[スポンサーリンク]

スポットライトリサーチ

高活性な不斉求核有機触媒の創製

[スポンサーリンク]

第37回のスポットライトリサーチは、岡山大学大学院自然科学研究科・博士課程2年の藤居 一輝さんにお願いしました。 藤居さんの所属する菅研究室では、環境調和性に優れた有機合成法の開拓とその統合プロセス化を念頭においた研究が日々行われています。新しい骨格を持つ有機分子触媒の開発もその一つです。藤居さんが萬代先生に続く著者としてメインで取り組まれた論文が、プレスリリースとともに先日公開されたことを機に、紹介させて頂くこととなりました。

“Enantioselective Acyl Transfer Catalysis by a Combination of Common Catalytic Motifs and Electrostatic Interactions” Mandai, H.; Fujii, K.; Yasuhara, H.; Abe, K.; Mitsudo, K.; Korenaga, T.; Suga, S. Nat. Commun. 2016, 7, 11297. doi: 10.1038/ncomms11297

今回は直接ご指導された研究室スタッフのお二方からコメントを頂いております。

菅誠治 教授からのコメント

藤居一輝君は福井高専から3年次編入生として本学に入学してきました。実は、小職は彼が高専生のときに福井高専にご挨拶に行く機会があり、その時からの付き合いですから、もう、6年ですね。少々やんちゃ系ではありますが、藤居君の有機合成に対する熱情は群を抜いており、その彼の強い思いが今回のすばらしい成果につながりました。さらに自分を磨いて有為な研究者へと飛躍してくれることを大いに期待しています。

萬代大樹 助教からのコメント

藤居君がプロジェクトに参画した当初は,10工程近くかけて合成したビナフチル骨格を有するDMAP誘導体を不斉触媒反応に適用しても,生成物のエナンチオマー比がほぼ50:50 erと散々な結果でした.この時期は何をやってもうまくいかない時期で精神的にきつかったと思います.藤居君はこれにめげず試行錯誤をした結果,触媒のビナフチル骨格3,3’位に水素結合性置換基を導入するというアイデアにたどり着きました.見事この触媒がヒットし,わずか0.5 mol %の触媒量で劇的な反応加速効果(DMAPの16倍)をもたらすとともに生成物のエナンチオマー比が98:2 erという素晴らしい触媒を見いだしました.本触媒は触媒合成の最終段階で様々な置換基を導入できるので,触媒ライブラリーを迅速に構築することができます.また様々なタイプのエナンチオ選択的アシル化反応に適用できる優れた触媒として,東京化成工業(株)から販売されています. 藤居君の数多くの実験をこなす能力に優れていることはもちろんのこと,実験から得られた結果を注意深く考察し,次の実験にどう活かすか自分できちんと考える事のできる優れた学生です.彼が居なかったら,このプロジェクトは成功しなかったと思います.今後の彼の研究者としての更なる活躍に期待しています.

新しい世界を切り開くには、粘り強くかつ熱意を持って取り組むことが重要であることがよく分かるのではないでしょうか。藤居さんご自身から現場のお話を伺ってみました。ご覧ください!

Q1. 今回のプレス対象となったのはどんな研究ですか?簡単にご説明ください。

本研究は高活性な不斉求核触媒の創製です。アシル基移動反応によく用いられるN,N-ジメチル-4-アミノピリジン (DMAP, 図1a)は求核触媒として広く知られており、その不斉誘導体がこれまでに数多く報告されています。しかし、それらは一般に触媒活性が低いという問題を抱えていました。その原因は不斉環境を反応点近傍に配置することにより、その立体反発によって反応中間体iiや遷移状態iiiの安定性が大きく損なわれてしまうからです (図1b)。そこで我々は、触媒を立体的・電子的にチューニングする従来のセオリーではなく、触媒構造中の極性官能基 (FG)と求核剤 (Nu-H)の静電的相互作用を利用することによって反応遷移状態を安定化させ、劇的な反応加速効果と高いエナンチオ選択性を発現させるという解決方策 (図1c)を考案し、その触媒の合成に成功しました。

