| 研究課題/領域番号 |
19K05578
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| 研究機関 | 群馬大学 |
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研究代表者 |
覚知 亮平 群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (00743816)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 多成分連結反応 / アミノ酸 / Petasis反応 |
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| 研究実績の概要 |
α-アミノ酸は生化学のみならず、合成化学においても重要な役割を担う物質群である。α-アミノ酸は高分子化学においても最も重要なビルディングブロックの一つであり、例えばα-アミノ酸がアミド結合で連結されたポリペプチドのモノマー単位となる。しかしながら、双性α-アミノ酸自身を繰り返し単位とする高分子の合成はほとんど知られていない。一方で、高分子状双性α-アミノ酸は、その化学的特徴から生体適合性や有機触媒の発現が期待されるため、その合成は新しい材料科学を拓きうる。この目的のため、芳香族ボロン酸、グリオキシル酸、アミン間のPetasis三成分連結反応（Petasis-3CR）が有用な解決手段となりうると考えられるが、有機ボロン酸の性質が合成的な制限となる。以上を考慮し、本研究では1) 高分子合成を指向したPetasis-3CRの再設計ならびに2) 改良Petasis-3CRによる新規高分子合成の開拓を展開した。
本年度は、Petasis-3CRの改良法の開拓に成功した。通常のPetasis-3CRは、有機ボロン酸、グリオキシル酸、アミン間の反応を指す。一方、本研究では有機ボロン酸の代わりにそのメチルイミノ二酢酸（MIDA）エステル体が使用可能であることを明らかにした。具体的には、有機ボロン酸のMIDAエステル、グリオキシル酸、アミン間の3成分連結反応が塩基性条件下で進行することが判明した。この知見を基に、有機ボロン酸のMIDAエステルを有する高分子を合成し、グリオキシル酸とアミンを反応させることで、高分子状α-アミノ酸の合成に成功した。
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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
本年度は主に、高分子合成への展開を指向したPetasis-3CRの改良に取り組んだ。具体的にはジベンジルアミンをモデルアミン基質、グリオキシル酸をアルデヒド基質とし、様々なボロン求核剤との反応を1H NMRにより詳細に評価した。はじめに対照実験として、ボロン酸を用いた従来のPetasis反応を行った。その結果、ほぼ定量的に対応するα-アミノ酸が生成していることが1H NMR測定より強く示唆された。続いて、最も単純なボロン酸の保護形式であるボロン酸エステルの反応性を評価したところ、反応が進行しないことが明らかとなった。そこで、最新のボロン酸保護形式であるメチルイミノ二酢酸（MIDA）エステル体に着目した。ボロン酸のMIDAエステル体は塩基条件下でボロン酸を徐放することが知られている。その結果、塩基性物質を添加しない場合には、38%の転化率で原料が消費され、系中にα-アミノ酸が生成したことが分かった。上記の結果から、塩基性物質を添加しない場合には、Petasis反応における求核剤として作用しないことが強く示唆された。そこで、反応系に塩基性物質を添加したところ、Petasis反応がほぼ定量的に進行し、α-アミノ酸を与えることが明らかとなった。
以上の知見から、ボロン酸のMIDAエステル体を有する高分子の合成を行った。具体的には、はじめに4-ビニルフェニルボロン酸MIDAエステル（4-St-BMIDA）を市販の4-ビニルフェニルボロン酸から誘導した。得られた4-St-BMIDAのラジカル重合により、対応するポリ（4-ビニルフェニルボロン酸MIDAエステル）（poly-4-St-BMIDA）を合成した。さらに、poly-4-St-BMIDAに対してアミンとグリオキシル酸を塩基性下で反応させることで、対応するポリ（α-アミノ酸）の合成に成功した。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究では、想定以上の成果が得られている。第2年度では改良Petasis-3CRに基づく高分子反応の有用性を更に拡張する。本年度は、モデル反応として、スチレン型モノマーおよびポリマーを活用したため、第二年度では、引き続き合成化学の深化に従事し、本法に適用可能なモノマーやポリマーの範囲を拡張する。さらに、改良Petasis反応の反応条件最適化をすすめ、より温和な反応条件を探索する。
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