| 研究課題/領域番号 |
18J23126
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| 研究機関 | 岐阜薬科大学 |
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研究代表者 |
高倉 稜弥 岐阜薬科大学, 薬学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| キーワード | 減圧反応条件 / ラクトン / 不均一系触媒 / 重水素化 |
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| 研究実績の概要 |
当研究室では、活性炭担持型不均一系遷移金属触媒による第1級ならびに第2級アルコールの脱水素型酸化反応を開発している。第1級アルコールの脱水素反応では、エバポレーターと反応容器を連結して一定の減圧条件下で副生する水素を効率良く除去することで、目的とするカルボン酸が高収率で得られる。私は第1級アルコールの脱水素酸化反応によりアルデヒドを系内で用時調製し、様々な反応剤を共存させることでアルケンやアルキン、エステルなどへのワンポット変換法が開発できると考え、本研究計画を立案し遂行している。
ラクトンは天然物や医薬品、化粧品などを構成する部分骨格であり、簡便な合成法の開発は重要である。平成30年度は主にジオールを用いた脱水素酸化的ラクトン合成研究を遂行した。この反応では減圧反応装置を駆使する手法と酸素を副生水素のクエンチャーとして利用する2種類の反応条件を確立した。それぞれの反応条件は、1,2-ベンゼンジメタノール誘導体やナフタレン骨格を持つジオール、1,4-ブタンジオール(脂肪族ジオール)などの様々な基質に適用できることを明らかとした。
また不均一系触媒的脱水素型官能基変換法を開発するとともに、様々な重水素標識化反応の開発研究も併行して取り組んでいる。私は、固体有機塩基であり分子内に第三級アミンを持つ陰イオン交換樹脂WA30が、重水中でニトロメタンの重水素標識化とニトロアルドール反応を効率良く触媒することを見出した。またWA30の代わりに第三級アミン保有キラル有機分子触媒を用いた不斉ニトロアルドール反応にも応用した。
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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
減圧反応システムを利用したアルコール類の種々官能基への直接変換法の開発研究では、ジオールを基質とした酸化的ラクトン合成法を開発しており、申請書に記載した年次計画通りに研究を遂行している。今年度はラクトン以外の官能基(アルケンやアルキンなど)への変換を目指し、反応条件を最適化する。アルコール類の直接変換法と並行して減圧反応装置も改良し、良好な結果が得られている。
なお上記研究成果は、4件の国内学会(日本プロセス化学会2018サマーシンポジウム、第8回CSJ化学フェスタ2018、第44回反応と合成の進歩シンポジウム、日本薬学会第139年会)で発表し、うち日本薬学会第139年会ではポスター発表優秀賞を受賞することができた。また、ジオールを基質とした酸化的ラクトン合成法は、現在筆頭著者として論文投稿に向けて準備中である。
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| 今後の研究の推進方策 |
[第一級アルコールの脱水素反応により生成するアルデヒド中間体を利用した直接官能基変換法]
①ジオールを水中でPt/Cとともに加熱攪拌すると、脱水素酸化反応と分子内求核付加反応に続く2段階目の脱水素反応によりラクトン体が生成することを見出した。このジオール類の分子内エステル化反応は、減圧反応装置を用いる手法と酸素を水素のクエンチャーとして利用する方法の二つの反応条件を確立した。本反応は更に基質適用範囲を拡充した後、学術論文として投稿する。②またベンジルアルコール類の脱水素酸化反応により系内で調製されるベンズアルデヒド誘導体に対してオレフィン化試薬を反応させると、ワンポットでオレフィン体が合成できることも見出している。この反応は、Rh/C触媒を使用した場合に最も効率良く反応が進行するが、反応の物質収支が低いことが問題である。これは反応中間体であるアルデヒドの脱カルボニル反応や過剰な酸化反応の進行によるカルボン酸体の生成が原因であると考えている。そこで系内で副生する水素による脱カルボニル化反応を防ぐため、減圧システムを更に改良して収率の向上を図る。無水条件にしたり、減圧反応装置のレギュレータの吸気口から不活性ガス(N2、Arガスなど)を導入することで、減圧システム内への水や酸素の混入を抑制し、カルボン酸の副生を抑制する。
[メタノールを一炭素源としたホルミル化法]
アニリンを基質としてメタノール中、Pd/Cと塩基共存下加熱攪拌すると、低収率ではあるがメタノールが酸化されながらアニリンのN-ホルミル化体が得られることを見出している。そこで、メタノールの当量や金属種、塩基などを検討しホルミル化体の収率向上を図る。減圧反応装置を用いるなど反応条件を最適化した後、他のアミン(脂肪族アミンなど)を用いて基質適用性を拡充する。
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