図 1. (a) アルコールの触媒的アシル化反応の触媒サイクル (b) 不斉触媒化におけるN-アシルピリジニウムイオンの不安定化 (c) 静電的相互作用を活用する触媒の設計指針

図 1. (a) アルコールの触媒的アシル化反応の触媒サイクル (b) 不斉触媒化におけるN-アシルピリジニウムイオンの不安定化 (c) 静電的相互作用を活用する触媒の設計指針

Q2. 本研究テーマについて、自分なりに工夫したところ、思い入れがあるところを教えてください。

最も工夫した点は触媒設計です。この触媒構造に行き着くまでに、指導教員である萬代先生と何度も議論し、最終的に触媒活性を失わないようにあえて遠隔位にエナンチオ選択性発現の鍵となる官能基を導入することを決めました。しかし、実際はどのような官能基が良好な結果に結びつくか見当がつかなかったため、最終ステップで多様な極性官能基に変換できる触媒合成ルートを選定しました。その結果、ヒドロキシ基を有する触媒誘導体が様々なアシル基移動反応を著しく促進することを見出すことができました。特に、Steglich転位反応では我々の想定を大きく超えた劇的な反応加速効果を示し、低触媒量化や大量スケールでの反応、触媒の回収・再利用が可能な触媒反応系を確立できました。

Q3. 研究テーマの難しかったところはどこですか?またそれをどのように乗り越えましたか?

最も難しかったのは、本論文のメインテーマである不斉Steglich転位反応 (図2a)ではなく、シンプルなアルコールのエナンチオ選択的なアシル化反応 (図2b)でした。私は、求核触媒 (主にDMAP)が最もよく用いられるアルコールのアシル化反応でどうしても良好な結果を出したいと考えていました。本触媒は反応基質との静電的相互作用による不斉認識を行っているため、シンプルな構造の反応基質に対しての不斉認識は非常に難しいのですが、そうした強い思いから触媒構造の更なるチューニングや反応系の検討に長い時間を費やしました。現段階では、完全に満足できる結果は得られていませんが、触媒反応系をどのように最適化すればよいかの沢山のヒントを得ることができ、反応適用範囲の広い触媒へと発展させることができました (図2c,d)。

図 2. (a) エナンチオ選択的Steglich転位反応 (b) 第二級カルビノールの速度論的光学分割 (c) d,l-1,2-ジオールの速度論的光学分割 (d) meso-1,2-ジオールの非対称化反応

図 2. (a) エナンチオ選択的Steglich転位反応 (b) 第二級カルビノールの速度論的光学分割 (c) d,l-1,2-ジオールの速度論的光学分割 (d) meso-1,2-ジオールの非対称化反応

Q4. 将来は化学とどう関わっていきたいですか?

どのような形であっても、有機化学分野における研究に生涯携わっていきたいです。今の好奇心をそのままに絶えずチャレンジし、これから待ち受ける様々な困難に自分にしかできないアプローチで立ち向かって行きたいと思います。

Q5. 最後に、読者の皆さんにメッセージをお願いします。

有機化学は私に沢山の楽しさや感動を与えてくれました。そんな有機化学を専攻し、ほんとに良かったと思います。私は学部生時代から自分自身で機能のある分子を創りあげたいと考えていたので、この研究は大きなやりがいがありました。これから先の研究においても様々な問題に直面すると思いますが、もっと驚くような研究成果を発表していきたいと思います。在学中にさらに満足できる結果を出したいので、日々の研究により一層励みたいと思います。

関連リンク

研究者の略歴

sr_K_Fujii_1藤居 一輝(ふじい かずき)

所属: 岡山大学大学院自然科学研究科応用化学専攻 合成プロセス化学研究室 (菅研究室)

