データ駆動型科学による合理的な触媒設計に基づく不斉反応系の探索

使用数据驱动科学寻找基于合理催化剂设计的不对称反应系统

• 批准号: 21J14551
• 负责人: 中西 大志
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J14551/
• 关键词: 不斉触媒反応; データ科学; ジアステレオ収束的合成; Diels-Alder

不斉触媒反応は、鏡像異性体の片方のみを選択的に作る反応であり、過去の薬害であるサリドマイド事件などを顧みればその重要性は明らかである。しかし、このような不斉触媒反応開発には従来、研究者の多大な労力をかけた試行錯誤が必要とされ、非常に効率が悪い問題がある。そこで本研究では、実験的、計算化学的に得られたデータを有効に活用することで、不斉触媒反応開発の効率化に取り組んでいる。本年度は、３つの課題に対して研究を行った。初めに、実験的なアプローチでは最適触媒が見出せなかった、複雑なメカニズムで進行する第二級アルコールの速度論的光学分割反応において、データ駆動科学的アプローチを用いた解析から最適なキラルリン酸触媒の設計を行った。その結果、計算上では高い不斉収率を示す触媒の設計に成功した。現在その機能評価に取り組んでいる。次に、炭素-炭素結合形成反応として有用性が非常に高く、古くから広く研究されている不斉Diels-Alder反応において、endo/exo付加の選択性をスイッチングする不斉触媒反応の開発を行った。現在までに、計算化学から得られたデータを適切に解釈することで、endo/exo選択性を逆転することに成功しており、光学活性シクロヘキセン骨格をジアステレオダイバージェントに合成する足掛かりを掴んでいる。本研究は、ジアステレオ収束的合成法を新たなアプローチから合理的に設計することができることを示す先駆的な例である。また、同様のDiels-Alder反応をモデル反応として、不斉触媒反応系の合理的設計法に関する研究を行っている。不斉触媒反応の探索研究は研究者の経験の直感に頼った方法に依存しており、その合理的設計アプローチの探索は急務である。今回、水素結合に着目したアプローチを展開することで新たな設計法を提供した。

不对称的催化反应是选择性地产生一种对映异构体的反应，当您查看过去的沙利度胺入射（这是与药物有关的损伤）时，它们的重要性很明显。然而，传统上，由于研究人员的努力，这种不对称催化反应的发展需要试验和错误，并且存在一个非常效率的问题。因此，这项研究致力于通过有效利用实验和计算化学数据来提高不对称催化反应的发展效率。今年，我们对三个问题进行了研究。首先，我们使用数据驱动的科学方法从分析中设计了最佳的磷酸催化剂，该方法是通过复杂机制进行的二级醇的动态分辨率反应，而实验方法无法找到最佳催化剂。结果，我们成功设计了一种催化剂，该催化剂在计算中表现出高不对称的产量。目前正在研究此功能。接下来，我们开发了一种不对称的催化反应，该反应切换了不对称的Diels-Alder反应中内野/EXO添加的选择性，该反应已被广泛研究了很长时间。迄今为止，我们通过正确解释从计算化学获得的数据来成功逆转了内托/EXO的选择性，并获得了对光学活性环己烯骨骼的非对映射合成的立足点。这项研究是一个开创性的例子，说明如何通过一种新方法合理设计非映射合成方法。此外，正在对使用相同的Diels-Alder反应作为模型反应的不对称催化反应系统进行理性设计方法进行研究。不对称催化反应的探索研究取决于依靠研究人员的经验直觉以及探索其理性设计方法的方法。这次，我们通过实施着针对氢键的方法提供了一种新的设计方法。

项目成果

ビニルキノリン類をジエノフィルとする不斉 Diels-Alder 反応の開発と Endo/Exo 選択性 を制御する新知見

使用乙烯基喹啉作为亲双烯体开发不对称 Diels-Alder 反应以及控制 Endo/Exo 选择性的新知识

• 发表时间: 2022
• 作者: 中西大志;寺田眞浩
• 通讯作者: 寺田眞浩

エナンチオ選択性・反応速度向上のための合理的基質設計：主要遷移状態におけ る水素結合相互作用の強化戦略

合理的底物设计以提高对映选择性和反应速率：加强主要过渡态氢键相互作用的策略

• 发表时间: 2022
• 作者: 中西大志;寺田眞浩
• 通讯作者: 寺田眞浩