医薬品合成では、炭素-炭素結合の形成する化学変換が必須です。また、持続可能な開発を実現するためには、廃棄物を出さない医薬品合成のための分子変換反応の開発も求められています。従来このような要件を満たすためには、多段階の化学変換を施した高価な金属触媒が利用されていました。また、金属触媒を調整するための費用、手間を考えると工業的な利用が制限されていました。
本研究では、市販で入手可能な4-フェニルピリジンを触媒として用いることで有機ハロゲン化物とハロゲン結合という非結合性の相互作用を形成すること、その相互作用を利用することで可視光に応答し有機ハロゲン化物の炭素-ハロゲン結合が均等開裂し、高い反応性を示す炭素ラジカル種を生成することを見出しました（図1）。
この相互作用を鍵とした光反応による炭素ラジカル種生成法を利用し、高効率分子変換反応を開発しました。すなわち、この手法を利用することで不飽和炭化水素存在化有機ハロゲン化物が原子効率100%で付加することを明らかにしました（図2,3）。この方法は、従来必要とされていた遷移金属触媒を用いることなく、太陽光の主成分である可視光を反応進行の原動力として進行する環境負荷の少ないクリーンな反応です。この手法を鍵とした、クリーンな医薬品合成への応用が期待されます。
本研究成果は、岐阜薬科大学 合成薬品製造学研究室の大学院博士課程学生 松尾一樹（右）、山口 英士 講師（左）、伊藤 彰近 教授らによりアメリカ化学会誌「 The Journal of Organic Chemistry」に公開されました。
本研究成果のポイント
- ハロゲン結合を利用した光反応で触媒的にATRA反応を促進することを明らかにしたのは世界初である。
- 遷移金属を基盤とした光触媒反応の代替としての利用を実現することで、医薬品合成において大幅なコスト削減が期待できる。
論文情報
- 雑誌名: The Journal of Organic Chemistry
- 論文名: In Situ-Generated Halogen-Bonding Complex Enables Atom Transfer Radical Addition (ATRA) Reactions of Olefins
- 著者: Kazuki Matsuo, Eiji Yamaguchi*, and Akichika Itoh*
- DOI番号: org/10.1021/acs.joc.0c01135