[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

立体規則性および配列を制御した新しい高分子合成法

 

ポリペプチドやDNAといった天然に存在する高分子は、高度に制御された高分子鎖長や配列、キラリティーに由来して複雑な機能を発現することができます。

天然の高分子のように配列制御された高分子を化学的に合成する重合法の開発が長年行われています。

最近、MITのJonshonらによって立体規則性および配列を制御した新しい高分子合成法が報告されました。本手法では大量合成が可能であるとともに、従来の重合法では合成困難な構造を有する高分子も合成可能です。

“Iterative exponential growth of stereo- and sequence-controlled polymers”

Barnes, J. C.; Ehrlich, D. J. C.; Gao, A. X.; Leibfarth, F. A.; Jiang, Y.; Zhou, E.; Jamison, T. F.; Johnson, J. A.;Nature Chem. 2015, 7, 810.

DOI: 10.1038/nchem.2346

今回はこの論文について紹介しましょう。

 

配列を制御した高分子合成法

配列を制御した高分子合成法の一つとして、ペプチド固相合成法[1]が挙げられあす。

固相合成法では、ポリスチレンなどを固相として用い、固相にアミノ酸を結合させた後、縮合反応と脱保護を繰り返すことによって高分子鎖を伸長させます(図 1)。

合成した高分子を最終的に固相から切り離すことで、目的の高分子を得ることができます。精密に配列を制御したポリアミドなどを合成できるものの、n量体を合成する際には2n回の化学反応を行う必要があることや過剰の試薬を用いることから、大量合成が難しいことが難点です。

 

図1. 固相合成法の概念図(上)と具体例(下)

図1. 固相合成法の概念図(上)と具体例(下)

 

Iterative exponential growth (IEG)

配列を制御しつつ、大量合成可能な高分子合成法として、Jonsonらは「Iterative exponential growth (IEG) [2]」に着目しました。

IEG法は、分子の両末端を脱保護や官能基化によってそれぞれ異なる反応性基へと誘導し、生成した反応性基同士をカップリングさせることによって結合を形成します。これを繰り返すことによって高分子鎖を伸長させる手法です(図 2)。

本手法では高分子鎖長が指数関数的に増大するため、比較的少ない繰り返しサイクルで高い重合度の高分子を得ることができます。さらに、触媒的カップリング反応を用いた場合は過剰の試薬を必要としないことから、効率的で大量合成可能な重合反応となる可能性を秘めています。これまで、構造が明確なオリゴマーを合成する手法として主に用いられてきた手法ですが、このような利点を有することから配列制御された高分子を大量に合成できる重合反応になりうると著者らは考え、今回の重合法開発に至りました。

 

図2. Iterative exponential growth(IEG)の概念図(上)と具体例(下)

図2. Iterative exponential growth(IEG)の概念図(上)と具体例(下)

 

Iterative exponential growth plus side-chain (IEG+)

今回著者らは、立体規則性および配列が制御された重合法として、図3に示してあるIEG+法を提案しました。

IEG+法では、適切な官能基を有する高光学純度モノマーに対して、(i)置換反応、続く(ii)官能基化を行うことで反応性基を導入します。一方、同一のモノマーに対して(iii)脱保護を行い、先ほど導入した反応性基とカップリングする骨格を構築します。これらのモノマーを(iv)カップリング反応を用いて結合させることで二量体が得られます(図3)。

この4つの化学反応を繰り返し行うことで重合が進行します。指数関数的に重合度が増加するため、少ないサイクルで高い重合度の高分子が得られるだけでなく、高分子鎖長や配列、キラリティーが制御された高分子を合成することができることが特徴です。

具体的には、高光学純度のエポキシとアルキンを有するモノマーを用いており、ヒュスゲン環化反応によって二量体を構築しています。用いるモノマー中のエポキシの立体化学の違いにより、シンジオタクチックまたはイソタクチックといった高分子の立体規則性を狙い通り合成することができます。加えて、側鎖のアルコール部位がアセチル基もしくはベンジル基で保護されたものを狙って配列させることができることも示しています。これらの特徴を組み合わせることで、異なる立体規則性、配列を同一分子内に有する32量体(図 4)が合成できることが示されています。

