[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

新たなクリックケミストリーを拓く”SuFEx反応”

[スポンサーリンク]

 

“Click”(カチッと音を立ててくっつく)という意味の英単語が表すとおり、「手軽に強固な結合をつくる高化学選択的・高収率・高速反応を使ったものづくり」を統合的に捉える化学がクリックケミストリーです。ノーベル賞受賞者でもあるK.B.Sharplessらによって提唱された概念ですが、その未来像と価値を示した総説[1]は既に5000回以上の引用数(2014年8月現在、Web of Science調べ)を誇っており、いまや途轍もない普及力を見せています。

アジド-アルキンの[3+2]付加環化(Huisgen環化)が代名詞的反応として知られていますが、もちろんこれ一つに道具を絞らなくてはならない理由はどこにもありません。例えばチオール-エン反応なども、クリックケミストリーに適した反応として近年盛んに活用されています。

さてつい先日、クリックケミストリーの枠を更に広げる道具としての硫黄-フッ素交換反応(SuFEx反応)の活用がSharplessらによって提案されました。今回はその総説[2]からかいつまんでご紹介しましょう。

 

SuFEx反応とは?

硫黄(VI)フッ化物のS-F結合は、適切な活性化を経ることで求核剤(アルコールやアミン)と置換反応を起こします。化学選択性も高く、大スケールでも実施可能です。水系溶媒でも問題なく進行します。

SuFEX_3.gif

これは原料となるSO2F基が、酸化・還元・加水分解などの各種化学条件にきわめて安定であることが理由です。特定の活性化条件(プロトン源もしくはケイ素化合物の共存)に伏さない限り、目立った反応性を示さないため高い化学選択性が生じるのです。

塩素アナログであるSO2Cl基はさほど安定でもないのですが、なぜフッ素に変えるだけでこうまで安定になるのでしょうか?

これは2つの理由によるとされています。

一つは結合エネルギー。S(VI)-Fの結合エネルギーはおよそ80-90kcal/mol (SO2F2)程度と見積もられており、S(VI)-Clのそれ(SO2Cl2:46kcal/mol)よりも圧倒的に強固です。このためS(VI)-Cl結合のようにホモリティック開裂から分解するという反応性を示しません。

二つ目はS(VI)中心における求核置換反応の遅さ。実はスルホネートの求核置換反応は、そもそもが起こりづらいものです。MsCl、TsCl、Tf2Oなどが有機合成でルーチンユースであることを知る身からは少し意外な気もします。しかし下図のように、SO2Cl基がスルホニル化ではなく塩素化目的にしばしば使われる現実からもこの特性を理解することができます。塩素をフッ素に変えるとこの反応が進行しなくなるのです。

 

SuFEX_4.gif

SuFEx反応をクリックケミストリー目的で用いる際に難があるとすれば、まずフッ化ケイ素由来のゴミが出てしまうこと。とはいえ安定で不活性なものがほとんどなので、多くの場合欲しいもの機能に影響は与えないだろうとされています。

もう一つは合成原料になるSO2F2が毒性気体であること。総説中でもドラフト中で扱うことが推奨されています。とはいえこちらは「危ないものを使うと競争相手が少ないから早く一流になれるよ」と言ったという逸話を持つSharplessならではの着眼点と見れば、ある意味大変にオリジナリティある目線かも知れません(笑)。

 

応用例

 

総説が報告されたばかりのタイミングなので応用は当然これからなのですが、Sharpless自身が行ったデモを一つご紹介しましょう。

彼らはビスフェノールサルフェート重合体をSuFEx反応で合成しています[3]。下記のように触媒量の有機塩基存在下、二つのユニットをneat条件で混ぜるだけでビスフェノールの共重合体を得ることができます。反応効率が良く加水分解などの停止反応に強いため、分子量の大きなポリマーが作れることが一つの特徴です。

 

SuFEX_8.jpg

 

ビスフェノールカーボネート重合体はLexanという名で実用されていますが、これと今回合成したサルフェート体との間で材料特性を比較しています。ポリカーボネート体は強塩基性条件下で分解してしまうのですが、ポリサルフェート体は安定です。また酸素透過性もサルフェート体のほうが低く、空隙がより小さなものになっているようです。反応の化学選択性が高いため、様々な官能基が導入されたポリマーも作ることができます。

