査読あり
• [雑誌論文] Space Integration of Reactions : An Approach to Increase the Capability of Organic Synthesis (2011)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, J.; Saito, K.; Nokami, T.; Nagaki, A.
  • 雑誌名: Synlett ページ: 1189-1195
  • DOI: DOI:10.1055/s-0030-1259946
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hysteretic tricolor electrochromic systems based on the dynamic redox properties of unsymmetrically substituted dihydrophenanthrenes and biphenyl-2,2'-diyl dications : Efficient precursor synthesis by a flow microreactor method (2011)
  • 著者名/発表者名: Ishigaki, Y.; Suzuki, T.; Nishida, J.; Nagaki, A.; Takabayashi, N.; Kawai, H.; Fujiwara, K.; Yoshida J.
  • 雑誌名: Materials 巻: 4 ページ: 1906-1926
  • DOI: DOI:10.3390/ma4111906
  • 査読あり
• [雑誌論文] Flash Synthesis of TAC-101 and Its Analogues from 1,3,5-Tribromobenzene Using Integrated Flow Microreactor Systems (2011)
  • 著者名/発表者名: Nagaki, A.; Imai, K.; Kim, H.; Yoshida, J.
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 1 ページ: 758-760
  • DOI: DOI:10.1039/C1RA00377A
  • 査読あり
• [雑誌論文] Perfluoroalkylation in Flow Microreactor : Generation of Perfluoroalkyllithiums in the Presence and Absence of Electrophiles (2011)
  • 著者名/発表者名: Nagaki, A.; Tokuoka, S.; Yamada, S.; Tomida Y.; Oshiro K.; Amii H.
  • 雑誌名: Org.Biomol.Chem. 巻: 9 ページ: 7559-7563
  • DOI: DOI:10.1039/C1OB06350B
  • 査読あり
• [雑誌論文] Homocoupling of Aryl Halides in Flow : Space Integration of Lithiation and FeCl3 Promoted Homocoupling (2011)
  • 著者名/発表者名: Nagaki, A.; Uesugi, Y.;Tomida, Y.; Yoshida, J.
  • 雑誌名: Beilstein J.Org.Chem. 巻: 7 ページ: 1064-1069
  • DOI: DOI:10.3762/bjoc.7.122
  • 査読あり
• [雑誌論文] Space Integration of Reactions : An Approach to Increase Capability of Organic Synthesis (2011)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, J.; Saito, K.; Nokami, T.; Nagaki, A.
  • 雑誌名: Synlett 巻: 9 ページ: 1189-1194
  • DOI: DOI:10.1055/s-0030-1259946
  • 査読あり
• [雑誌論文] Addition Polymerization using Flow Microreactor Systems and its Applications to Syntheses of Structurally Well-defined Polymer (2011)
  • 著者名/発表者名: Nagaki, A.
  • 雑誌名: Kobunshi Ronbunshu 巻: 66 ページ: 521-531
  • 査読あり
• [雑誌論文] New Development of Organic Lithium Chemistry by Microreactor (2011)
  • 著者名/発表者名: Nagaki, A.; Tomida, Y.; Yoshida, J.
  • 雑誌名: Kemikaru Enjiniyaringu 巻: 56 ページ: 54-63
  • 査読あり
• [雑誌論文] Switching Reaction Pathways of Benzo[b]thiophen-3-yllithium and Benzo[b]furan-3-yllithium Based on High-Resolution Residence-Time and Temperature Control in a Flow (2011)
  • 著者名/発表者名: Asai, T.; Takata, A.; Ushiogi, Y.; Iinuma, Y.; Nagaki, A.; Yoshida, J.
  • 雑誌名: Chem.Lett. 巻: 40 ページ: 393-395
  • DOI: DOI:10.1246/cl.2011.393
  • 査読あり
• [雑誌論文] Flow Microreactor Synthesis of Disubstituted Pyridines from Dibromopyridines via Br/Li Exchange without Using Cryogenic Conditions (2011)
  • 著者名/発表者名: Nagaki, A.; Yamada, S.; Doi, M.; Tomida, Y.; Takabayashi, N; Yoshida, J.
