| 研究課題/領域番号 |
19K05426
|
|---|
| 研究機関 | 龍谷大学 |
|---|
研究代表者 |
岩澤 哲郎 龍谷大学, 先端理工学部, 教授 (80452655)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| キーワード | Inherent キラルキャビタンド / キャビタンド触媒 / 人工酵素 / キラル化学 / ホスホン酸 |
|---|
| 研究実績の概要 |
レゾルシンアレンを底部・キノキサリンを壁部・ホスホン酸を横縁部に持つキャビタンドを足場分子として、従来にはないInherentキラルキャビタンド群のラセミ体合成を行った。また、これら新規キャビタンドホスホン酸のブレンステッド酸としての能力を確認することにも成功した。概要は次の通り。①ホスホン酸合成は、ピリジン溶媒下にてオキシ三塩化リンをキノキサリン壁を３つ持つジオール型キャビタンド足場分子に混ぜれば調製できた。精製操作の過程でエマルジョン状態がしつこく続いたため困難を極めたが、遠心分離機を使用することでこれを解決することができた。また、再沈殿操作と再結晶操作を組み合わせることで、純度の十分に高い目的物を得ることができた。②数種類のホスホン酸体は、包接空間にピリジン分子を一つだけ取り込んだホスト・ゲスト錯体となっていることが単結晶のX線結晶構造解析から認められた。ホスホン酸の水素原子とピリジンの孤立電子対とが酸塩基対を形成していることも確認した。③ホスホン酸の対面にあるキノキサリン部位の上部縁部から反応性官能基（特に生体においても普遍的に認められるカルボニル基）をレゾルシンアレン底部に向け、キャビティーに二種類の置換基を配置したInherentキラルキャビタンドを首尾良く合成することができた。反応性官能基として、モノメチルエステル基・ジメチルエステル基・二トリル基・ホルミル基を扱うと、内向性を帯びることがわかった。④前述の内向性官能基は、包接されている塩基対であるピリジン環の有無を認識できることをNMRを用いて明らかにした。⑤無置換のキノキサリン3枚を壁部にもつホスホン酸キャビタンドは、その包接空間にいくつかの含窒素小分子をゲストとして取り込み、高い分子認識能を示すことを見出した。Inherentキラルキャビタンドの不斉触媒反応場にとって貴重な知見となり得る。
|
| 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
実施計画に沿った進捗をはかることができている。これまでに、キャビティーに向かってホスホン酸が作用するようなキャビタンドやInherentキラルキャビタンドの合成開発に成功しているからである。ホスホン酸ピリジニウム塩の酸塩基対としての単離に関して、カラム精製をすることなくプロセス化学的な生産性の高い実験項を確立することができた点は、時間を要したが、本案の発展的な進捗に大きく寄与するものであると考えている。また、強酸性の官能基であるにもかかわらず、調製した全てのキャビタンドが花瓶型構造を取りつつアミン類に対する分子認識能をもって明確なホスト・ゲスト錯体を形成する。この事実は、従来にはない触媒反応場を構築するにあたり、重要な知的基盤である。想定外だったことは、キノキサリン壁の上縁部から吊り下げた置換基が、ゲスト分子の有無を明確に認識できたことである。ゲスト分子が空隙に所在する場合は置換基を外側に向け、所在しない場合は空隙内部を埋めようとするこの挙動は、従来の官能基キャビタンドには見られなかった特性であり、二官能性キャビタンドの新たな特徴であろう。この特徴は、２種類の異なるホスト側の官能基がゲスト分子と多点での分子認識や相互作用を起こして基質を活性化し、かつ、Inherentキラリティーによる立体化学もゲストに反映させる人工酵素の開発につながるものであると期待している。ただし、厳しかった点は、三個のキノキサリン部位が立体障害となって、包接されたゲスト分子と外部分子との分子間反応（分子間相互作用）が起こりにくいことであった。これを解決するには、おそらく、ホスホン酸部位からみて、トランス位またはシス位のキノキサリンをメチレンに変更して立体障害を軽減して反応場を広げる方策が現実的かと思われる。
|
| 今後の研究の推進方策 |
第一に臨むべきは、キャビタンド型ホスホン酸の反応性を把握して理解し、その触媒としての利活用を見出すこと。Inherentキラリティーとホスト分子・ゲスト分子それぞれの動的挙動との相関はおおよそ理解できた。また、トランス位またはシス位にキノキサリンを有するキャビタンド型ホスホン酸を量の立ち上げも含めて合成できた。これらを踏まえると、これらホスト分子の触媒能を開拓する局面に入ったと捉えている。これらキャビタンドには潜在的にInherentキラリティーを持たせることができるため、その量論もしくは触媒として展開することができれば、Inherentキラリティーの増幅もしくは転写を評価することが可能となる。したがって、今後の進捗の方策における要諦は次の通り。①合成したキャビタンド型ホスホン酸の分子認識能の特徴を理解すること。窒素官能基や酸素官能基などを有するゲスト分子に対する分子認識能を調べて理解し、ゲスト分子として包接できる化合物のサイズや形や化学的性質について把握すること。②ホスホン酸をブレンステッド酸触媒として見立てて、その反応性や基質の活性化能を把握すること。キャビタンド型ホスホン酸は大きな立体障害を有することが予想されるため、触媒能をどの程度まで発揮できるかどうか、見極める必要がある。パイ電子豊富な化学空隙がその立体障害を補って余りあるくらいに、遷移状態化学種や反応中間体を安定化できるかどうかを実証できれば良いと考える。③特徴的な触媒能を比較するための評価軸として選択性を取り上げるための反応系を見出す。化学選択性や位置選択性や基質選択性などさまざまな選択性が考えられる。Inherentキラリティーの評価はそうした選択性を元にして考える。いずれにせよ礎となる触媒反応性を見出すことが鍵と考える。
|
| 次年度使用額が生じた理由 |
数種類のキャビタンド型ホスホン酸の合成自体には成功したが、壁部であるキノキサリン部位の化学修飾実験やプロセス化学的な合成方法の確立実験において想定していたよりも労力と時間を要し、また、動的挙動の解析やデータ収集にも多大な時間を要してしまった。静的な挙動（固体状態での単結晶作成とその結晶構造解析）の解析にも、結晶学的に質の高いデータを取得する必要があったため、想定を超えて多大な時間を費やす結果となってしまった。ただしその分、どの実験においても信頼度の高いデータを得ることには成功し、Inherentキラリティーの理解とその展開を支持するに足るしっかりしたデータを得ることができた。こうした状況のため、反応化学検討には十分な対応を行うことができず、種々試薬等の購入について見直しを行い、次年度への使用額が生じた。次年度の計画について、今後の研究の推進方策の項目にて記載した内容に主として力点を置いて使用し、キャビタンド型ホスホン酸の有する触媒性能の発掘とそのInherentキラリティーへの展開に努める計画を考えている。使用計画の一つは、数種類のキャビタンド型ホスホン酸の量を立ち上げること。二つ目は、調製したホスホン酸を用いてキャビタンドの特徴を反映した触媒性能（例えば選択性）を見出すこと。三つ目は、見出した触媒作用や触媒系に沿って、Inherentキラリティーの増幅や転写を見出すことである。
|
