[スポンサーリンク]

スポットライトリサーチ

フルオロホルムを用いた安価なトリフルオロメチル化反応の開発

[スポンサーリンク]

第158回のスポットライトリサーチは、名古屋工業大学工学部・斉藤 拓弥(さいとう たくや)さんにお願いしました。

斉藤さんの所属する柴田研究室では、含フッ素化合物の新規合成法の開発および機能開拓をメインテーマとして取り組んでいます。今回紹介する研究はその一環であり、産業廃棄物として安価に入手可能なガス(フルオロホルム)を含フッ素化合物合成へ活用可能にしたというものです。Scientific Reports誌、およびプレスリリースとして公表され、今回の紹介に至りました。

“Direct nucleophilic trifluoromethylation of carbonyl compounds by potent greenhouse gas, fluoroform: Improving the reactivity of anionoid trifluoromethyl species in glymes”
Saito, T.; Wang, J.; Tokunaga, E.; Tsuzuki, S.; Shibata, N. Sci. Rep. 2018, 8, 11501. doi:10.1038/s41598-018-29748-1

斉藤さんを現場で指導された柴田哲男 教授からは、以下の様な人物評を頂いています。

斉藤拓弥君は,沼津高専から成績優秀で名工大の3年次に編入し,卒業研究として私の研究室に配属されました。その後,大学院博士前期課程に進学し昨年度に修了しました。研究に対して情熱的でかつ責任感の強い学生で,私どものフロロホルム研究を3年間サポートしてくれました。難しい要求に対しても,怖じ気づくことなく,即答で取り組んでくれた元気いっぱいの学生でした。

Q1. 今回プレスリリースとなったのはどんな研究ですか?簡単にご説明ください。

フルオロホルムを用いた求核的トリフルオロメチル化反応の開発に成功しました。
フルオロホルム (HCF3) はフロン23とも呼ばれるフロンの一種です。テフロン製品などフッ素樹脂製造時の副生する温室効果ガスでもあり,その量は毎年約2万トンとも言われています。私たちの研究室では,数年前よりこのHCF3の有効利用を目指し,医薬品や農薬等,液晶材料の化学構造に見られるトリフルオロメチル (CF3) 基を含んだ有機化合物の簡便な合成法の開発研究に取り組んでいます。

私たちの研究室では以前に有機超塩基と呼ばれるホスファゼン塩基を用いてフルオロホルムからトリフルオロメチルアニオンを発生させることに成功し,トリフルオロメチル化反応を実現しました。この手法は2012年に特許申請し,2013年に論文として発表しました。しかし,ホスファゼン塩基が高価であることから,産業として活用するには障壁がありました。今回、反応溶媒にグライム類を用いるだけで、安価なカリウム塩基によってトリフルオロメチル化反応が首尾良く進行することを見つけました。そもそも反応活性種であるトリフルオロメチルアニオンは、カウンターカチオンである金属イオンとの相互作用により、容易にジフルオロカルベンへと分解します (下図a) 。そこで、グライム類が金属イオンを覆い、分解の原因となる金属-フッ素間の相互作用抑えることができれば、トリフルオロメチル化反応が優先されると考えました。検討の結果、グライムのエーテル構造の繰り返しが増えるにつれて反応収率は向上し、対応するトリフルオロメチル化体を収率よく得ることに成功しました (下図b) 。

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。

グライム類を使用したところです。論文中で述べていますが、本反応はクラウンエーテルやクリプタンドを用いても首尾よく進行します。しかし、産業廃棄物として多量にあるフルオロホルムを活用するためには、安価な手法が不可欠と考えました。先にクラウンエーテル等の手法を見つけていましたが,高価なクラウンエーテル類を使ってしまえば,2012年に特許申請したホスファゼン塩基の手法と同じことになります。そこで類似エーテル系のグライム類を選択しました。検討の中、エーテル鎖が伸びるにつれてトリフルオロメチル化体の収率が向上し、グライム類の効果が見えたときは非常に嬉しかったです。

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?