  • 雑誌名: Green Chem. 巻: 13 ページ: 1110-1113
  • DOI: DOI:10.1039/C0GC00852D
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anionic Polymerization of Alkyl Methacrylates using Flow Microreactor Systems (2011)
  • 著者名/発表者名: Nagaki, A.; Miyazaki. A.; Tomida, Y.; Yoshida, J.
  • 雑誌名: Chem.Eng.J 巻: 167 ページ: 548-555
  • 査読あり
• [雑誌論文] A flow-microreactor approach to protecting-group-free synthesis using organolithium (2011)
  • 著者名/発表者名: Kim, H.; Nagaki, A.; Yoshida, J.
  • 雑誌名: Nature Commun 巻: 2 ページ: 264
  • DOI: DOI:10.1038/ncomms1264
  • 査読あり
• [雑誌論文] Asymmetric Carbolithiation of Conjugated Enynes : A Flow Microreactor Enables the Use of Configurationally Unstable Intermediates before They Epimerize (2011)
  • 著者名/発表者名: Tomida, Y.; Nagaki, A.; Yoshida, J.
  • 雑誌名: J.Am.Chem.Soc. 巻: 133 ページ: 3744-3747
  • DOI: DOI:10.1002/chin.201131063
  • 査読あり
• [雑誌論文] Green and Sustainable Chemical Synthesis Using Flow Microreactors (2011)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, J.; Kim, H.; Nagaki, A.
  • 雑誌名: ChemSusChem. 巻: 4 ページ: 331-340
  • DOI: DOI:10.1002/cssc.201000271
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation and Reactions of Oxiranyllithiums Using a Flow Microreactor (2011)
  • 著者名/発表者名: Nagaki, A.; Takizawa. E.; Yoshida, J.
  • 雑誌名: Chem.Eur.J. 巻: 16 ページ: 14149-14158
  • DOI: DOI:10.1002/chem.201000815
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of Polystyrenes-Poly(alkyl methacrylates) Block Copolymers via Anionic Polymerization Using an Integrated Flow Microreactor System (2010)
  • 著者名/発表者名: Nagaki, A.; Miyazaki. A.; Yoshida, J.
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 43 ページ: 8424-8429
  • DOI: DOI:10.1021/ma101663x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cross-Coupling in a Flow Microreactor. Space Integration of Lithiation and Murahashi Coupling (2010)
  • 著者名/発表者名: Nagaki, A.; Kenmoku, A.; Moriwaki, Y.; Hayashi, A.; Yoshida, J.
  • 雑誌名: Angew.Chem.Int.Ed 巻: 49 ページ: 7543-7547
  • DOI: DOI:10.1002/anie.201002763
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Flow Microreactor System Enables Organolithium Reactions without Protecting Alkoxycarbonyl Groups (2010)
  • 著者名/発表者名: Nagaki, A.; Kim, H.; Moriwaki, Y.; Matsuo, C.; Yoshida, J.
  • 雑誌名: Chem.Eur.J 巻: 16 ページ: 11167-11177
  • DOI: DOI:10.1002/chem.201000876
  • 査読あり
• [雑誌論文] Controlled Polymerizations Using Microreactors (2010)
  • 著者名/発表者名: Nagaki, A.; Yoshida, J.
  • 雑誌名: Kobunshi 巻: 59 ページ: 569-573
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation and Reaction of Cyano-substituted Aryllithium Compounds using Microreactors (2010)
  • 著者名/発表者名: Nagaki, A.; Kim, H.; Matsuo, C.
  • 雑誌名: Org.Biomol.Chem. 巻: 8 ページ: 1212-1217
  • DOI: DOI:10.1039/B919325C
  • 査読あり
• [雑誌論文] Building Addressable Libraries as Platforms for Biological Assays by an Electrochemical (2010)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, J.; Nagaki, A.