 

図3. Iterative exponential growth plus side-chain functionalization (IEG+)

図3. Iterative exponential growth plus side-chain functionalization (IEG+)

図4. 異なる立体規則性(S, RとR, R)と異なる配列を同一分子内に有する32量体

図4. 異なる立体規則性(S, RとR, R)と異なる配列を同一分子内に有する32量体

まとめ

今回著者らは、高分子鎖長および配列、立体規則性を制御した高分子を効率的に合成できる新しい重合法を報告しました。本手法を用いることによって従来の重合法では合成することのできない骨格を構築することができます。構造と合成法いずれにおいても新しく、今後の応用が期待されます。

なお、この代表著者のJeremiah A. Johnson助教授はいまだ30代前半の若手化学者。最近矢継ぎ早にハイジャーナルに論文を出版しており、おそらく難しいMITでのテニュアも取れそうな予感です。今後の彼の活躍に注目したいと思います。

Jeremiah A. Johnson

Jeremiah A. Johnson

 

参考文献

  1. (a) Merrifield, R. B. 
J. Am. Chem. Soc. 1963, 85, 2149. (b) Chem-Station : メリフィールド ペプチド固相合成法
  2. (a) Binauld, S.; Damiron, D.; Connal, L. A.; Hawker, C. J.; Drockenmuller, E. Macromol. Rapid Commun. 2011, 32, 147. (b)
 Zhang, J.; Moore, J. S.; Xu, Z.; Aguirre, R. A. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 2273. DOI: 10.1021/ja00032a060 (c) Binauld, S.; Hawker, C. J.; Fleury, E.; Drockenmuller, E. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 6654. DOI: 10.1002/anie.200903156

 

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. 鉄の新たな可能性!?鉄を用いたWacker型酸化
  2. システインの位置選択的修飾を実現する「π-クランプ法」
  3. 化学クラスタ発・地震被害報告まとめ
  4. 遷移金属の不斉触媒作用を強化するキラルカウンターイオン法
  5. 有機合成化学 vs. 合成生物学 ― 将来の「薬作り」を席巻する…
  6. JEOL RESONANCE「UltraCOOL プローブ」: …
  7. 徒然なるままにセンター試験を解いてみた
  8. 生体外の環境でタンパクを守るランダムポリマーの設計

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 第47回天然有機化合物討論会
  2. ノーベル賞いろいろ
  3. ヨン・ピエール Jorn Piel
  4. 信越化学・旭化成ケミカルズが石化品値上げ
  5. マット・フランシス Matthew B. Francis
  6. 米デュポン、高機能化学部門を分離へ
  7. 元素名と中国語
  8. 「引っ張って」光学分割
  9. ケムステイブニングミキサー2018ー報告
  10. ラウリマライドの全合成

関連商品

注目情報

注目情報

最新記事

博士後期で学費を企業が肩代わり、北陸先端大が国内初の制度

 北陸先端科学技術大学院大学は、産業界と連携した博士人材の育成制度を2019年度から開始する。企業が…

有機ホウ素化合物を用いたSNi型立体特異的β-ラムノシル化反応の開発

第166回目のスポットライトリサーチは、慶應義塾大学理工学部博士課程・西 信哉(にし のぶや)さんに…

アルキルアミンをボロン酸エステルに変換する

不活性C(sp3)–N結合をボリル化する初めての反応が開発された。入手容易なアルキルアミンから様々な…

生物の仕組みに倣う:背景と光に応じて色が変わる顔料の開発

第165回目のスポットライトリサーチは、名古屋大学大学院工学研究科 ・坂井美紀(さかい みき)さんに…

イミデートラジカルを用いた多置換アミノアルコール合成

イミデートラジカルを用い、一挙に多置換アミノアルコールを合成する方法が開発された。穏和な条件かつ位置…

ジェフリー·ロング Jeffrey R. Long

ジェフリー·ロング(Jeffrey R. Long, 1969年xx月xx日-)は、アメリカの無機材…

PAGE TOP