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2020 年度 実施状況報告書

有機フラビン環の配列制御を基盤とする機能性超分子集合体の創製

研究課題

研究課題/領域番号 19K05617
研究機関島根大学

研究代表者

飯田 拡基  島根大学, 学術研究院環境システム科学系, 准教授 (30464150)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワードフラビン / 超分子 / キラリティ / ゲル / 有機分子触媒 / 酸素酸化
研究実績の概要

リボフラビン誘導体が自己集合により形成するオルガノゲルの構造やキラル光学特性、その応用について詳細に検討を行った。特に、有機溶媒中リボフラビン誘導体をメラミン誘導体と混合すると、水素結合により会合してキラルな超分子集合体を形成、ネットワーク状構造に成長したのち溶媒を取り込むことでゲル化することを見出した。得られたゲルのキラル光学特性を調べた結果、一方向巻きに片寄ったらせん構造のようなキラル超分子構造を形成していることが示唆された。その超分子キラリティを活用しキラル材料として応用できないか検討した結果、得られた超分子ゲルが特異的な不斉吸着能を発現することが明らかとなった。
また、有機分子触媒として働くフラビン化合物とヨウ素触媒を組み合わせた二成分触媒系の開発も行った。その結果、アミノピリジンとアセトフェノンの酸化的C-N結合形成反応により、生理活性物質の重要な骨格構造であるイミダゾ[1,2-a]ピリジンが簡便に合成できることを見出した。さらにインドールとアゾールの酸化的カップリング反応が進行することも明らかとした。これらはいずれも分子状酸素のみによって駆動し、排出される副生成物は無害な水のみとなる、低環境負荷型の有機合成手法である。また、これらの反応はいずれも以前報告したチオールを用いたC-S結合形成反応と同じ反応系中で進行させることができる。その結果、C-N, C-S結合形成反応がワンポットで進行する多成分連結反応の開発にも成功した。

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

本年度は、リボフラビン誘導体とメラミン誘導体が水素結合により会合し、それらが集合して形成する超分子集合体の特性や構造、機能について詳細に検討を行った。その結果、リボフラビン誘導体とメラミン誘導体がゲル化剤として働き様々な超分子オルガノゲルが得られること、得られたゲルが不斉識別能を有するキラルソフトマテリアルとして利用できることを見出した。また、リボフラビン誘導体が発現する触媒機能について特に詳細に検討を進め、フラビン触媒とヨウ素触媒を組み合わせた二成分触媒が従来にない酸化的分子変換反応を進行させることを見出した。これらの検討を通じて、新しい環境調和型触媒反応の開発に成功したのみならず、リボフラビン誘導体の触媒機能について重要な知見が得られた。当初計画していた通り順調に成果があがっており、これらの知見に基づき今後より高度な研究成果に繋がることが期待される。

今後の研究の推進方策

次年度は、リボフラビン誘導体やリボフラビンーメラミン誘導体が形成した超分子ゲルを用い、光学分割材料やキラルセンシング材料への応用を進める。また、フラビン触媒を鍵とする多成分複合触媒とそれを用いた低環境負荷型触媒反応の開発を継続して遂行する。

次年度使用額が生じた理由

コロナウィルス感染症の影響により、当初計画していたキラルゲルの応用を検討する計画の一部について変更が生じ、次年度に実施することとした。このため、生じた未使用額は次年度の実験経費に充てる。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (10件) (うち招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Aerobic Oxidative C?H Azolation of Indoles and One-Pot Synthesis of Azolyl Thioindoles by Flavin?Iodine-Coupled Organocatalysis2021

    • 著者名/発表者名
      Tanimoto Kazumasa、Okai Hayaki、Oka Marina、Ohkado Ryoma、Iida Hiroki
    • 雑誌名

      Organic Letters

      巻: 23 ページ: 2084~2088

    • DOI

      10.1021/acs.orglett.1c00241

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phototropin-Inspired Chemoselective Synthesis of Unsymmetrical Disulfides: Aerobic Oxidative Heterocoupling of Thiols Using Flavin Photocatalysis2020

