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2022 年度 実績報告書

量子化学計算と機械学習の組み合わせによる不斉C-H官能基化触媒の深化

公募研究

研究領域デジタル化による高度精密有機合成の新展開
研究課題/領域番号 22H05327
研究機関北海道大学

研究代表者

吉野 達彦  北海道大学, 薬学研究院, 准教授 (50756179)

研究期間 (年度) 2022-06-16 – 2024-03-31
キーワードロジウム / キラルカルボン酸 / キラルピリドン / 不斉触媒 / 量子化学計算
研究実績の概要

キラル配位子のin silicoスクリーニングをおこなうためのスクリプトの開発とテストをおこなった。各エナンチオマーを与えるモデル遷移状態構造と、別途作成したキラル配位子の構造を、ユーザーのインプットに従って適切にマージし初期構造を作成、それをもとに配座探索とエネルギー計算を連続的におこなう手続きを自動化した。またエネルギー精度向上のため、各構造について半経験的レベルでの振動計算による熱力学補正値の算出も組み込んだ。以上をMPI並列化することで、クラスタ・スーパーコンピュータ環境で効率よく大規模に計算できる環境を構築した。これを用いて種々モデル系の計算やキラルカルボン酸の計算をおこなったが、一部の立体障害の大きな系で計算の結果が安定しないことが判明した。これは利用してる配座探索プログラムが、必要な配座を網羅的に出力できないこと、一部キラリティが計算中に反転してしまうことなどが原因として考えられた。そこで配座発生を1回だけでなく複数回実行し結果を統合する処理に変更し、さらに指定部分構造のキラリティの反転がおきた構造を除外する処理を組み込んだ。今後はこれをもちいて設計したキラルな触媒を幅広く探索していく。
一方で実験による検討では、キラルカルボン酸を用いた場合では反応性が不足することがわかったため、今後はキラルなピリドン類に絞って検討を行う予定である。既に一部合成検討をすすめているが、難航しているため、計算によるスクリーニングによって、より合成しやすい配位子の設計をおこないたい。

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

大規模に計算をおこなう環境やツールの準備は問題なく進んだ。実験はやや遅れてはいるが、想定内である。

今後の研究の推進方策

キラルピリドン類のin silico スクリーニングを大規模に進めつつ、合成検討を進める。また金属上の配位子についても、その影響を検討していく予定である。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (4件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] An Electron‐Deficient CpE Iridium(III) Catalyst: Synthesis, Characterization, and Application to Ether‐Directed C-H Amidation2023

    • 著者名/発表者名
      Tomita Eiki、Kojima Masahiro、Nagashima Yuki、Tanaka Ken、Sugiyama Haruki、Segawa Yasutomo、Furukawa Atsushi、Maenaka Katsumi、Maeda Satoshi、Yoshino Tatsuhiko、Matsunaga Shigeki
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: early view ページ: e202301259

    • DOI

      10.1002/anie.202301259

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Native Amide‐Directed C(sp3)-H Amidation Enabled by Electron‐Deficient RhIII Catalyst and Electron‐Deficient 2‐Pyridone Ligand2022

    • 著者名/発表者名
      Wakikawa Takumi、Sekine Daichi、Murata Yuta、Bunno Youka、Kojima Masahiro、Nagashima Yuki、Tanaka Ken、Yoshino Tatsuhiko、Matsunaga Shigeki
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 61 ページ: e202213659

    • DOI

      10.1002/anie.202213659

    • 査読あり
  • [学会発表] 電子不足CpEIr(III)錯体の合成及びエーテルを配向基として用いたC-H官能基化反応への応用2023

    • 著者名/発表者名
      冨田永希、小島正寛、永島佑貴、田中健、杉山晴紀、瀬川泰知、古川敦、前仲勝実、前田理、吉野達彦、松永茂樹
    • 学会等名
      日本薬学会第143年会
  • [学会発表] Cp*Rh(III)/chiral Lewis base hybrid catalysis for enantioselective C-H functionalization2022

    • 著者名/発表者名
      吉野達彦
    • 学会等名
      8th Asian Conference on Coordination Chemistry
    • 招待講演
  • [学会発表] 第9族金属触媒による不斉C-H官能基化2022

    • 著者名/発表者名
      吉野達彦
    • 学会等名
      令和4年度第1回 有機金属若手研究者の会
    • 招待講演
  • [学会発表] Rh(III)触媒によるアミドを配向基としたC(sp3)-H活性化/アミド化反応の開発2022

    • 著者名/発表者名
      脇川拓巳,関根大地,村田優太,文野優華,小島正寛,永島佑貴, 田中健,吉野達彦,松永茂樹
    • 学会等名
      化学系学協会北海道支部2023年冬季研究発表会

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公開日: 2023-12-25  

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