概要

生命有機化学研究室では、触媒反応を駆使した精密有機合成法に基づき、生命現象を解明するための機能性物質や工業的に付加価値の高い光学活性化合物を創製し、創薬ならびに応用化学へと繋げる基礎的研究を展開しています。新しい機能や生物活性を有する医薬品や天然物において、その分子の三次元骨格を選択的に構築するための有機合成法は、物質化学を支える基盤科学技術として発展しています。特に、原子効率(生成物/原料)の向上、E-ファクター(廃棄物/原料)の低減、毒性化合物削減の問題は、環境低負荷を指向した現代有機合成の重要課題です。生命有機化学研究室では、天然酵素の機能に匹敵するような有機反応制御を目指し、既存の手法をはるかに凌駕する高い効率と選択性を実現する人工触媒反応プロセスや新しい有機合成法を開発を目指しています。「革新的な分子触媒の開発」と「バイオミメティックな合成手法に基づいた生理機能分子の創製/機能の解明」を両輪とする生命有機化学を推進します。

(1) 酸塩基複合化学に基づく画期的な触媒デザインによる有機反応制御
(2) ナノ・キラル高機能触媒による不斉触媒反応の開発
(3) グリーンケミストリーを志向した低環境負荷反応プロセスの開発

(2)の例: エナンチオおよびジアステレオ選択的Friedel–Crafts型二重アミノアルキル化反応に有効な再利用可能シリカ担持型アンモニウムBINSA塩触媒

アルジミンによるN-ベンジル-またはN-メチルピロールのエナンチオおよびジアステレオ選択的フリーデルクラフツ型二重アミノアルキル化のためのシリカ担持アンモニウム(R)-BINSate触媒を開発しました。現在の不均一系触媒は、単一のアミノアルキル化に効果的であった以前の均一系(R)-BINSAアンモニウム触媒と比較して高い触媒活性を示しました。単純なアルジミンを使用することができ、対応するピロール由来のキラルC2対称トリアミンが、非常に高いエナンチオ選択性を備えたdl体が優先して得られました。不均一系触媒は、触媒活性やエナンチオ制御を失うことなく、簡単に回収して3回再利用できました。 XPS分析によって、3回リサイクルした後、高品質の触媒を保持していることが確かめられました。微細な不斉有機触媒作用を備えた現代のグリーンケミストリーの観点から、このようなキラルな強いブレンステッド酸触媒の開発は、実験室および工業用途の両方に役立つ可能性があります。

Asian J. Org. Chem. 2021, 10(2), 360-365.
DOI:10.1002/ajoc.202000603

(3)の例: 触媒的エステル交換法を用いる(メタ)アクリル酸エステルの効率合成

「アクリル酸エステルやメタクリル酸エステル」(以下、(メタ)アクリル酸エステルと略記) は(メタ)アクリル酸とアルコールから生成するエステルであり、高分子材料のモノマーとして、塗料、接着剤、建材、電子材料、光学材料などに広く用いられています。特に近年、電子材料分野への用途が増えており、(メタ)アクリル酸エステルの高純度化の要求が高まっています。材料の特性はモノマーの分子構造によって大きく左右されるため、高機能材料の開発には多種多様なアルコールから(メタ)アクリル酸エステル類を合成する技術が欠かせません。 (メタ)アクリル酸エステルの工業的製造法には、主に脱水縮合法とエステル交換法の2種類があります。多くの企業は脱水縮合法を採用していますが、この方法では原料に過剰の(メタ)アクリル酸を、触媒に硫酸などの強酸を必要とします。そのため、生成エステルに硫黄分が残存したり、(メタ)アクリル酸由来の酸性物質が副生し、高純度化の妨げとなっています。一方、エステル交換法では強酸を必要としないものの、アルコールの 1,4-付 加反応が競合するため、選択的反応の開発が求められます。 名古屋大学大学院工学研究科の石原一彰教授、神戸薬科大学の波多野学教授、北海道大学触媒科学研究所の長谷川淳也教授らの共同研究グループは、入手容易な嵩高いフェノールのマグネシウムまたはナトリウム塩触媒を用い、室温・無溶媒条件下、 (メタ)アクリル酸メチルとアルコールから多種多様なエステルを高収率・高選択的に合成することに成功しました。 本研究成果は、アメリカ化学会誌ACSキャタリシス (ACS Catalysis)に、2020年 12月16日にオンライン版に掲載されました。

ACS Catal. 2021, 11(1), 199-207.
DOI:10.1021/acscatal.0c04217