[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

キラルアミンを一度に判別!高分子認識能を有するPd錯体

[スポンサーリンク]

みなさんご存知のように、1つの不斉炭素を有する分子は2種の鏡像関係にある異性体(エナンチオマー)が存在します。それらエナンチオマーは物理的性質が全く同じであるため、通常、NMRやTLCでは違いを検出することはできません。そこでエナンチオマーの不斉情報を得る手段として、NMRキラルシフト試薬を用いた手法が古くから知られています。代表的な例にMosher法[1]が挙げられます。

Mosher法はMTPA-Cl(α-Methoxy-α-(trifluoromethyl)phenylacetic chloride)をキラルシフト試薬として用い、アルコールやアミンと反応させ、ジアステレオマーとすることで分離、さらにフェニル基との磁気異方性効果により、1Hおよび19F NMR[2]により鏡像体過剰率の決定が可能です(図1)。

 

スクリーンショット 2015-03-05 10.35.00

図1.Mosher法

 

他にもNMRキラルシフト試薬としてキラル配位子を有するランタニド錯体や、キラル分子をNMR溶媒として用いる方法などにより鏡像体過剰率を決定してきました[3]。しかしながら、昨今ではキラルクロマトグラフィーによるHPLC分析による光学純度の決定が容易になり、NMRキラルシフト試薬は光学純度の決定という目的にはほとんど用いられなくなりました。(エナンチオマーの絶対立体配置の決定においては、Mosher法を改良した新Mosher法が、未だ信頼性の高い経験的手法として頻繁に用いられています)。

一方で、単分子でキラル認識を行い、光学純度や絶対配置の決定を行なうキラルセンシング技術は単純にそのサイエンスへの興味という点、キラルカラムが適用できない場合の代替法としてもまだまだ開発が行われています。

さて、前置きが長くなりましたが、先日、パラジウム錯体を用いたユニークなキラルセンシング技術がMITのSwagerらのグループより報告されていましたので紹介したいと思います。

“Simultaneous Chirality Sensing of Multiple Amines by 19F NMR”

Zhao, Y.; Swager, T. M. J. Am. Chem. Soc. 2015, ASAP. DOI: 10.1021/jacs.5b00556

Pd錯体でキラル認識

今回Swagerらは、NMRキラルシフト試薬として含フッ素キラルピンサー配位子を有するパラジウム錯体を考案し、キラル分子の配位により生じるジアステレオマー錯体間の19F- NMRの化学シフトの相違から不斉情報を得ようと試みました。共有結合の形成をともなわないMosher法と考えると分かりやすいと思います。また本手法を用いれば、Mosher法のような共有結合形成を伴う分子変換を行わなくて済み、サンプルの回収が容易です。

 

図2.本手法の概略図

図2.本手法の概略図

 

パラジウム錯体合成と評価

まず、トリフルオロメチル基を有するキラルピンサー配位子とパラジウムを用いて数種類のパラジウム錯体を合成しました。その後、各錯体に対しキラルアミンを配位させ、19F NMRを測定しました。ここでは錯体2aを用いたときの結果の一部を下に示します(図3)。

スクリーンショット 2015-03-02 15.50.00

図3.錯体2aにキラルアミンを配位させた後の19F NMRチャートの一例

 

 

全ての基質に対してシグナルの分離ができたわけではありませんが(原著論文参照)、多種類のキラルアミンに対してSwagerらの狙い通りジアステレオマーのシグナルを別々に観測することができました。錯体2aは分子内に12個の等価なフッ素原子を有するため、非常に感度がよく、少量のサンプル(実際50 μgのアミンでNMR測定を行っています)でも検出可能という利点があります。

続いてジアステレオマー間の19F NMRの化学シフト値の差が大きい、より優れた錯体を目指しました。配位子構造のチューニングを行った結果、最終的に錯体2cの発見に至っています。錯体2aと比較すると、ピンサー配位子の不斉点に結合したメチル基をトリフルオロメチル基に、アリール基上のトリフルオロメチル基をトリフルオロメトキシ基に変えています(図4)。パラジウム周りの空間をより嵩高くすることで、配位するアミンとピンサー配位子との立体的な相互作用が強くなり、フッ素シグナルに与える影響が大きくなると予想されます。

 

スクリーンショット 2015-03-05 10.57.20

図4.錯体2aの配位子構造のチューニング

 

実際にこの錯体2cを用いると、生じるジアステレオマー間の化学シフト値の差が先の2aを用いた時よりも大きくなりました。また、エナンチオマーを含む、構造が類似した12種類のアミンと錯体2cを同時に錯形成させたところ、ほぼ完璧に分離された12種類全てシグナルが検出されました(図5)。この結果からエナンチオマーの違いだけでなく、炭素原子一つ分の構造的違いを感知する錯体2cの分子認識力の高さが窺えます。さらに図5を見ていただければ気づく方もいらっしゃると思いますが、不斉中心の立体がSのアミンを用いた場合、Rのアミンを用いた場合より低磁場にピークが検出されています。筆者らはこの実験事実から、不斉点の絶対立体配置の予測が可能だと述べています(詳細は原著論文SI参照)。

スクリーンショット 2015-03-02 16.39.50

図5.錯体2cによる12種類のキラルアミンのキラリティーセンシング

 

