[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

The following two tabs change content below.
bona
愛知で化学を教えています。よろしくお願いします。
bona

最新記事 by bona (全て見る)

関連記事

  1. 有機合成化学協会誌2019年1月号:大環状芳香族分子・多環性芳香…
  2. 「溶融炭酸塩基の脱プロトン化で有用物質をつくる」スタンフォード大…
  3. Dead Endを回避せよ!「全合成・極限からの一手」①
  4. 研究室での英語【Part1】
  5. 合成化学者十訓
  6. アステラス病態代謝研究会 2018年度助成募集
  7. アライン種の新しい発生法
  8. 「無機化学」とはなにか?

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 実験ノートの字について
  2. 研究費・奨学金の獲得とプロポーザルについて学ぼう!
  3. 喜多氏新作小説!『美少女教授・桐島統子の事件研究録』
  4. 薬の副作用2477症例、HP公開始まる
  5. 2005年11月分の気になる化学関連ニュース投票結果
  6. 分子標的の化学1「2012年ノーベル化学賞GPCRを導いた親和クロマトグラフィー技術」
  7. アメリカ化学留学 ”大まかな流れ 編”
  8. 付設展示会へ行こう!ーWiley編
  9. マイクロリアクター徹底活用セミナー【終了】
  10. 「抗炎症」と「抗酸化」組み合わせ脱毛抑制効果を増強

関連商品

注目情報

注目情報

最新記事

ペプチドの革新的合成

第215回のスポットライトリサーチは、中部大学総合工学研究所分子性触媒センター助教・村松渉先生にお願…

年収で内定受諾を決定する際のポイントとは

転職活動の終盤で複数の企業から内定を獲得した際、「年収が決め手となって内定を受諾…

安定なケトンのケイ素類縁体“シラノン”の合成 ケイ素—酸素2重結合の構造と性質

第214回のスポットライトリサーチは、東北大学大学院理学研究科化学専攻(岩本研究室)・小林 良さんに…

99.7%の精度で偽造ウイスキーを見抜ける「人工舌」が開発される

 まるで人間の舌のように偽造ウイスキーを見抜くことができる小型のセンサーが開発されました。このセンサ…

天然のナノチューブ「微小管」の中にタンパク質を入れると何が起こる?

第213回のスポットライトリサーチは、鳥取大学大学院 工学研究科・稲葉 央 助教にお願いしました。…

有機合成化学協会誌2019年8月号:パラジウム-フェナントロリン触媒系・環状カーボネート・素粒子・分子ジャイロコマ・テトラベンゾフルオレン・海洋マクロリド

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2019年8月号がオンライン公開されました。ひ…

Chem-Station Twitter

PAGE TOP