[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

2つの触媒反応を”孤立空間”で連続的に行う

[スポンサーリンク]

自己集合性を有するM12L24型かご錯体内の特異的反応場を用いて、同一溶液中酸化反応及び立体選択的Diels–Alder反応が連続的に進行することを見出した。

自己集合性錯体を利用した孤立空間の化学

生体膜やミセルのように複数の分子が規則的に配列され三次元構造をとるとき、内部には外部環境と切り離された「孤立空間」が生まれ、空間内で分子は特異な物理的・化学的性質を示す。

この特性を利用して分子認識や物性制御を行う例が知られているが、ここでは反応場制御としての応用に焦点を当てる。

孤立空間を利用し反応場制御を行うことは、相互作用により共存困難な分子同士の共存や効率的なエネルギー移動を可能にする。ゆえに、通常の条件では進行しない反応を行うことや選択性・反応性の向上が期待できる。最近では、この性質を生かして2つの触媒反応を同一溶液中で連続的に進行させる研究が報告されている。

2013年にTosteらは、ガリウムと配位子により形成された超分子内部で金触媒反応を行い、酵素との連続的な反応を達成した[1](図1A)。Tosteらの報告では、孤立空間に内包された金イオンは酵素と同一反応系に存在していても相互作用せず反応性が保たれる。このような孤立空間を用いた連続的な反応は半透膜[2]、デンドリマー[3]、多相系[4]などを用いた報告例があるものの、精密な操作が必要なことや触媒自体の反応性が低下するなどの問題点も存在する。

今回、東京大学の藤田教授らは分子の自己集合性により生み出される孤立空間をこれに応用した。藤田教授らは、以前より自己集合性かご型錯体の内部官能基化や分子の内包など様々な研究を行ってきた。本論文では、2004年に報告した自己集合性M12L24型かご錯体[5]を応用し異なる二つの触媒をそれぞれ閉じ込め相互作用させることなく同一溶液中酸化反応と立体選択的Diels–Alder反応を連続的に進行させることに成功したので紹介する(図1B)。

“Permeable Self-Assembled Molecular Containers for Catalyst Isolation Enabling Two-Step Cascade Reactions”

Ueda, Y.; Ito, H.; Fujita, D.; Fujita, M. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, ,6090. DOI: 10.1021/jacs.7b02745

図1. 孤立空間を利用した反応

 

論文著者の紹介


研究者:藤田誠
研究者の経歴(一部抜粋):(詳細はケムステ参照)
-1987 博士(工学), 東京工業大学
1994 助教授, 千葉大学工学部
1997 助教授, 分子科学研究所錯体化学実験施設
1999 教授, 名古屋大学大学院工学研究科
2002 教授, 東京大学大学院工学系研究科
研究内容:遷移金属を活用した自己集合性分子システム

論文の概要

M12L24型をはじめとする自己集合性錯体は、容易に合成可能であり、剛直な骨格により溶液中で安定化され配位子交換速度が極めて遅いという特徴を示す。

今回、藤田教授らはPd(Ⅱ)とTEMPO及びMacMillan触媒部位をもつ配位子3a, 3bからなるM12L24型錯体を合成した(図2A)。通常、これらの触媒が共存するとTEMPOがMacMillan触媒のアミンを酸化し失活させてしまうため同一反応系内で連続的に反応を行うことは困難である。

そこで、藤田教授らは錯体内の孤立空間にそれぞれを閉じ込めることでMacMillan触媒の失活を防ぎ、同一溶液中ながら2つの触媒反応を連続的に進行させることに成功した。

2aは、通常のTEMPOと同程度の反応性を示し反応終了後もその構造を保つほどの安定性を示した。さらに、Diels–Alder反応において、2bとMacMillan触媒単体は同一の立体選択性を示すことも明らかとなった。比較対照実験により、触媒のどちらか一方でも錯体に内包しない場合は、最終生成物は低収率に留まり、2つの触媒が共に内包された場合に反応が効率的に進行している(図2B)。

このように、M12L24錯体のもつ性質から高難度の触媒的カスケード反応が達成された。今後、様々な連続的触媒反応に適用することで合成の簡略化へつながることが期待できる。

図2. 孤立空間を利用したカスケード反応

 