さらに錯体2cは環境の異なる二種類のフッ素が導入されているため、オルソゴナルなフッ素シグナルの識別が可能です。これをうまく利用した例を図6に示します。図6aではトリフルオロメトキシ基由来のシグナルは重なっているものの、トリフルオロメチル基由来のシグナルははっきりと識別可能であり、図6bでは逆の現象が起きています。図6に示すような分子はキラルクロマトグラフィーによる光学分割も困難であり、本手法の良さを示す良い例だと言えます。

スクリーンショット 2015-03-05 0.00.33

図6.錯体2cを用いたオルソゴナルなフッ素シグナル解析

 

最後に、本手法が光学純度測定に応用可能かに調査しています。実験には事前に鏡像体過剰率を測定した(S)-α-methylbenzylamineと錯体2bを用いました。結果的に、いずれの場合も誤差は小さく、光学測定にも応用できることを示唆する結果を得ています(図7)。

 

スクリーンショット 2015-03-05 11.02.12

図7.ee測定が可能かを確認する検証実験

 

以上、キラルピンサー配位子を有するパラジウム錯体を用いた19F NMRによるユニークなキラルセンシング技術に関して紹介しました。

開発した錯体が有する、多数のアミンを同時に見分ける分子認識能は特筆すべき点です。またNMRによる光学純度測定法は比較的簡便であり、キラルカラムを用いたHPLC分析と相性の悪いキラル分子 (蛍光を発しない分子など)の場合活躍できる可能性があるのではないでしょうか。

 

参考文献・脚注

  1. Dale, J. A.; Mosher, H. S. J. Am. Chem. Soc. 1973, 95, 512. doi:10.1021/ja00783a034
  2. 通常有機分子に含まれるフッ素原子の数は水素や炭素と比較して非常に少ないため、19F NMRを用いた測定はシグナルの複雑化を回避できる。さらに19F NMRは感度が良く、かつ測定範囲が200 ppm以上と広いためシグナル分離が良好である。そのため、ジアステレオマー間の化学シフト値の差が現れやすい。
  3. Parker, D. Chem. Rev. 1991. 91 1441.

 

関連書籍

bona

bona

投稿者の記事一覧

愛知で化学を教えています。よろしくお願いします。

関連記事

  1. カンブリア爆発の謎に新展開
  2. ナイトレン
  3. 結晶スポンジ法から始まったミヤコシンの立体化学問題は意外な結末
  4. 局所的な“粘度”をプローブする羽ばたくFLAP蛍光分子
  5. 女性化学賞と私の歩み【世界化学年 女性化学賞受賞 特別イベント】…
  6. ノーベル化学賞2011候補者一覧まとめ
  7. ニンニクの主要成分を人工的につくる
  8. ベンゼン環を壊す“アレノフィル”

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. ウーロン茶の中でも医薬品の化学合成が可能に
  2. 「野依フォーラム若手育成塾」とは!?
  3. 近くにラジカルがいるだけでベンゼンの芳香族性が崩れた!
  4. 2005年2月分の気になる化学関連ニュース投票結果
  5. 東大、京大入試の化学を調べてみた(有機編)
  6. IRの基礎知識
  7. Jエナジーと三菱化が鹿島製油所内に石化製品生産設備を700億円で新設
  8. 芝哲夫氏死去(大阪大名誉教授・有機化学)
  9. クロスカップリング反応 cross coupling reaction
  10. 均一系水素化 Homogeneous Hydrogenaton

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2015年3月
« 2月   4月 »
 1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
3031  

注目情報

注目情報

最新記事

第165回―「光電変換へ応用可能な金属錯体の開発」Ed Constable教授

第165回の海外化学者インタビューは、エドウィン(エド)・コンステイブル教授です。バーゼル大学化学科…

MEDCHEM NEWSと提携しました

「くすり」に関係する研究者や技術者が約1万7専任が所属する日本薬学会。そ…

抗体を液滴に濃縮し細胞内へ高速輸送:液-液相分離を活用した抗体の新規細胞内輸送法の開発

第341回のスポットライトリサーチは、京都大学 薬学研究科(二木研究室)博士後期課程1年の岩田恭宗さ…

革新的なオンライン会場!「第53回若手ペプチド夏の勉強会」参加体験記

夏休みも去って新学期も始まり、研究者としては科研費申請に忙しい時期ですね。学会シーズン到来の足音も聞…

実験手袋をいろいろ試してみたーつかいすてから高級手袋までー

前回は番外編でしたが、試してみたシリーズ本編に戻ります。引き続き実験関係の消耗品…

第164回―「光・熱エネルギーを変換するスマート材料の開発」Panče Naumov教授

第164回の海外化学者インタビューは、パンチェ・ナウモフ教授です。大阪大学大学院工学研究科 生命先端…

SNS予想で盛り上がれ!2021年ノーベル化学賞は誰の手に?

今年もノーベル賞シーズンの到来です!化学賞は日本時間 10月6日(水) 18時45分に発表です。昨年…

カーボンナノチューブ薄膜のSEM画像を生成し、物性を予測するAIが開発される

先端素材高速開発技術研究組合(ADMAT)、日本ゼオンは産業技術総合研究所(AIST)と共同で、NE…

ケムステ版・ノーベル化学賞候補者リスト【2021年版】

各媒体からかき集めた情報を元に、「未来にノーベル化学賞の受賞確率がある、存命化学者」をリストアップし…

ライトケミカル工業2023卒採用情報

当社の技術グループは、20代~30代の若手社員が重要な主要案件を担当しています。広範囲で高レベルな化…

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