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有機反応の立体制御を究める―キラル複合酸触媒の設計―

工学研究科 化学・生物工学専攻 生物機能工学分野
バイオマテリアル講座 生体機能物質化学研究グループ
 教授
石原 一彰

ishihara@cc.nagoya-u.ac.jp


CURROCULUM VITAE

主な研究と特長
 医薬品等の生物活性物質や最先端技術産業を支える機能性高分子材料等の生産には、触媒的有機反応とその分子レベルでの立体化学制御法の開発が必要不可欠である。また、生産と同時に排出される有害物質の無害化処理技術についてもその開発が急務である。このような観点から、環境保全型の実用性と汎用性を備えた触媒的立体選択的有機反応及び有害物質を無害化するための化学的処理技術の研究を行っている。ここでは、主要課題である「多様な機能を持つブレンステッド-ルイス複合酸触媒の設計」について具体的に述べる。

 酵素を触媒に利用する反応では、基質に対して巧みに配置された複数の水素結合が、反応の立体選択性や特異性を支配する重要な役割を担っている。一方、酵素に代わりうる人工の不斉触媒としては、キラルルイス酸触媒が有効である。なぜなら、中心金属とキラル配位子間の結合及び基質との配位結合が強く、単純な構造のキラル配位子を用いても反応の選択性をある程度制御できるからである。しかし、その能力は必ずしも満足できるものではない。最近、我々は、キラルルイス酸の分子内にブレンステッド酸を共存させ、金属とプロトンとの相互の酸性を制御し、水素結合等の機能を新たに持たせることで、従来のキラルルイス酸触媒では実現困難であった高触媒活性と高立体選択性を達成することに成功した。更に、単純なキラルブレンステッド酸に適当なルイス酸を組み合わせることで、より酵素に近い「かたちあるプロトン」の創製が人工的に可能なことを明らかにした。

 ブレンステッド-ルイス複合酸:例えば、求電子性アリ−ル基を有するボロン酸やボリン酸は、ホウ素上に酸性水酸基を持っており、ブレンステッド-ルイス酸と見なすことができる。これらのホウ素化合物は、カルボン酸やアルコ−ル類を、その水酸基を足場にホウ酸エステルとして取り込み、ルイス酸点のホウ素で活性化する。この働きを巧みに利用し、アミド縮合反応の触媒として3,4,5-トリフルオロフェニルホウ酸が、アルド−ルの脱水反応やオッペンナウア−酸化反応の触媒としてビス(ペンタフルオロフェニル)ボリン酸が有効であることを見つけている。

 ブレンステッド酸複合型キラルルイス酸(BLA):例えば、光学活性ビナフト−ルから誘導した3つのフェノ−ル性水酸基を持つ光学活性配位子とそれ自身強いルイス酸性を持つ3,5-ビス(トリフルオロメチル)フェニルホウ酸より調製される錯体は分子内にルイス酸とブレンステッド酸の両方を兼ね備えたBLAと見なすことができる。このものを触媒量用いてα,β-不飽和アルデヒドとジエンのディ−ルス・アルダ−反応を行えば、高収率かつ高エナンチオ選択性で目的とする付加体を得ることができる。本触媒は広範な基質適用性を持っており、分子内ブレンステッド酸の存在がエナンチオ選択性や触媒活性の向上に寄与している。

 ルイス酸複合型キラルブレンステッド酸(LBA):ルイス酸が配位することで活性化されたキラルブレンステッド酸であるLBAはシリルエノ−ルエ−テル類の不斉プロトン化剤として極めて有効である。例えば、四塩化スズと(R)-ビナフト−ルの1対1配位錯体を用いると、a位に芳香族置換基を持つケトンやカルボン酸から調製されるシリルエノ−ルエ−テル類をほぼ完全なエナンチオ選択性でS体のカルボニル化合物に変換できる。更に、この反応は、触媒量のLBA存在下、2,6-ジメルフェノ−ルをプロトン源とすることで、触媒的に不斉誘導を発現する。また、は、速度論的支配で得られるシリルエノ−ルエ−テルを熱力学的に安定な異性体へ変換する反応の優れた触媒となる。


今後の展望
 これからの有機反応は環境保全型でなくてはならない。従って、従来の反応開発では無視されがちであった、(1)溶媒、(2)副生成物や過剰の反応剤等の廃棄物、(3)触媒回収、(4)後処理・精製の問題が非常に重要となってくる。反応の仕込から生成物の単離に至るまでのゼロエミッション化を目指して、クリ−ンな有機反応の開発研究を行っていきたい。