Organic chemistry using water: development of aqua-organic chemistry

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有機溶媒は排出される化学系廃棄物の8割以上を占めるとされ、また反応後の混合物から溶媒を除去する蒸溜操作のエネルギー消費が課題とされ、蒸溜に由来するCO2排出量は化学産業のCO2排出量の4割に上る。溶媒と触媒の両方を回収・再使用することは、工程が簡略化されるため理想的な方法であるものの、溶媒と生成物の分離法を見出す必要があった。特に反応混合物中に残留する不純物によって、触媒が不可逆的に失活してしまうため、不純物の蓄積を避けることが課題であった。殊に、精密有機合成で広く用いられる高活性キラルルイス酸触媒は、このような不純物の影響を受け易く、医薬品や化成品などの製造過程においてこれらを用いる合成プロセスを採用する際の足枷となっていた。そこで有機溶媒も界面活性剤も使わない有機合成アクアケミストリーに着目し、触媒の固定化（不溶化）技術と組み合わせて、触媒と溶媒双方が繰り返し使用可能な不斉合成を目指した。有機溶媒ではなく水を用いると、原料の有機化合物は混和しないため、反応後に抽出操作や遠心分離操作で生成物を容易に単離することができる。また、高活性なアクア錯体を疎水的な高分子内に適切に区画化することで、高活性状態の保持を図ることができる。このような仮説の下、キラルスカンジウム錯体をポリスチレン骨格に固定化し、遠心分離操作のみで生成物、触媒、水を分離可能にした。メソエポキシドの不斉開環反応では触媒と水を10回再使用することができ、多くの医薬品に見られるキラル1,2-アミノアルコールを効率的に得ることに成功した。また、チオールの不斉1,4-付加反応、ホルマリンを用いる不斉向山アルドール反応にも応用することができた。また、選択性に改善の余地があるものの、3種類の固体を水中で混ぜ合わせることで高効率な不斉触媒となる事例を見出した。有機溶媒中、また無溶媒条件では一切反応は進行しなかった。