過去に全く注目を集めていなかった化学変換の一つですが、今回ようやく数多の研究者に分かりやすい形で価値が提示されました。材料、医薬、その他諸々、あらゆる方向で応用が進むことが期待されます。

読者の皆さんも、活用法をいろいろ考えてみてはどうでしょうか。

 

関連文献

[1] “Click Chemistry: Diverse Chemical Function from a Few Good Reactions” Kolb, H. C.; Finn, M. G.; Sharpless, K. B. Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 2004. [abstract]
[2] “Sulfur(VI) Fluoride Exchange (SuFEx): Another Good Reaction for Click Chemistry” Dong, J.; Krasnova, L.; Finn, M. G.; Sharpless, K. B. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, Early View. DOI: 10.1002/anie.201309399
[3] “SuFEx-Based Synthesis of Polysulfates” Dong, J.; Sharpless, K. B.; Kwisnek, l.; Oakdale, J. S.; Fokin, V. V. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, Early View. doi:10.1002/anie.201403758

 

関連書籍

 

外部リンク

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. タキサン類の全合成
  2. 再生医療関連技術ーChemical Times特集より
  3. サラダ油はなぜ燃えにくい? -引火点と発火点-
  4. 有機ナノチューブの新規合成法の開発
  5. 鉄とヒ素から広がる夢の世界
  6. NIMSの「新しいウェブサイト」が熱い!
  7. 海外の教授にメールを送る-使える英語表現と文例
  8. 環状アミンを切ってフッ素をいれる

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. モルヒネ morphine
  2. 天然物の生合成に関わる様々な酵素
  3. 20年新卒の志望業界ランキング、化学は総合3位にランクイン
  4. 鉄触媒を使い分けて二重結合の位置を自由に動かそう
  5. クラプコ脱炭酸 Krapcho Decarboxylation
  6. マテリアルズ・インフォマティクスの基礎知識とよくある誤解
  7. 金大大学院、ナノ微粒子開発 医薬品や塗料などに応用も
  8. わずかな末端修飾で粘度が1万倍も変わる高分子
  9. Reaxys PhD Prize再開!& クラブシンポジウム2019参加者募集
  10. ソーレー帯 (Soret band) & Q帯 (Q band)

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2014年8月
 123
45678910
11121314151617
18192021222324
25262728293031

注目情報

注目情報

最新記事

アスピリンから多様な循環型プラスチックを合成

第465回のスポットライトリサーチは、信州大学大学院 総合医理工学研究科 高坂研究室の風間 茜(かざ…

第59回「希土類科学の楽しさを広めたい」長谷川靖哉 教授

第59回目の研究者インタビューです! 今回は第36回ケムステVシンポ「光化学最前線2023」の講演者…

材料開発の未来とロードマップ -「人の付加価値を高めるインフォマティクスとロボティクス」-

 申込みはこちら■セミナー概要本動画は、20022年11月11日に開催された共催セミナーで弊…

第58回「新しい分子が世界を変える力を信じて」山田容子 教授

第58回目の研究者インタビューです! 今回は第36回ケムステVシンポ「光化学最前線2023」の講演者…

始めよう!3Dプリンターを使った実験器具DIY:準備・お手軽プリント編

オリジナルの実験器具を3Dプリンターで作る企画を始めました。第一弾として3Dプリンターの導入と試しに…

第16回日本化学連合シンポジウム「withコロナ時代における化学への期待」

およそ3年間に渡る新型コロナウイルス感染症の蔓延により、経済、文化、研究、社会活動のすべてが大きなダ…

アカデミアケミストがパパ育休を取得しました!

こんにちは、こんばんは、おはようございます、Macyこと九大院薬 助教の寄立麻琴です。タイトルに…

巧みに骨格構築!Daphgracilineの全合成

ユズリハアルカロイドであるdaphgracilineの全合成が初めて達成された。Type II 分子…

【四国化成ホールディングス】新卒採用情報(2024卒)

◆求める人財像:『使命感にあふれ、自ら考え挑戦する人財』私たちが社員に求めるのは、「独創力」…

部分酸化状態を有する純有機中性分子結晶の開発に初めて成功

第464回のスポットライトリサーチは、熊本大学 大学院自然科学教育部 理学専攻 化学コース 上田研究…

Chem-Station Twitter

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

PAGE TOP