Organic chemistry using water: development of aqua-organic chemistry

使用水的有机化学：水有机化学的发展

• 批准号: 22H04972
• 负责人: 小林 修
• 金额: $ 124.13万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-27 至 2027-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22H04972/
• 关键词: 有機化学; 水中; アクアケミストリー; 固体塩基触媒; 不斉反応場; 反応有機化学; 水溶媒; ルイス酸触媒; 塩基触媒; 自己修復

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。

Organic solvent は discharge さ れ る chemistry 廃 outcast の accounted for more than 8 cut を め る と さ れ, ま た の mixture after the 応 か ら solvent を remove す る distilling operation の エ ネ ル ギ ー consumption が subject と さ れ, distilling に origin す る CO2 discharge は chemical industry の CO2 discharge の (4) cut に る. Solvent と catalyst の struck party を 収 back, then use す る こ と は, engineering が brief さ れ る た め な method of ideal で あ る も の の, solvent と products の separation を show the necessary が す あ っ た. Special に anti 応 mixture に residual す る impurity content に よ っ て, catalyst deactivation し が irreversible に て し ま う た め, impurity content の accumulation を avoid け る こ と が subject で あ っ た. Special に, precision organic synthesis で hiroo く with い ら れ る highly active キ ラ ル ル イ ス acid catalyst は, こ の よ う な impurity content の を by け easy く, medical 薬 product や finished な ど の manufacturing process に お い て こ れ ら を with い る synthetic プ ロ セ ス を using す る interstate の hobbles と な っ て い た. そ こ で active tonic も the interface of organic solvent も わ な い organic synthesis ア ク ア ケ ミ ス ト リ ー に mesh し, catalytic の immobilized (melting) technology group と み わ せ て, catalytic と solvent both が Qiao り return し use may not な 斉 synthetic を refers し た. Organic solvent で は な く water を use い る と, raw material の は mixed organic compounds し な い た め, anti 応 に spare や far heart separation operation after で products を easy に 単 from す る こ と が で き る. ま た, highly active な ア ク ア misprinted を 疎 water な polymer に within appropriate に area draw the す る こ と で, highly active state の keep を 図 る こ と が で き る. の こ の よ う な 仮 said, キ ラ ル ス カ ン ジ ウ ム misprinted を ポ リ ス チ レ ン bone に immobilized し, telecentric operation の み で product separation, catalyst, water を may に し た. メ ソ エ ポ キ シ ド の not 斉 open-loop inverse 応 で は catalyst と を 10 back water reuse す る こ と が で き, multiple く の medical 薬 に observed ら れ る キ ラ ル 1, 2 - ア ミ ノ ア ル コ ー ル を working rate of に る こ と に successful し た. ま た, チ オ ー ル の not 斉 1, 4 - plus 応, ホ ル マ リ ン を with い る 斉 not to mountain ア ル ド ー ル anti 応 に も 応 with す る こ と が で き た. ま た, sentaku に room to improve の が あ る も の の, 3 species の solid で を water mix ぜ close わ せ る こ と で な working rate is not high 斉 catalyst と な る examples を show the し た. In organic solvents and under the condition of また without solvents, で で all reverse 応 and な な った.

项目成果

水中で自己修復可能なキラルルイス酸触媒の開発

开发能够在水中自修复的手性路易斯酸催化剂

• 发表时间: 2023
• 作者: T. Kitanosono;F. Lu;Y. Yamashita;S. Kobayashi
• 通讯作者: S. Kobayashi

Water-driven solid self-assembled catalysis

• DOI: 10.1016/j.jorganchem.2022.122318
• 发表时间: 2022-03
• 期刊: Journal of Organometallic Chemistry
• 影响因子: 2.3
• 作者: T. Kitanosono;Tomoya Hisada;Y. Yamashita;Shu̅ Kobayashi

希土類水酸化物を用いる水中での1,4-付加反応(1)

使用稀土氢氧化物在水中进行 1,4-加成反应 (1)

• 发表时间: 2023
• 作者: T. Kitanosono;R. Osada;T. Hisada;Y. Yamashita;S. Kobayashi
• 通讯作者: S. Kobayashi

Synthesis of Chiral Metal-Organic Framework for Biocompatible Lewis Acid Catalysis

用于生物相容性路易斯酸催化的手性金属有机骨架的合成

• 发表时间: 2023
• 作者: W. Srimontree;T. Kitanosono;Y. Yamashita;S. Kobayashi
• 通讯作者: S. Kobayashi

単層カーボンナノチューブ担持ルイス酸触媒による水中反応と再使用性の評価

单壁碳纳米管负载路易斯酸催化剂的水下反应和可重复使用性评价

• 发表时间: 2023
• 作者: S. Tanaka;T. Kitanosono;Y. Yamashita;S. Kobayashi
• 通讯作者: S. Kobayashi