中間体の存在を支持する情報を集めるのに苦労しました。収率の変化と過去の文献検索から、鍵となる中間体構造を予想しましたが、NMR等の分析では証拠を集めることが出来ませんでした。そこで、計算化学が必要となりました。しかし,計算化学に詳しい先輩が卒業してしまっていたため、解説書を必死に読みながら手探り状態で計算化学による実証実験を行いました。グライムがカリウムカチオンを取り囲むことで、分解の原因となるK-F間の距離が大きく離れることが明らかとなったときは感動しました。

Q4. 将来は化学とどう関わっていきたいですか?

現在は某化学メーカーで研究員をしています。皆さんの役に立てるような化学製品を作り出すことを夢見ています。『化学の力』で、より良い明日を実現できる研究員になれるよう、身の回りの化学に興味を持ちながら研究に向き合っていきたいです。

Q5. 最後に、読者の皆さんにメッセージをお願いします。

研究室の多くの人に支えられながら、本研究をまとめることが出来ました。本当に感謝しています。研究をまとめ上げる時期が卒業と重なってしまいとても苦労しましたが,共同研究者の学生(王建東さん)の協力もあり論文として公開できました。共同研究者はとても大切な存在であり,常に良い関係を築いていくことが大切だと思います。また,私が未経験な計算化学も行ったことも良い経験となりました。未経験なことでも積極的に取り入れることが大切だと思います。

最後になりましたが、柴田哲男教授をはじめ,研究室の仲間にこの場を借りて心より御礼を申し上げます。

最後まで読んでくださり、ありがとうございました。

研究者の略歴

名前:斉藤拓弥
大学:名古屋工業大学大学院工学研究科
学部:生命・応用化学専攻
研究室:柴田研究室 (指導教員:柴田哲男教授)
研究テーマ:フルオロホルムを用いた直接的トリフルオロメチル化反応の開発

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. MEDCHEM NEWS 34-1 号「創薬を支える計測・検出技…
  2. rhodomolleins XX と XXIIの全合成
  3. 第95回日本化学会付設展示会ケムステキャンペーン!Part I
  4. ペプチド縮合を加速する生体模倣型有機触媒
  5. Anti-Markovnikov Hydration~一級アルコ…
  6. アンモニアを用いた環境調和型2級アミド合成
  7. 始めよう!3Dプリンターを使った実験器具DIY:準備・お手軽プリ…
  8. キノコから見いだされた新規生物活性物質「ヒトヨポディンA」

注目情報

ピックアップ記事

  1. 簡単に扱えるボロン酸誘導体の開発 ~小さな構造変化が大きな違いを生んだ~
  2. 藤嶋 昭 Akira Fujishima
  3. 三井化学が進める異業種との協業
  4. 化学者も参戦!?急成長ワクチン業界
  5. コープ転位 Cope Rearrangement
  6. 化学物質だけでiPS細胞を作る!マウスでなんと遺伝子導入なしに成功
  7. ウーロン茶に新薬開発の夢 県立大グループが新成分発見
  8. iPhoneやiPadで化学!「デジタル化学辞典」
  9. ルステム・イズマジロフ Rustem F. Ismagilov
  10. ハロルド・クロトー Harold Walter Kroto

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2018年9月
 12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930

注目情報

最新記事

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!…

CIPイノベーション共創プログラム「未来の医療を支えるバイオベンチャーの新たな戦略」

日本化学会第105春季年会(2025)で開催されるシンポジウムの一つに、CIPセッション「未来の医療…

OIST Science Challenge 2025 に参加しました

2025年3月15日から22日にかけて沖縄科学技術大学院大学 (OIST) にて開催された Scie…

ペーパークラフトで MOFをつくる

第650回のスポットライトリサーチには、化学コミュニケーション賞2024を受賞された、岡山理科大学 …

月岡温泉で硫黄泉の pH の影響について考えてみた 【化学者が行く温泉巡りの旅】

臭い温泉に入りたい! というわけで、硫黄系温泉を巡る旅の後編です。前回の記事では群馬県草津温泉をご紹…

二酸化マンガンの極小ナノサイズ化で次世代電池や触媒の性能を底上げ!

第649回のスポットライトリサーチは、東北大学大学院環境科学研究科(本間研究室)博士課程後期2年の飯…

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