  • 雑誌名: iAngew.Chem., Int.Ed. 巻: 49 ページ: 3720-3722
  • DOI: DOI:10.1002/anie.201000046
  • 査読あり
• [学会発表] Electrochemical Synthesis of Dendronized Polymers (2011)
  • 著者名/発表者名: Toshiki Nokami
  • 学会等名: The 6th International Conference on Cutting-Edge Organic
  • 発表場所: The Chinese University of Hong
  • 年月日: 2011-12-12
• [学会発表] Electrochemical Oligosaccharide Synthesis of Amino Sugars (2011)
  • 著者名/発表者名: Toshiki Nokami
  • 学会等名: The International Symposium on Organic Reactions 10 (ISOR-
  • 発表場所: Keio University, Yokohama
  • 年月日: 2011-11-22
• [学会発表] Organic Electrochemistry, Microreactors, and Their Synergy (2011)
  • 著者名/発表者名: Jun-ichi Yoshida
  • 学会等名: 10th Inteinational Symposium Organic Reactions (ISOR-10)
  • 発表場所: Yokohama, Japan
  • 年月日: 2011-11-21
• [学会発表] 空間で時間を制御する合成化学 (2011)
  • 著者名/発表者名: 吉田潤一
  • 学会等名: 有機合成化学を起点とするものづくり戦略ミニシンポジウム
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2011-11-14
• [学会発表] フローマイクロリアクターを用いた高分子合成 (2011)
  • 著者名/発表者名: 吉田潤一
  • 学会等名: 第60回高分子討論会
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 2011-09-28
• [学会発表] フローマイクロ合成の魅力 (2011)
  • 著者名/発表者名: 吉田潤一
  • 学会等名: 第6回プロセス化学東四国フォーラムセミナー
  • 発表場所: 徳島大学薬学部
  • 年月日: 2011-09-24
• [学会発表] Electrochemical Synthesis of Dendritic Molecules (2011)
  • 著者名/発表者名: Toshiki Nokami
  • 学会等名: The 62th Annual Meeting of the International Society of
  • 発表場所: Niigata, Japan
  • 年月日: 2011-09-13
• [学会発表] Electrochemical Generation and Reaction of Dendritic Carbocations (2011)
  • 著者名/発表者名: 野上敏材
  • 発表場所: 新潟市
  • 年月日: 2011-09-11
• [学会発表] ジアリールカルベニウムイオンを利用した有機「ものつくり」化学 (2011)
  • 著者名/発表者名: 野上敏材
  • 学会等名: 第三回有機「ものづくり」化学研究会
  • 発表場所: 福岡市(依頼講演)
  • 年月日: 2011-08-27
• [学会発表] 保存可能なグリコシルスルホニウムイオンを用いたグリコシル化反応 (2011)
  • 著者名/発表者名: 野上敏材
  • 学会等名: 第30回日本糖質学会年会
  • 発表場所: 長岡(新潟県)
  • 年月日: 2011-07-11
• [学会発表] Glycosyl Sulfonium Ions as Storable Glycosylation Intermediates (2011)
  • 著者名/発表者名: Toshiki Nokami
  • 学会等名: The 16th European Carbohydrate Symposium
  • 発表場所: Sorrento, Italy
  • 年月日: 2011-07-07
• [学会発表] 安定性と反応性を兼ね備えたグリコシル化反応中間体の電気化学的手法による調製 (2011)
  • 著者名/発表者名: 野上敏材
  • 学会等名: 第35回有機電子移動化学討論会
  • 発表場所: 九州大学(福岡市)
  • 年月日: 2011-06-24
• [学会発表] フラッシュケミストリー:フローマイクロリアクターを用いる超高速精密化学合成 (2011)
  • 著者名/発表者名: 吉田潤一
  • 学会等名: 日本学術振興会第116委員会創造機能化学講演会
  • 発表場所: 学士会館
  • 年月日: 2011-06-07
• [学会発表] Flash Chemistry : Fast Chemical Synthesis Using Flow Microreactors (2011)
  • 著者名/発表者名: Jun-ichi Yoshida
  • 学会等名: nd Asia-Pacific Chemical and Biological Microfluidics Conferen
  • 発表場所: Nanjing, China
  • 年月日: 2011-05-25
• [学会発表] ケイ素で炭素を組み立てる、クロスカップリング反応から電解反応へ (2011)
  • 著者名/発表者名: 野上敏材
  • 学会等名: IKOCシンポジウム2011
  • 発表場所: 名古屋大学(名古屋市)(招待講演)
  • 年月日: 2011-05-14