参考文献

  1. Wang, Z. J.; Clary, K. N.; Bergman, R. G.; Raymond, K. N.; Toste, F. D. Chem. 2013, 5, 100. DOI: 10.1038/NCHEM.1531
  2. Miller, A. L.; Bowden, N. B. Mater. 2008, 20, 4195. DOI: 10.1002/adma.200801599
  3. Lu, J.; Dimroth, J.; Weck, M. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 12984. DOI: 10.1021/jacs.5b07257
  4. Miyamura, H.; Choo, G. C. Y.; Yasukawa, T.; Yoo, W. J.; Kobayashi, S. Commun. 2013, 49, 9917. DOI: 10.1039/C3CC46204H
  5. Tominaga, M.; Suzuki, K.; Kawano, M.; Kusukawa, T.; Ozeki, T.; Sakamoto, S.; Yamaguchi, K.; Fujita, M. Chem., Int. Ed. 2004, 43, 5621. DOI: 10.1002/anie.200461422
Avatar photo

山口 研究室

投稿者の記事一覧

早稲田大学山口研究室の抄録会からピックアップした研究紹介記事。

関連記事

  1. 光触媒の力で多置換トリフルオロメチルアルケンを合成
  2. 『元素周期 ~萌えて覚える化学の基本~』がドラマCD化!!!
  3. セミナー/講義資料で最先端化学を学ぼう!【有機合成系・2016版…
  4. 動画:知られざる元素の驚きの性質
  5. 「未来博士3分間コンペティション2020」の挑戦者を募集
  6. 光と水で還元的環化反応をリノベーション
  7. 1,3-ジエン類のcine置換型ヘテロアリールホウ素化反応
  8. プロワイプ:実験室を安価できれいに!

注目情報

ピックアップ記事

  1. ラジカル機構で一挙に環化!光励起PdによるPAHの合成
  2. 歯車クラッチを光と熱で制御する分子マシン
  3. pre-MIBSK ~Dess-Martin試薬と比べ低コスト・安全なアルコール酸化触媒~
  4. ケムステスタッフ徹底紹介!
  5. 元素戦略 Element Strategy
  6. 結晶構造に基づいた酵素機能の解明ーロバスタチン生合成に関わる還元酵素LovCー
  7. データ駆動型生成AIの限界に迫る!生成AIで信頼性の高い分子設計へ
  8. カルバメート系保護基 Carbamate Protection
  9. 第106回―「分子の反応動力学を研究する」Xueming Yang教授
  10. 今年も出ます!サイエンスアゴラ2014

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2017年5月
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
293031  

注目情報

最新記事

アンモニウム構造によりラジカル種の発生位置を完全に制御!

第710回のスポットライトリサーチは、関西学院大学理工学研究科 村上研究室の榊原 陽太(さかきばら …

化学つれづれ草【ある研究者の回想】

概要物理化学者で量子機能材料を専門とする著者によるエッセイ集.化学者としての研究,教育,人生…

第60回有機反応若手の会

開催概要有機反応若手の会は、有機化学分野で研究を行う全国の大学院生を中心とした若手研究者が集い、…

ノーベル賞受賞者と語り合う5日間!「第18回HOPEミーティング」参加者募集!

申し込みはこちら概要主催:独立行政法人 日本学術振興会(JSPS)開催地:神奈川…

光触媒による高効率なCO2還元の実現―まさかの光を弱く当てることが重要だった―

第709回のスポットライトリサーチは、東京科学大学 理学院(前田研究室)博士後期課程2年の仲田竜一 …

「π-πスタッキング」という言葉が生む誤解【芳香環の相互作用を見直す: 前編】

芳香環が平行に並んで近接しているとき、その構造を「π–π スタッキング」と表されることがよくあります…

一重項酸素によるC(sp2)−P結合切断を用いた長波長光によるリン化合物のアンケージング

第 708 回のスポットライトリサーチは、同志社女子大学 薬学部 医療薬学科 5…

マテリアルズ・インフォマティクスにおける画像解析の活用ガイド

開催概要材料開発において、電子顕微鏡やX線トモグラフィーを用いて材料の微細構造を観察するために画…

世界初のPROTAC医薬、ついに承認 ―「タンパク質を阻害する」から「分解する」時代へ

2026年5月、創薬化学の歴史に残る大きな出来事が起きました。米国 FDA は、…

有機蛍光とは異なる新しい有機りん光の分子設計指針の発見

第707回のスポットライトリサーチは、電気通信大学 情報理工学研究科(牧昌次郎研究室)の林希久也 助…

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