略歴: 2013年3月 岡山大学工学部物質応用化学科卒業。2015年3月 岡山大学大学院自然科学研究科化学生命工学専攻修了、同年博士後期課程に進学。現在に至る。

研究テーマ: 「高活性な不斉求核触媒の創製と不斉反応への展開」

Avatar photo

cosine

投稿者の記事一覧

博士(薬学)。Chem-Station副代表。国立大学教員→国研研究員にクラスチェンジ。専門は有機合成化学、触媒化学、医薬化学、ペプチド/タンパク質化学。
関心ある学問領域は三つ。すなわち、世界を創造する化学、世界を拡張させる情報科学、世界を世界たらしめる認知科学。
素晴らしければ何でも良い。どうでも良いことは心底どうでも良い。興味・趣味は様々だが、そのほとんどがメジャー地位を獲得してなさそうなのは仕様。

関連記事

  1. Impact Factorかh-indexか、それとも・・・
  2. 世界初の気体可塑性エラストマー!!
  3. 室温以上で金属化する高伝導オリゴマー型有機伝導体を開発 ―電子機…
  4. 分子運動を世界最高速ムービーで捉える!
  5. 力を加えると変色するプラスチック
  6. 【十全化学】核酸医薬のGMP製造への挑戦
  7. 有機合成化学協会誌3月号:鉄-インジウム錯体・酸化的ハロゲン化反…
  8. 【10月開催】マイクロ波化学ウェブセミナー

注目情報

ピックアップ記事

  1. カーボンナノチューブを有機色素で染めて使う新しい光触媒技術
  2. 反応中間体の追跡から新反応をみつける
  3. Mestre NovaでNMRを解析してみよう
  4. 有機ホウ素化合物の「安定性」と「反応性」を両立した新しい鈴木–宮浦クロスカップリング反応の開発
  5. 配位子だけじゃない!触媒になるホスフィン
  6. テオ・グレイ Theodore Gray
  7. 理系女性の人生設計ガイド 自分を生かす仕事と生き方
  8. Happy Friday?
  9. ギー・ベルトラン Guy Bertrand
  10. 化学研究特化型アプリまとめ

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2016年6月
 12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
27282930  

注目情報

最新記事

第12回慶應有機化学若手シンポジウム

概要主催:慶應有機化学若手シンポジウム実行委員会共催:慶應義塾大学理工学部・…

新たな有用活性天然物はどのように見つけてくるのか~新規抗真菌剤mandimycinの発見~

こんにちは!熊葛です.天然物は複雑な構造と有用な活性を有することから多くの化学者を魅了し,創薬に貢献…

創薬懇話会2025 in 大津

日時2025年6月19日(木)~6月20日(金)宿泊型セミナー会場ホテル…

理研の研究者が考える未来のバイオ技術とは?

bergです。昨今、環境問題や資源問題の関心の高まりから人工酵素や微生物を利用した化学合成やバイオテ…

水を含み湿度に応答するラメラ構造ポリマー材料の開発

第651回のスポットライトリサーチは、京都大学大学院工学研究科(大内研究室)の堀池優貴 さんにお願い…

第57回有機金属若手の会 夏の学校

案内:今年度も、有機金属若手の会夏の学校を2泊3日の合宿形式で開催します。有機金…

高用量ビタミンB12がALSに治療効果を発揮する。しかし流通問題も。

2024年11月20日、エーザイ株式会社は、筋萎縮性側索硬化症用剤「ロゼバラミン…

第23回次世代を担う有機化学シンポジウム

「若手研究者が口頭発表する機会や自由闊達にディスカッションする場を増やし、若手の研究活動をエンカレッ…

ペロブスカイト太陽電池開発におけるマテリアルズ・インフォマティクスの活用

持続可能な社会の実現に向けて、太陽電池は太陽光発電における中心的な要素として注目…

有機合成化学協会誌2025年3月号:チェーンウォーキング・カルコゲン結合・有機電解反応・ロタキサン・配位重合

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2025年3月号がオンラインで公開されています!…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー