研究課題
本研究では、フラッシュケミストリーの深化と体系化をめざし、その目的のために、各種有機活性種について生成と分解の速度論解析を行い、得られた速度や活性化エネルギー等の定量的データに基づいた合理的反応設計により新反応開発へと展開するとともに、有用な高次機能化合物の実践的合成を実施する。今年度は以下の研究実績を得た。1.不安定有機アニオン種の速度論的解析に基づく高度な反応系の開発これまでの研究で開発したクエンチフロー法による寿命が非常に短い不安定有機活性種の生成と分解の速度解析法に基づいて、また、o-ハロフェニルリチウム種などβ脱離をしやすい不安定リチウム種についても検討を続けた。ハロゲンーリチウム交換によるo-ハロフェニルリチウム種の発生の速度と活性化エネルギーを求めるとともに、o－ハロフェニルリチウム種のβ脱離によるベンザインの発生の速度と活性化エネルギーを求めることができた。ハロゲン－リチウム交換のほうがβ脱離よりも活性化エネルギーが小さいことと、β脱離の活性化エネルギーはハロゲンの種類に大きく依存することが明らかとなった。また、オルト位にアシルオキシ基をもつアリールリチウム種のフリース転位についても検討を続けるとともに、オルト位にアシルオキシアルキル基をもつアリールリチウム種のフリース型転位についても検討を行った。転位の速さがアルキル鎖長に、すななわち、中間体の環の大きさに大きく依存するという予備的知見を得た。２.不安定有機カチオン種の直接的観測および新反応開発平成２７年度に行った高性能フローFT-IRを用いて間接カチオンフロー法により対応するチオアセタールから発生させた鎖状および環状オオキソニウムイオンの直接観測を続けるとともに、今後のグリコシル化の重要な中間体であるグリコシルカチオンそのものの観測に向けて検討を開始した。
2: おおむね順調に進展している
不安定有機アニオン種の速度論的解析については、順調に研究が進捗している。とくにo-ハロリチウム種からのベンザイン生成の速度が、o-ハロリチウム種の前駆体に依存せず同じであるという結果が得られた。このことは、H27年度のオキシラニルリチウム種での検討で、擬一次反応条件と二次反応条件でオキシラニルリチウム種の生成の活性化エネルギーが同一であることを確認したこととあわせて、本手法の信頼性の高さを示しており、今後の研究を推進する上で意義が大きい。また、収率の温度―滞留時間マッピングから反応の活性化エネルギーを直接見積もる方法についてもさらに検討を行い、信頼性を高めた。このことから、これまでの多くの反応について蓄積してきた温度―滞留時間マッピングから活性化エネルギーについて半定量的なデータを得ることができ、それを今後の反応開発において利用できることが示唆された。さらに、高度な反応系の開発についても、オルト位にアシルオキシアルキル基をもつアリールリチウム種のフリース型転位についても系統的な研究を行うことができ、中間体の環の大きさと転位しやすさの関係を明らかにできた。これらのことから順調に研究が進捗しているといえる。非常に不安定でまだ世界中で誰も観測したことのないグリコシルカチオンの観測については、種々検討を開始しているが、まだ十分な進捗があるとは言えないがさらに挑戦をつづけていく計画である。以上のように、速度論解析など予想を超えて進捗している部分もあり、全体としては順調な進捗状況だといえる。反応設計法開発において、プレート型ミキサの流体合流部に着目し、流体の運動エネルギーをより有効に二次流れの生成に利用する合流部構造について、数値流体力学シミュレーションによる検討を行った。その結果、既往のデバイスと比べ、屈曲回数が少なく半分以下の圧力損失で目標の混合度を達成できるデバイスを提案した。
これまでに実施した、不安定有機活性種の生成、分解、異性化の速度解析に基づいてさらに、種類の異なる不安定リチウム種、とくにカルボニル基やニトリル基などの求電子性官能基を有するアリールリチウム種などについてその速度と活性化エネルギーを求める計画である。FT-IRによる直接観測について、さらに精度の高いデータを蓄積し、速度論解析や理論計算とあわせて、求電子性官能基を有するアリールリチウム種の反応の全体像を構築する。また、sp2炭素にリチウムが結合したアリールリチウム種だけでなくsp3炭素にリチウムが結合したアルキルリチウム種についても検討を行い、研究分野をさらに拡張する計画である。このようなフラッシュケミストリーでしか得られない不安定有機活性種の生成、分解、異性化の速度や活性化エネルギー、活性化エンタルピー、活性化エントロピーの系統的なデータに基づき、不安定有機活性種の化学について深化を図るとともに、フラスコではできない合成化学の開拓をさらに進める計画である。また、フロー系での光レドックス反応による活性種の生成と利用および電気化学的レドックス反応に活性種の生成と利用についてもさらに検討を行う計画である。マイクロミキサの数値流体力学シミュレーションによる設計手法および設計結果の有用性を評価するシステムを構築する。そのシステムにおいて，モニタリング情報を設計にフィードバックする手法を構築し，反応プロセス開発の効率化を目指す。
すべて 2017 2016 その他
すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 1件、 査読あり 9件、 謝辞記載あり 8件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 10件、 招待講演 12件) 備考 (2件)
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