| 研究課題/領域番号 |
18K05109
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| 研究機関 | 熊本大学 |
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研究代表者 |
西野 宏 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 教授 (50145281)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | ジヒドロフラン－クリップ反応 / 大環状化合物 / シクロファン類 / 酸化的ラジカル環化反応 / クリプタンド型大環状化合物 / トリポダンド型化合物 / スーパーファン / 分子フラスコ |
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| 研究実績の概要 |
ベンゼン環側鎖として鎖状末端1,3-ジケトエステルが1～6個置換した化合物と末端アルケニルアルキル基が1～6個置換した化合物を合成し、我々が開発したジヒドロフラン－クリップ反応を用いて6個の側鎖がそれぞれジヒドロフラン環で繋がれたカゴ型のスーパーファン分子の一段階合成を目指している。令和元年度の研究として、ベンゼン環置換基側鎖に3個の鎖状末端1,3-ジケトエステルを置換した化合物を合成し、モノアルケンとのMn(III)触媒空気酸化反応を調べた。その結果、相当するトリポダンド型末端トリス(ジオキサン)化合物を得ることに成功した。続いて、このトリス(ジオキサン)化合物を用いて我々が開発した酸触媒ジオキサン環縮小反応にかけ、相当するトリポダンド型末端トリス(フラン)化合物へと誘導することに成功した。次に、1,3,5位に4-ヒドロキシ-2-オキソブチル基を置換したベンゼン誘導体とアセト酢酸エチルの縮合反応から合成した末端に3-オキソブタノイル基を持つテザー化合物と、1,3,5-トリス(ヒドロキシメチル)ベンゼンと臭化アリル類から合成した末端アルケニルアルキル基が3個置換したテザー化合物を合成した。合成した2種類のトリス(ブタンジオン)類とトリス(アルケン)類をジヒドロフラン－クリップ反応にかけ、色々な環サイズのクリプタンド類の合成を試みた。その結果、ジヒドロフラン環を介した相当するシクロファン型クリプタンド類を一段階で合成することに成功した。構成できたクリプタンド類は8種類である。また、それぞれの生成物の構造をNMR、IRおよびMSスペクトルにより決定した。さらに、生成物の収率向上を目指して、反応の最適化を行っている。特に、我々が開発した酢酸－ギ酸溶媒系を用いた反応を詳しく調べている。
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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
我々が開発したジヒドロフラン－クリップ反応を行なうに当たって、原料のベンゼン環側鎖に鎖状末端1,3-ジケトエステルが置換したテザー化合物および末端アルケニルアルキル基が置換したテザー化合物の合成には多段階を要し、各段階の反応効率を上げるのに苦労している。まずはパイロット実験として、モノ置換のテザーベンゼン誘導体をそれぞれ合成し、ジヒドロフラン－クリップ反応を色々な条件で検討し、その有用性を確認した。この時、やはり酢酸/ギ酸系溶媒が有効であることがわかった。続いて、ジ置換のテザーベンゼン誘導体をそれぞれ合成し、同様の反応にかけてジヒドロフラン環を介したシクロファン型マクロジオリド類の合成に成功した。さらに、トリス置換のテザーベンゼン誘導体をそれぞれ合成し、1,3,5-トリ置換の [11,11,11]シクロファン型クリプタンドを一段階で合成することに成功した。Mn(III)酸化反応では溶媒にギ酸を添加することでジヒドロフラン化反応の効率が向上することを報告しており、また、このパイロット実験でもそのことが確認された。令和元年度の研究ではその条件を使うことで、[11,11,11]シクロファン型クリプタンドの合成収率をさらに向上できた。さらに、[17,17,17]シクロファン型クリプタンドの合成にも成功した。現在のところ、ベンゼン三置換テザー型化合物からの大型クリプタンドの合成を目指している。これらはカゴ型スーパーファン分子を合成する上での可能性の検証であり、研究計画に沿って概ね研究は進行していると言える。さらに、ベンゼンを窒素に変え、鎖状末端1,3-ジケトエステルが3つ置換したテザーアミン化合物および末端アルケニルアルキル基が3つ置換したテザーアミン化合物も各種合成し、ジヒドロフラン－クリップ反応を調べ、ジヒドロフラン環を介した同様のクリプタンド類を一段階で合成することに成功した。
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| 今後の研究の推進方策 |
ジヒドロフラン－クリップ反応は70℃以上で行なうため、基質のベンジル位やアリル位も酸化されやすい。そのため、基質の酸化分解が起こり、生成物収率の低下を招くことがこの反応の欠点である。我々はβ-ケトエステルとアルケンの酸化反応にギ酸を添加することで、反応速度を上げ、ジヒドロフランの収率が向上することを発見した。さらに、この反応は室温で効率よく進行することも突き止めた。そこで、高温で起こりやすい基質側鎖の酸化的開裂を防ぎ、生成物の収率改善を図るために、モノ置換やジ置換テザー化合物を用いてギ酸を添加した室温条件におけるジヒドロフラン－クリップ反応をさらに詳しく調べ、シクロファン型クリプタンド化合物の生成を最適化していく。次に、1,3,5-三置換テザー化合物を用いてカゴ状クリプタンド型大環状化合物の合成をさらに詳しく調べ、反応の最適化をさらに行なう。続いて、色々な長さのテザーを持つ化合物を合成し、同様のジヒドロフラン－クリップ反応を調べる。最終的に1,2,3,4,5,6-六置換化合物の合成を試み、最終的にスーパーファン分子の合成に挑戦する。カゴ型大環状化合物の合成はアミン系配位子による金属錯体を利用したイオン反応が主流であるので、この酸化的ラジカル反応によるクリプタンド型化合物の合成が成功すれば、新たなカゴ型化合物の合成法として利用できる。また、このジヒドロフラン－クリップ反応で得られるカゴ型大環状化合物にはラジカル反応を制御するためにジヒドロフラン環にフェニル基を置換している。そのため、フェニル基同士の立体反発が予想されるので、どこまでアルキル側鎖を短くできるかにも興味が持たれる。また、この反応で得られるクリプタンド型化合物は比較的剛直な骨格と予想されるので、有機化合物をゲスト分子として包接させてその包接構造も観察したい。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
購入した試薬や旅費・人件費が予定より少額で済んだため、次年度繰越となった。繰越額は次年度の消耗品購入に繰り入れて使用する予定である。
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