    • 著者名/発表者名
      Oka Marina、Katsube Daichi、Tsuji Takeshi、Iida Hiroki
    • 雑誌名

      Organic Letters

      巻: 22 ページ: 9244~9248

    • DOI

      10.1021/acs.orglett.0c03458

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multicomponent Synthesis of Imidazo[1,2-a]pyridines: Aerobic Oxidative Formation of C?N and C?S Bonds by Flavin?Iodine-Coupled Organocatalysis2020

    • 著者名/発表者名
      Okai Hayaki、Tanimoto Kazumasa、Ohkado Ryoma、Iida Hiroki
    • 雑誌名

      Organic Letters

      巻: 22 ページ: 8002~8006

    • DOI

      10.1021/acs.orglett.0c02929

    • 査読あり
  • [学会発表] Chemoselective Synthesis of Unsymmetrical Disulfides Using Phototropin-Inspired Flavin Photocatalysis2021

    • 著者名/発表者名
      Marina Oka, Daichi Katsube, Takeshi Tsuji, Hiroki Iida
    • 学会等名
      日本化学会 第101春季年会 (2021)
  • [学会発表] フラビン-ヨウ素触媒による酸素酸化的C-NおよびC-S結合形成反応を用いるイミダゾ[1,2-a]ピリジンの低環境負荷型合成2021

    • 著者名/発表者名
      岡井 駿樹・谷本 和雅・大門 竜馬・飯田 拡基
    • 学会等名
      日本化学会 第101春季年会 (2021)
  • [学会発表] カルバモイル化およびメラミン誘導体を用いた超分子ゲルのキラル光学特性とその不斉吸着能2021

    • 著者名/発表者名
      小迫 亮・飯田 拡基
    • 学会等名
      日本化学会 第101春季年会 (2021)
  • [学会発表] リボフラビン誘導体を有機光触媒として用いるベンジルアミンとフェニレンジアミンの酸素酸化的ベンゾイミダゾール環形成反応2021

    • 著者名/発表者名
      塩貝 雄太・飯田 拡基
    • 学会等名
      日本化学会 第101春季年会 (2021)
  • [学会発表] カルバモイル化リボフラビンと光学活性メラミン誘導体が形成する超分子ゲルの構造とキラル光学特性2021

    • 著者名/発表者名
      寺西 宥太・小迫 亮・飯田 拡基
    • 学会等名
      日本化学会 第101春季年会 (2021)
  • [学会発表] 有機触媒能を有するリボフラビン誘導体の開発と機能性高分子・超分子材料への応用2020

    • 著者名/発表者名
      飯田拡基
    • 学会等名
      第69回高分子討論会
    • 招待講演
  • [学会発表] フラビン光触媒を用いたチオールの酸素酸化的クロスカップリング2020

    • 著者名/発表者名
      岡真里奈・勝部大地・飯田拡基
    • 学会等名
      2020年日本化学会中国四国支部大会
  • [学会発表] フラビニウム-ヨウ素触媒によるイミダゾ[1,2-a]ピリジンの合成及び多成分連結反応への応用2020

    • 著者名/発表者名
      岡井 駿樹・谷本 和雅・大門 竜馬・飯田 拡基
    • 学会等名
      2020年日本化学会中国四国支部大会
  • [学会発表] リボフラビンおよびメラミン誘導体によるキラル超分子ゲルの形成とその応用2020

    • 著者名/発表者名
      小迫 亮・飯田 拡基
    • 学会等名
      2020年日本化学会中国四国支部大会
  • [学会発表] 有機分子触媒の高分子・超分子化による触媒機能制御と機能性材料への応用2020

    • 著者名/発表者名
      飯田拡基
    • 学会等名
      令和2年度 九州地区高分子若手研究会・冬の講演会
    • 招待講演
  • [備考] 島根大学 分子機能化学研究室

    • URL

      http://www.ipc.shimane-u.ac.jp/fmchem/index.html

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公開日: 2021-12-27  

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