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

基本信息

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

项目摘要

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。

据说有机溶剂占发射的化学废物的80％以上，并且在反应后蒸馏操作中消除了从混合物中去除溶剂的能量消耗被认为是一个挑战，而蒸馏量的二氧化碳排放量为化学工业二氧化碳发射的40％。尽管由于过程的简化，恢复和重复使用溶剂和催化剂是一种理想的方法，但有必要找到一种分离溶剂和产物的方法。特别是，催化剂是由于反应混合物中剩余的杂质而不可逆转地停用的，因此问题是避免杂质的积累。特别是，高度活跃的手性路易斯酸催化剂在精确有机合成中广泛使用这种杂质，并且在使用这些杂质的过程中使用这些杂质时是一种障碍，在药物和化学物质的制造过程中采用合成过程。因此，我们专注于不使用有机溶剂或表面活性剂的有机合成水上化学，并与催化剂固定化（不溶液化）技术结合使用，我们的目的是不对称合成，其中催化剂和溶液都可以重复使用。当使用水代替有机溶剂时，原材料的有机化合物并不可混杂，并且在反应后可以通过提取或离心轻松隔离产物。此外，通过将高度活性的水络合物适当地分为疏水性聚合物，可以维持高度活性的状态。在这一假设下，手性扫描仪络合物被固定在聚苯乙烯主链上，并且单独的离心物可以分离产物，催化剂和水。中氧化物的不对称环开反应使催化剂和水可以重复使用10次，并且能够有效地获得许多在许多药物中发现的手性1,2-氨基醇。它也可以应用于使用福尔马林的硫醇和不对称的muyyama aldol反应的不对称1,4增添反应。此外，尽管选择性有提高的余地，但我们发现了一种情况，将三种类型的固体混合在水中以形成高效的不对称催化剂。反应没有在有机溶剂或没有溶剂的情况下进行。