エステルからエステルをつくる

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スポットライトリサーチ

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第 260 回のスポットライトリサーチは早稲田大学山口研究室の博士課程 2 年生の一色遼大さんにお願いしました。

一色さんの所属する山口研究室は、「分子をつなぐ」「分子をぶっ壊す」「革新的分子をつくる」という合成化学の最も基本的な命題に、独自の合成戦略と触媒の力で研究しています。一色さんは「分子をつなぐ」テーマに取り組んでおり、このたびその成果を ACS catalysis に報告しました。

Ester Transfer Reaction of Aromatic Esters with Haloarenes and Arenols by a Nickel Catalyst
Isshiki, R.; Inayama, N.; Muto, K.; Yamaguchi, J. ACS Catal. 2020, 10, 3490-3494 DOI 10.1021/acscatal.0c00291

この成果は、プレスリリースとして発表されるだけでなく、日経産業新聞にも取り上げられました。論文発表から 2ヶ月が経とうとしている 2020 年 4 月 22 日現在でも、ACS Catal. の月間 Most Read Articles にランクインしており、一般メディアと研究者コミュニティのどちらでも注目されていますことが伺えます。今回インタビューした一色さんは、まだ博士 2 年にもかかわらず「何報目の論文かわからない」と山口研のブログの中で言及されており、その実力は折り紙つきです。そんな一色さんについて、研究室を主宰する山口先生からコメントをいただいています。

一色くんは早稲田での僕の研究室の１期生であり、研究室の「エース」ですね。正直、全く出来なかったのですが、有機化学にのめり込み、持ち前のポテンシャルの高さから、知識も研究力も抜群に伸びました。いちばん重要なところは、研究に対する熱意が他を圧倒しています。さらには、新しい反応を探すことに長けていて、彼の発見がもととなった研究は多くの後輩が引き継いで研究しています。まだ博士2年になったばかりですが、アカデミック志望なので、ぜひ注目しておいてもらえると幸いです。なお、修士2年の稲山さんも、たくさんの条件検討の末、本論文の収率アップに多大なる貢献したため両者とも筆頭著者になります。

それでは、一色さんの研究の熱意にも注目して、インタビューをお楽しみください！

Q1. 今回プレスリリースとなったのはどんな研究ですか？

今回私たちは、芳香族エステルのエステル骨格を芳香族(擬)ハロゲン化物上に転移させるエステル転移反応を開発しました。

二つの有機分子がもつ異なる官能基の交換反応が進行すれば、高い原子効率で一挙に二分子の変換が可能となり、効率的な分子の構造修飾ができます。2018年にMorandiらArndtsenらによりPd/Xantphos触媒存在下、ヨウ化アリールと芳香族酸塩化物とを反応させると官能基交換反応が進行することが報告されました(図1)。^2,3この形式の反応の鍵は二種類の異なる単結合に酸化的付加できる触媒を使用することです。

図1. ヨウ化アリールと芳香族酸塩化物との官能基交換反応 (Morandi, および Arndtsenのグループ)^2,3

当研究室ではこれまでに、独自に開発したNi/dcypt触媒を用いると芳香族(擬)ハロゲン化物のC–X結合と芳香族エステルのC(acyl)–O結合とをそれぞれ切断できることを報告しています。そこでこのNi/dcypt触媒を使用することで芳香族(擬)ハロゲン化物と芳香族エステルとの官能基交換反応が進行すると考え検討を始めました。しかし残念なことに芳香族(擬)ハロゲン化物の還元的脱離に障壁がありエステルが転移した化合物しか得られませんでした(図2)。交換反応が進行しなかったのは残念ですが芳香族エステルのエステル骨格をそのままエステル源として新たな芳香族エステルを合成することのできる面白い反応には変わりないので満足しています。

図2. 芳香族(擬)ハロゲン化物と芳香族エステルとのエステル転移反応 (本研究)

Q2. 本研究テーマについて、自分なりに工夫したところ、思い入れがあるところを教えてください。

気に入っているところは無保護のアレノールを直接エステル化できるところです(図3)。適用可能なアレノール誘導体の探索をしていたところ、芳香族エステルもアレノール誘導体だなと思い、反応させたところ二種類のエステルから新たなエステルを合成できました。そこで無保護のアレノールを用いた場合にも系中でエステル化が進行すれば適用できると考えました。実際に試してみたところ予想通りに反応が進行しました！論文の査読者にも大変評判が良くこのスキームにはとても思い入れがあります。「エステルとエステルからエステルを作るんだよ。」と言っても一回では誰にも伝わらない点もお気に入りです。

図3.無保護のナフトールへのエステル転移反応

Q3. 研究テーマの難しかったところはどこですか？またそれをどのように乗り越えましたか？

低収率が一番の課題でした。共同筆頭著者の修士2年の稲山さんが怒涛のスクリーニングでDMAPの添加により収率が改善することを発見してくれてなんとか論文にすることができました。(それでも収率はかなり低いですが。)

官能基が交換しない問題に関しては続報があるので楽しみにしていてください。

Q4. 将来は化学とどう関わっていきたいですか？

死ぬまで自分の好きな化学を続けていきたいです。反応開発はもちろん、全合成や材料などやりたいことは何でもチャレンジできるフットワークの軽い研究者を目標にしています。

また、有機化学の楽しさを多くの学生に伝えられるように教育面にも力を入れたいです。ただ、どんな学生にも負けずに一番楽しんでいるのは一色だと言われるような生涯現役の実験化学者でありたいです。

Q5. 最後に、読者の皆さんにメッセージをお願いします。

たくさん実験しましょう。有機合成は手を動かせば動かすほど結果がついて来てどんどん楽しくなっていきます。裏実験が進行した時の喜びと言ったら麻薬的です。実験が嫌いな人ももう少しやったらきっと好きになるでしょう。あまり責任感を感じずに楽しさだけで実験できるのも学生のうちだけだと思うのでみんなで今のうちにたくさん楽しみましょう。

最後に、日頃の研究を指導してくださっている潤さん、慶さん、英介さん、今回バリバリ実験して論文を形にしてくれた稲山さんにこの場を借りて感謝申し上げます。また、こうした形で研究紹介を行う機会を下さったケムステスタッフの皆様にも深く感謝いたします。

研究者の略歴

名前：一色遼大

所属：早稲田大学大学院先進理工学研究科応用化学専攻　山口潤一郎研究室

博士課程二年　日本学術振興会特別研究員(DC1)

研究テーマ：炭素－炭素結合切断型触媒的カップリング反応の開発

(左) 共同筆頭著者の稲山さん　(右) 一色

参考文献

Isshiki, R.; Inayama, N.; Muto, K.; Yamaguchi, J. ACS Catal. 2020, 10, 3490-3494 DOI 10.1021/acscatal.0c00291
Lee, Y. H.; Morandi, B. Metathesis-Active Ligands Enable a Catalytic Functional Group Metathesis Between Aroyl Chlorides and Aryl Iodides. Nat. Chem. 2018, 10, 1016– 1022, DOI: 10.1038/s41557-018-0078-8
De La Higuera Macias, M.; Arndtsen, B. A. Functional Group Transposition: A Palladium-Catalyzed Metathesis of Ar-X σ-Bonds and Acid Chloride Synthesis. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 10140– 10144, DOI: 10.1021/jacs.8b06605