糖化学の新展開のための非平衡カルボカチオン化学のネットワーク構築

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 20KK0121
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 永木 愛一郎 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80452275)
• 研究分担者: 宮村 浩之 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (00548943) ; 信田 尚毅 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 助教 (20839972) ; 殿村 修 京都大学, 工学研究科, 助教 (70402956) ; 芦刈 洋祐 京都大学, 工学研究科, 研究員 (70865584)
• 研究期間 (年度): 2020-10-27 – 2026-03-31
• キーワード: マイクロリアクター / フロー / グリコシルカチオン

研究実績の概要

有機カチオン種は正電荷を有した短寿命な活性中間体であり、化学反応や生体反応において最も頻繁に発生する中間体の一つである。有機化学分野で古くから合成に利用されており、現在も主にカチオン前駆体とLewis酸から求核剤共存下、カチオン中間体を平衡（可逆）的に発生させ、求核剤で瞬時補足して様々な化合物が合成されている。一方で、有機カチオン種は、その不安定さから求核剤非共存下で非平衡（不可逆）的に発生させることは困難であり、これがカチオン化学の展開を妨げてきた。特に、糖鎖合成の中心となるグリコシル化反応の鍵中間体と考えられているグリコシルカチオンは、極めて不安定であることから、直接的な観測はなされておらず、その構造や反応性の研究は推定の域を出ていない。このような背景のもと、本国際共同研究では、仏ポワティエ大学のThibaudeau教授との共同研究を通し、若手研究者を育成すると共に、申請者らの有するフローマイクロ合成技術と、Thibaudeau教授の開発した超強酸技術とを融合させ「超強酸フロー技術」の構築を行う。そのために、超強酸フロー技術は、超強酸によって非平衡発生させた不安定カチオン種を、フローマイクロリアクターによって観測し合成利用する技術であり、超不安定カチオン種の発生、観測および合成利用が可能となる世界初の画期的な方法論の開発を検討した。さらに、電解酸化およびLewis酸といった他のカチオン発生法についてもフローマイクロ技術との融合を図ることで、グリコシルカチオンなど超不安定カチオン種の非平衡発生手法を体系化することも研究課題とする。国際的なカチオン化学研究ネットワークによる非平衡カチオン化学の統一理論構築を通じ、糖鎖化学への新たな展開が期待される。

