マイクロ電解セルを用いるカチオン/アニオン型クロスカップリング反応の開発

使用微电解池开发阳离子/阴离子交叉偶联反应

基本信息

批准号：
22KJ1406
负责人：
中村悠人
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

二種類の化学構造の間に結合を形成する「クロスカップリング反応」では、PdやNi等の金属触媒により発生するカチオン等価体とアニオン等価体の間に結合が形成されるが、特に医薬品の合成プロセスにおいて金属成分の残留が問題視されてきた。これらの触媒反応を電気化学的な陽極反応(カチオンの発生)と陰極反応(アニオンの発生)で置き換えることで、金属触媒を用いないクロスカップリング反応の実現を目指している。本研究を達成する上で重要な課題は、不安定なカチオン/アニオン中間体が分解してしまう前にクロスカップリングを進行させる点にある。そこで、本年度は第一にカチオン/アニオンが安定化される電解液組成の選定、第二に陽極/陰極で発生したカチオン/アニオンが出会うまでに要する時間を短縮できる反応器の開発に取り組んだ。第一の電解液組成の選定について、カチオン/アニオン中間体が長寿命化する支持電解質と溶媒の組み合わせとして「ヘキサフルオロリン酸テトラブチルアンモニウム/1,2-ジクロロエタン」を見出した。この電解液の組成において、支持電解質と溶媒はどちらもカチオン/アニオン活性種に対する相互作用が弱いことから、中間体と電解液の間で望まない副反応が進行することがなく、中間体を安定的に発生させることが可能となった。第二の反応器の設計について、カチオン/アニオンが出会うまでに要する時間を短縮する目的で、陽極/陰極間の距離が数十マイクロメートルと非常に狭い「マイクロ電解セル」を開発した。このマイクロ電解セルは、事前検討の段階では接着剤を硬化させて作製したものを用いていたが、更なる実験の効率化を志向し、容易に組み立て・分解できるマイクロ電解セルを新たに開発した。このマイクロ電解セルを使用することで、30分に1回程度の高頻度な電解実験が行うことができることが実証された。

在“交叉偶联反应”中，在两种类型的化学结构之间形成键，在阳离子等效物和由PD或Ni等金属催化剂产生的阴离子等效物之间形成键，但残留金属成分在药品合成过程中特别关注。通过用电化学阳极反应（阳离子生成）和阴极反应（阴离子产生）代替这些催化反应，我们旨在实现不使用金属催化剂的交叉偶联反应。实现这项研究的一个重要挑战是能够在不稳定的阳离子/阴离子中间体分解之前进行交叉耦合。因此，今年，我们首先致力于选择稳定阳离子/阴离子的电解质组成，其次，开发一个反应器，可以减少阳离子/阴离子在阳极/阴极相遇所需的时间。关于第一个电解质组成的选择，我们发现“六氟四氟磷酸/1,2-二氯乙烷”是辅助电解质和溶剂的组合，这些溶剂将延长阳离子/阴离子中间体的寿命。在该电解质的组成中，支撑电解质和溶剂与阳离子/阴离子活性物种的相互作用较弱，因此，不需要的侧反应在中间体和电解质之间不会进展，从而可以稳定地产生中间体。关于第二反应堆的设计，我们开发了一个“微分化细胞”，其距离非常狭窄，几十微米，目的是减少阳离子/阴离子满足所需的时间。该微电解细胞是通过在初步阶段硬化粘合剂来制造的，但为了进一步的实验效率，开发了一个新的微分化细胞，可以轻松组装并拆卸。已经证明，使用这种微电解细胞允许每30分钟一次进行高频电解实验。