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

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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。