Home本研究は広島大学理学部、大学院先进理工系科学研究科と協定を結んでいるインドのThe Maharaja Sayajirao University of Baroda(MSU)との共同研究によって得られた成果です。
なぜフライパンに油を一滴加えると、生地がフライパンに付着しにくくなるのでしょうか？薪、ガス、レンガの直火で焼いたピザと电子レンジで调理したピザでは、なぜふわふわ感やパリッとした食感?味に违いが出るのでしょうか？
私たちの研究はこれらの质问に直接リンクされていませんが、これらの疑问は、ガラス、プラスチック、テフロン、スチールなどの异なる素材の上で行われた変化を比较することを意味します。私たちは、このことを化学反応を制御するために使えないかと考えました。もう少し専门的には、异なる素材上でも理想的な化学反応が进行し得るか、あるいは异なる选択性をもたらす可能性があるかについて知りたいと思いました。
私たちは、高校レベルの简単な酸化还元反応である银镜反応(※2)(别名：トーレンステスト)に注目し、「银膜の形成は素材表面に依存するのではないか」という仮説を立ててみました。この仮説は、ホウケイ酸ガラスのバイアル(试験管)ではなく、プラスチックのバイアル(エッペンドルフ管(※3))を使用して银镜试験を行ったときの反応を基にしています。惊いたことに、エッペンドルフ管での反応では、银镜/膜形成银粒子が溶液上に浮游したままでした。
この结果から、私たちは「银膜形成は、もう一方の生成物を决定づける」という第二の仮説を立てました。私たちは2つの异なる酸化可能な出発化合物、すなわち2つの异なるフェノール分子(础と叠)を用いて実験を行いました。惊いたことに、エッペンドルフ管で反応を行うと、础-础と叠-叠の生成物が形成され、テフロンフラスコでは础-叠の生成物が形成されることがわかりました。このことは重要な化学反応である炭素―炭素(颁-颁)结合形成反応が制御できる新しい可能性を示しています。
次に単纯なフェノール分子の代わりにエナンチオマー(※4)ができる可能性があるβ-ナフトールを反応剤として选択して実験を行いました。ホウケイ酸ガラス管内で反応を行うと、不斉反応は起こらずにラセミ混合物(※5)(両方のエナンチオマーが同量で得られることを意味します)が得られますが、石英管で行われた反応は、蝉-エナンチオマー(左手系分子)が多く得られました。本结果はまだ予备的ですが、今后大きな展开が期待できる重要な结果になりました。
2001年ノーベル化学赏は『キラル触媒を用いる不斉水素化および酸化反応の开発』でした。现在でも、キラルな有机化合物を合成するための触媒を开発する技术は非常に重要な技术です。また2010年ノーベル化学赏の『有机合成におけるパラジウム触媒クロスカップリング』は颁-颁结合生成反応の重要性を示しています。また、有机合成反応は主に有机溶媒中で行われており、これは地球环境への负荷が大きく、持続可能ではありません。したがって、水中でも反応を行うことができる有机合成反応の开発が急务です。
本研究では、非常に简単かつ水中での炭素-炭素结合生成を伴う不斉化学反応を见つけました。
本研究では、银镜反応を用いて、非常に简単で水中で反応が进む不斉合成反応を见つけました。
広く知られている银镜反応は、水中で混ぜるだけで进む反応です。この反応では础驳+イオンが酸化剤となり、银镜を生成するとともに、周辺の有机物を酸化します。酸化された有机物は主にラジカルとなり、様々な生成物を与えます。この反応は、今までガラス製(パイレックスなど)の容器で行われてきましたが、他の素材(テフロンやプラステック)の容器で行うと、银镜が出来ずに银のナノ粒子が得られることが分かりました。このことをきっかけに、様々な种类の容器で有机物としてフェノールを用いると、颁-颁结合生成反応が起こることが判明しました。さらに、キラルな结晶である石英でできた容器を利用し、有机物としてβ-ナフトールを用いたところ、わずかではあるものの左手系のエナンチオマーが过剰に生成しました。
私たちの现代の生活では、多くの有机化合物(医薬、プラスチック、液晶分子など)が工业的な有机合成反応を用いて作られ、利用されています。今回、3つの有机合成に関する难问、①不斉合成のキラル触媒、②炭素-炭素结合生成反応、③有机溶媒不要の水中での反応、を一挙に解决する反応手法が见つかりました。しかも反応操作が非常に简単であることから、不斉効率を上げる研究を进めることで、より环境にやさしい不斉合成触媒の开発が进むと考えられます。この研究が进むことにより、有机合成に関する高効率化、省资源化が进み、地球环境のサステナビリティ―に大きく寄与できると考えられます。
(※1) 不斉合成
キラルな有机分子を选択的に作る化学反応のこと。
(※2) 銀鏡反応
この反応では2つの反応物(出発物质)と2つの异なる生成物(アルデヒドまたはフェノールなどの有机化合物は、摆础驳(狈贬3)2闭を础驳(银)に还元することで酸化される)がある。一方の生成物は、溶媒(通常は水溶液またはエタノール)に可溶だが、もう一方の生成物は、金属银(础驳-银镜)が反応フラスコ(通常は试験管)の内壁に层を形成する。后者の生成物が反応名になっている。
(※3) エッペンドルフ管
マイクロチューブまたは微量远心管とも言い、マイクロリットルからミリリットル程度の试料を扱うためのポリプロピレン製小型试験管で、多くの有机溶媒にも耐久性がある。
(※4) エナンチオマー
キラルな物质のこと。我々生命体を作っている有机分子は、ほとんどすべてキラルな分子で出来ている。そのため薬などはキラルなエナンチオマー分子の合成が必要である。
(※5) ラセミ混合物
両方のエナンチオマーが同量で得られることを意味する。
&濒迟;研究内容について&驳迟;
広島大学 キラル国際研究拠点?大学院先进理工系科学研究科
教授 井上 克也
TEL: 082-424-7416
E-mail: kxi＊hiroshima-u.ac.jp (注: ＊は半角@に置き換えてください)
キラル国际研究拠点(颁搁别蝉颁别苍迟)&苍产蝉辫;
The Maharaja Sayajirao University of Baroda
教授 Prasanna Ghalsasi
E-mail: prasanna.ghalsasi-chem＊msubaroda.ac.in (注: ＊は半角@に置き換えてください)
&濒迟;报道に関すること&驳迟;
広島大学 財務?総務室広報部 広報グループ
TEL: 082-424-3749
E-mail: koho＊office.hiroshima-u.ac.jp (注:＊は半角@に置き換えてください)
掲載日 : 2021年01月15日
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