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

理由
研究計画の妥当性があったため。

今後の研究の推進方策

計画通り検討を進める。

次年度使用額が生じた理由

使用計画について見直しを行う

研究成果

• [国際共同研究] バーリ大学(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: バーリ大学
• [国際共同研究] フランス国立科学研究センター(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: フランス国立科学研究センター
• [国際共同研究] ポワティエ大学(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: ポワティエ大学
• [雑誌論文] Flash Chemistry Makes Impossible Organolithium Chemistry Possible (2021)
  • 著者名/発表者名: Aiichiro Nagaki, Yosuke Ashikari, Masahiro Takumi, Takashi Tamaki
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 50 ページ: 485-492
  • DOI: 10.1246/cl.200837
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Insight into the Ferrier Rearrangement by Combining Flash Chemistry and Superacids (2021)
  • 著者名/発表者名: Naresh Bhuma, Ludivine Lebedel, Hiroki Yamashita, Yutaka Shimizu, Zahra Abada, Ana Arda, Jerome Desire, Bastien Michelet, Agnes Martin-Mingot, Ali Abou-Hassan, Masahiro Takumi, Jerome Marrot, Jesus Jimenez-Barbero, Aiichiro Nagaki, Yves Bleriot, Sebastien Thibaudeau
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 60 ページ: 2036-2041
  • DOI: 10.1002/anie.202010175
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A Synthetic Approach to Dimetalated Arenes Using Flow Microreactors and the Switchable Application to Chemoselective Cross-Coupling Reactions (2020)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Ashikari, Tomoko Kawaguchi, Kyoko Mandai, Yoko Aizawa, Aiichiro Nagaki
  • 雑誌名: Journal of American Chemical Society 巻: 142 ページ: 17039-17047
  • DOI: 10.1021/jacs.0c06370
  • 査読あり
• [雑誌論文] Accelerating Heat-Initiated Radical Reactions of Organic Halides with Tin Hydride Using Flow Microreactor Technologies (2020)
  • 著者名/発表者名: Yiyuan Jiang, Yosuke Ashikari, Kaiteng Guan, Aiichiro Nagaki
  • 雑誌名: Synlett 巻: 31 ページ: 1937-1941
  • DOI: 10.1055/s-0040-1707307
  • 査読あり
• [雑誌論文] Trapping of Transient Thienyllithiums Generated by Deprotonation of 2,3- or 2,5-Dibromothiophene in a Flow Microreactor (2020)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Okano, Yoshiki Yamane, Aiichiro Nagaki, Atsunori Mori
  • 雑誌名: Synlett 巻: 31 ページ: 1913-1918
  • DOI: 10.1055/s-0040-1706479
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fluoro‐Substituted Methyllithium Chemistry: External Quenching Method Using Flow Microreactors (2020)
  • 著者名/発表者名: Marco Colella, Arianna Tota, Yusuke Takahashi, Ryosuke Higuma, Susumu Ishikawa, Leonardo Degennaro, Renzo Luisi, Aiichiro Nagaki
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 59 ページ: 10924-10928
  • DOI: 10.1002/anie.202003831
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Pd catalysts supported on dual-pore monolithic silica beads for chemoselective hydrogenation under batch and flow reaction conditions (2020)
  • 著者名/発表者名: Tsuyoshi Yamada, Aya Ogawa, Hayato Masuda, Wataru Teranishi, Akiko Fujii, Kwihwan Park, Yosuke Ashikari, Noriyuki Tomiyasu, Tomohiro Ichikawa, Riichi Miyamoto, Hongzhi Bai, Kiyoshi Matsuyama, Aiichiro Nagaki, Hironao Sajiki
  • 雑誌名: Catalysis Science & Technology 巻: 10 ページ: 6359-6367
  • DOI: 10.1039/d0cy01442g
