ナノスケール反応場の非線形増幅効果を利用したアミノ酸の不斉電解合成

利用纳米级反应场的非线性放大效应进行氨基酸的不对称电合成

基本信息

批准号：
22K19088
负责人：
山内美穂
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

不斉現象（キラリティー）は、製薬、情報などの人工機能を高度化する上で重要な役割を果たす。これまでに、分子の不斉（立体）制御は、精密有機合成化学により実現されてきた。例えば、発酵法では製造できない立体制御された特殊アミノ酸の合成は新規医薬品の肝である。他方、申請者は、バイオマスから調達可能なアルファ-ケト酸から、水を水素源とする電気化学反応（電解合成）により、10種類のタンパク構成アミノ酸の電解合成に成功している。しかしながら、水溶液中の電極反応では、界面での反応分子への電子およびプロトンの複雑な供給パスの形成により、水素化反応における面選択性を制御できないため不斉アミノ酸合成は達成されていない。もし、反応分子の配向とプロトンおよび電子の移動経路を規定し、立体制御されたアミノ酸を電気化学的に合成できれば、新しい精密材料合成法として大きなインパクトを与える。本研究では、有機酸と特異な相互作用を示す酸化物半導体電極の機能をフル活用することで、電気化学的不斉アミノ酸合成に挑戦する。具体的には、酸化物半導体電極上に、不斉誘導部位が導入されたナノスケールの三相（電極・反応分子・電解質）界面空間である“ナノキラル孔”を構築する。有機不斉合成では、キラリティーをもつ分子の生成とともにエナンチオ過剰率が増大する非線形現象が起こることが知られている。限定された空間をもつナノキラル孔が、分子と水素（プロトン＋電子、ヒドリド）の異方的配向増強場として働き、立体選択性を非線形に増幅することが本研究の狙いである

不对称现象（手性）在推进药物和信息等人工功能方面发挥着重要作用。迄今为止，分子的不对称（立体）控制已通过精密有机合成化学实现。例如，合成无法通过发酵生产的立体控制的特殊氨基酸是新药物的关键。另一方面，申请人通过使用水作为氢源的电化学反应(电合成)，成功地由可从生物质获得的α-酮酸电解合成10种构成蛋白质的氨基酸。然而，在水溶液中的电极反应中，由于在界面处形成了电子和质子向反应物分子的复杂供给路径，氢化反应中的表面选择性无法控制，因此尚未实现不对称氨基酸合成。如果能够通过指定反应物分子的取向以及质子和电子的转移路径来电化学合成空间控制的氨基酸，那么作为一种新的精密材料合成方法将产生巨大的影响。在这项研究中，我们将充分利用氧化物半导体电极与有机酸表现出独特相互作用的功能，迎接电化学不对称氨基酸合成的挑战。具体来说，在氧化物半导体电极上构建“纳米手性孔”，其是引入不对称感应部分的纳米级三相（电极、反应物分子、电解质）界面空间。众所周知，有机不对称合成中会发生非线性现象，其中对映体过量随着手性分子的产生而增加。这项研究的目的是，空间有限的纳米手性孔隙充当分子和氢（质子+电子、氢化物）的各向异性取向增强场，非线性放大立体选择性。