[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

反応中間体の追跡から新反応をみつける

従来、反応開発は基質や触媒、反応条件を変えたときの生成物の「収率の変化」を追跡することで行われてきたが、今回、「反応の中間体」を追跡することで新たな反応を見出す画期的手法が考案された。

 

反応開発は一般的に基質の消費量や生成物を追跡することで基質や触媒、反応条件の網羅的なスクリーニングが行われます(Reaction-Based Screening)。

最近、ミュンスター大学のGlorious教授らによって報告されたMechanism-Based Screeningは反応全体でなく、想定する触媒サイクルの一部のみの評価を行い新たな反応を見出し、最適化する手法です。今回はその方法を実践した研究について紹介したいと思います。

“Accelerated Discovery in Photocatalysis using a Mechanism-Based Screening Method”

Hopkinson, M. N.; Gómez Suárez, A.; Teders, M.; Sahoo, B.; Glorius, F.;Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 4361. DOI: 10.1002/anie.201600995

 

Mechanism-Based Screeningのコンセプト

例えば化合物Aを触媒によって活性化し、Bを作用させることでCへと変換する反応を想定してみましょう(図1)。本手法では触媒と化合物Aから生じる中間体を追跡することで反応に適用可能な基質の同定を効率的に行うことができます。

 

図1. Mechanism-Based Screeningのコンセプト

図1. Mechanism-Based Screeningのコンセプト

 

Mechanism-Based Screeningの手順

著者らは実際に考案した手法を用いて新規光触媒反応の開発を行いました。光触媒は光の照射によって励起状態となり、触媒と基質との間で一電子移動を起こすことで活性酸素/還元種を生成し、反応を促進させます[1]。触媒による基質の活性化の観察は蛍光スペクトルによって行い、触媒のみの溶液(I0)と触媒と基質の両方を加えた溶液(I)の蛍光スペクトルの強度から以下の式を用いてクエンチ率(F)を算出しました。

2016-05-21_03-07-23

スクリーニングは1 .Quencher discovery、2. Quenching evaluationの2段階で行われています。

 

1.Quencher discovery

触媒は光触媒反応で頻繁に用いられるイリジウム錯体:[Ir(dF(CF3)ppy)2(dtbbpy)]PF6 (1)[2]を使い、化合物ライブラリーからランダムに選んだ100化合物のスクリーニングを行いました(図 2)。Fが25以上となるものをヒット化合物としたところ、7つの化合物(Q1Q7)が得られています。

そのなかから新規反応の開発を目指すためクエンチャーとして既知である4つの化合物を除外しました。

また残りの3化合物(Q3, Q6, Q7)の紫外可視吸収スペクトルを測定したところ、Q6はイリジウム錯体1の極大励起スペクトルの波長(420 nm)において高い吸光度を示しました。すなわちクエンチによる蛍光強度の変化ではなく、Q6の励起光の吸収によって高いFの値が得られたことが考えられます。そのためQ6は除外し、最終的に新規クエンチャー候補化合物はQ3Q7の2つとなりました。

図2

図2 Quencher discovery

 

2. Quenching evaluation

続いて得られたベンゾトリアゾールQ3、およびその誘導体を用いてイリジウム錯体1以外の光触媒の検討を行いました(図 3)。ベンゾトリアゾールのN上に電子求引基が存在し、かつイリジウム触媒6を用いた時のみ高いF値を示すことがわかりました。

図3

図3 イリジウム錯体の最適化

 

また、著者らはイリジウム錯体6が高い酸化電位を持ち、N上の電子求引基がベンゾトリアゾールの還元電位を低下させることから本反応はベンゾトリアゾールの一電子還元が起こることを予測しました。一電子還元によってトリアゾール部位が開環したジアゾニウム体となり、続く脱窒素化およびラジカルアニオン部位の水素化によってアニリドが生成します[3]。条件の最適化を行ったところ、ベンゾトリアゾールQ3からイリジウム触媒6、無水安息香酸存在下、NMP溶媒中で光を照射することでアニリドを高収率で得ることに成功しています(図 4)。

 

2016-05-21_03-11-41

図4

 

まとめ

今回著者らは反応機構に着目した新たなスクリーニング法を開発し、新規光触媒反応を見出すことに成功しました。本スクリーニング法は反応中に生じる1つの中間体のみを評価する手法であり、迅速に触媒と基質の最適な組み合わせの同定を可能とします。反応全体の最適条件の決定には、反応ベースのスクリーニングが必須となります。従来法と比較してこの方法を用いた場合、触媒と基質は決定するため、より効率的に行うことができるのではないでしょうか。

 

参考文献・リンク

  1. 可視光酸化還元触媒
  2. Lowry, M. S.; Goldsmith, J. I.; Slinker, J. D.; Rohl, R.; Pascal, R. A., Jr.; Malliaras, G. G.; Bernhard, S. Chem. Mater. 2005, 17, 5712. DOI: 10.1021/cm051312
  3. Katritzky, A. R.; Ji, F.-B.; Fan, W.-Q.; Gallos, J. K.; Greenhill, J. V.; King, R. W. J. Org. Chem. 1992, 57, 190. DOI: 10.1021/jo00027a036

 

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. 2016年JACS Most Read Articles Top…
  2. 未来社会創造事業
  3. アルコールを空気で酸化する!
  4. 韓国チームがiPS細胞の作製効率高める化合物を発見
  5. どっちをつかう?:in spite ofとdespite
  6. 役に立たない「アートとしての科学」
  7. 中学生の研究が米国の一流論文誌に掲載された
  8. カラムやって

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 先制医療 -実現のための医学研究-
  2. 米FDA、塩野義の高脂血症薬で副作用警告
  3. アハメド・ズウェイル Ahmed H. Zewail
  4. トビン・マークス Tobin J. Marks
  5. SDFって何?~化合物の表記法~
  6. (+)-ゴニオトキシンの全合成
  7. ブルース・ギブ Bruce C. Gibb
  8. 親子で楽しめる化学映像集 その1
  9. カチオン重合 Cationic Polymerization
  10. 原子力機構大洗研 150時間連続で水素製造 高温ガス炉 実用化へ大きく前進

関連商品

注目情報

注目情報

最新記事

日本薬学会第139年会 付設展示会ケムステキャンペーン

日本化学会年会では毎年恒例の付設展示会ケムステキャンペーンを行いました。さて、本日から日本薬…

論文・学会発表に役立つ! 研究者のためのIllustrator素材集: 素材アレンジで描画とデザインをマスターしよう!

概要Adobe Illustratorを用いたイラスト作成の入門書。すぐに使えるイラスト素材…

シアノヒドリンをカルボン酸アミドで触媒的に水和する

第189回目のスポットライトリサーチは、神田 智哉(かんだ ともや)さんにお願いしました。神…

チオカルバマートを用いたCOSのケミカルバイオロジー

チオカルバマート型硫化水素ドナー分子を用いた硫化カルボニル(COS)の生理学的機能の研究が行われた。…

触媒的不斉交差ピナコールカップリングの開発

第188回目のスポットライトリサーチは、竹田 光孝(たけだ みつたか)さんにお願いしました。…

研究者のためのCG作成術④(レンダリング編)

Naphtです。研究者のためのCG作成術①、②、③に続き、研究者向けのCGの作り方について紹介しよう…

Chem-Station Twitter

PAGE TOP