| 研究課題/領域番号 |
17J08127
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
谷田部 孝文 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| キーワード | 機能集積型触媒 / CーH結合官能基化 / ナノ粒子 / 選択性逆転 / パラジウム / 金 / オーロン / フラボノイド |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、次世代において必要不可欠であるものの未だ発展途上にある、環境調和型の固体触媒による液相有機合成の普及のため、「高機能担持金属触媒および素反応の精密制御による高難度分子変換反応の開発」を研究課題とした。(1) 担持金属触媒の精密制御、(2) 素反応制御及び反応機構解明、(3) ファインケミカル及びバルクケミカルにおける高難度精密分子変換反応の開発、といった3つのパートを連関させ、上記課題の達成を目指している。
初年度である本年度においては、「CeO2担持Pd-on-Au二元金属ナノ粒子触媒による選択性逆転を伴うオーロン合成」を確立した。
オーロンは自然界に存在するフラボノイドの一種であり様々な生物活性を示すが、特殊な酵素によって生合成され、限られた種類しか存在しない。そのため、種々のカルコンを基質とした触媒的オーロン合成は、薬理的応用に高価値であるものの、自然界の酵素では達成できず、従来の化学的な触媒においても高難度な選択性逆転を引き起こす必要があるため実現できていなかった。本研究では、(1) 担持金属触媒の精密制御として、固体触媒の構成成分である、a) 担持金属種、b) 担体、c) 助触媒、に加え、d) モルホロジーを制御し、CeO2担持Pd-on-Au二元金属ナノ粒子触媒を設計した。実際に、Au、Pdの順にCeO2上に析出沈殿法で金属種を担持させた後、焼成処理を行うことで、設計通りの触媒を調製した。次に、(2) 素反応制御として、上記設計にそれぞれ、a) オーロン合成触媒、b) フラバノン生成阻害、c) オーロン合成活性の向上、d) フラボン生成阻害、という役割を担わせた。また、種々のコントロール実験により反応機構の解明も行った。結果として、(3) 高難度精密分子変換反応の一種である選択性逆転を伴うオーロン合成を達成した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
研究実績の概要で記した選択性逆転を伴う触媒的オーロン合成は、従来の酵素や触媒では達成できなかった反応である。機能集積型の高機能担持金属触媒を設計し、素反応を精密に制御するという、固体触媒の特長を存分に活かすことで、初めて本研究において達成することができた。従来のほぼすべての有機反応は均一系触媒において開発されており、液相有機合成における固体触媒の研究は、従来反応を固体触媒で行う、活性を向上させることを目的とするものが大半である。本研究成果は従来のそうした研究とは一線を画し、固体触媒を精密に設計することで未踏の新奇反応を開発できるという概念実証を行った点で、固体触媒による液相有機合成の普及に対して大きな進展を示せたと考えている。また、個別のパートにおいても、幅広く担持金属触媒を精密制御するための調製手法・解析手法をある程度確立できた点、反応機構の解明を経て当初計画していなかった他の反応へ応用できる可能性を見出した点、上記オーロン合成だけでなく他の高難度分子変換反応の足掛かりをつかんだ点など、当初の計画以上の進展があった。以上より、総合的な観点から当初の計画以上に進展しているといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
さらなる環境調和型の固体触媒による液相有機合成の普及には、より影響力のある高難度分子変換を固体触媒を用いて行う必要がある。これまでに得られた知見を総合し、当初の計画にあった脱水素型カップリング、選択性逆転を狙った反応開発は勿論のこと、分子状酸素を用いた酸素化反応、新規ヒドロアシル化反応など、さらに反応の幅を広げて反応開発を進めていく。
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