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bromine-Lithium Exchange on a gem-Dibromoalkene, Part 2: Comparative Performance of Flow Micromixers (2020)
  • 著者名/発表者名: Katia Perez, Baptiste Picard, Daniela Vuluga, Fabrice Burel, Rainier Hreiz, Laurent Falk, Jean-Marc Commenge, Aiichiro Nagaki, Jun-ichi Yoshida, Isabelle Chataigner, Jacques Maddaluno, Julien Legros
  • 雑誌名: Organic Process Research & Development 巻: 24 ページ: 787-791
  • DOI: 10.1021/acs.oprd.0c00203
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 時間を空間で制御する高分子合成化学 (2020)
  • 著者名/発表者名: 永木愛一郎、高橋裕輔
  • 雑誌名: 高分子 巻: 69 ページ: 355-358
  • 査読あり
• [学会発表] 令和2年度のフロー研究の取り組みについて (2021)
  • 著者名/発表者名: 永木愛一郎
  • 学会等名: 2020年度マイクロコンソーシアム講演会
  • 招待講演
• [学会発表] フローマイクロ高速合成化学 (2021)
  • 著者名/発表者名: 永木愛一郎
  • 学会等名: 近畿化学協会合成部会第2回合成フォーラム
  • 招待講演
• [学会発表] マイクロリアクターの特長を活かした環境調和型の精密高速合成化学 (2021)
  • 著者名/発表者名: 永木愛一郎
  • 学会等名: 有機合成化学協会2019年度企業冠賞受賞講演会
  • 招待講演
• [学会発表] フローマイクロリアクターを用いた合成化学の基礎と応用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 永木愛一郎
  • 学会等名: CMCリサーチウェビナー
  • 招待講演
• [学会発表] フローショッテン・バウマン反応による界面活性剤の高効率合成 (2021)
  • 著者名/発表者名: 永木愛一郎
  • 学会等名: 第11回化粧品開発展アカデミックフォーラム
  • 招待講演
• [学会発表] 有機合成への応用技術と実用化事例 (2020)
  • 著者名/発表者名: 永木愛一郎
  • 学会等名: サイエンス&テクノロジー特別セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 令和2年度までのマイクロ化学研究の活動と取り組みについて (2020)
  • 著者名/発表者名: 永木愛一郎
  • 学会等名: マイクロコンソーシアム講演会
  • 招待講演
• [学会発表] フローマイクロ高速合成化学 (2020)
  • 著者名/発表者名: 永木愛一郎
  • 学会等名: 第126回創薬科学セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] フローマイクロ高速合成化学：フッ素化学への展開について (2020)
  • 著者名/発表者名: 永木愛一郎
  • 学会等名: 第14回フッ素化学セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] フロー合成による精密合成化学の革新 (2020)
  • 著者名/発表者名: 永木愛一郎
  • 学会等名: 京大テックフォーラム「フロー合成化学とシステム技術」
  • 招待講演
• [学会発表] フローマイクロリアクターを用いた合成化学の基礎と応用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 永木愛一郎
  • 学会等名: シーエムシーリサーチ
  • 招待講演
• [学会発表] バッチ技術では実現できないフローマイクロリアクター反応・生産技術まで ～基本的な考え方から実際の応用例～ (2020)
  • 著者名/発表者名: 永木愛一郎
  • 学会等名: 情報機構セミナーセミナー「バッチ技術では実現できないフローマイクロリアクター反応・生産技術」
  • 招待講演
• [学会発表] マイクロ高速合成化学の開拓とその後の展開について (2020)
  • 著者名/発表者名: 永木愛一郎
  • 学会等名: フロー・マイクロ合成研究会第34回公開講演会
  • 招待講演
• [学会発表] フローショッテン・バウマン反応による界面活性剤の高効率合成 (2020)
  • 著者名/発表者名: 永木愛一郎
  • 学会等名: 第1回化粧品開発展アカデミックフォーラム
  • 招待講演
• [学会発表] マイクロリアクターを用いた超高速反応による精密有機合成化学 (2020)
  • 著者名/発表者名: 永木愛一郎
  • 学会等名: フロー精密合成コンソーシアム（FlowST）第13回ワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] マイクロリアクターによるフラスコでは達成不可能な合成化学 (2020)
  • 著者名/発表者名: 永木愛一郎
  • 学会等名: 京都リサーチパークサイエンスカフェ「ふれデミックカフェ」
  • 招待講演
• [学会発表] フローリアクターを用いた合成反応、プロセス設計と応用例 (2020)
  • 著者名/発表者名: 永木愛一郎
  • 学会等名: 技術情報協会セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] マイクロフロー合成とプロセスインフォとの融合と展開について (2020)
  • 著者名/発表者名: 永木愛一郎
  • 学会等名: 科学技術振興機構（JST）俯瞰ワークショップ
  • 招待講演
• [図書] マイクロ・ナノ熱工学の進展 (2021)
  • 著者名/発表者名: 芦刈洋祐、永木愛一郎
  • 総ページ数: 808
  • 出版者: 株式会社エヌ・ティーエス
  • ISBN: 978-4-86043-722-0
• [図書] フロー合成、連続生産のプロセス設計、条件設定と応用事例 (2020)
  • 著者名/発表者名: 永木愛一郎ほか
  • 総ページ数: 599
  • 出版者: 技術情報協会
  • ISBN: 978-4-86104-820-3
• [図書] マイクロリアクター/フロー合成による反応条件を最適化した導入と目的に応じた実生産への適用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 永木愛一郎ほか
  • 総ページ数: 270
  • 出版者: サイエンス＆テクノロジー社
  • ISBN: 978-4-86428-211-6