安倍 学氏(大阪大学大学院工学研究科) 「反応性中間体の反応挙動精査に基づく合成反応の開発」  
  草間 博之氏(東京工業大学大学院理工学研究科) 「高次構造構築のための合成戦略と合成手法の開拓」  
  桑野 良一氏(九州大学大学院理学研究院) 「光学活性含窒素複素環化合物の触媒的不斉合成」  
  西長 亨氏( 首都大学東京都市教養学部理工学系) 「π電子系カオチン種の高度安定化法の開拓とその応用」  
  安田 誠氏(大阪大学大学院工学研究科) 「典型金属種を反応場中心とする高効率分子変換法の開拓」  


 

安倍 学氏 (大阪大学大学院工学研究科)

(業績)「反応性中間体の反応挙動精査に基づく合成反応の開発」

 
 
 


  化学反応が段階的に進行する場合、中間体が必ず介在する。カチオン、アニオン、ラジカル、カルベンに代表される反応性中間体の発生ならびにその反応挙動に関する基礎研究の成果は、機能性物質の創出に極めて重要である合成反応の開発に大きく貢献してきた。安倍氏は、多くの化学反応に介在する事が知られているが、構造・反応挙動に関して未解明な点が多い「ラジカルカチオン」ならびに「ビラジカル」に関する反応論的研究に取り組み、それらの反応制御法を見出した。さらに、その研究成果を機能性骨格の位置および立体選択的な合成反応へと発展させ、反応性中間体の化学に新しい展開をもたらしている。以下にそれらの研究業績の概要を示す。

1.ラジカルカチオンの反応性制御に基づく新しい結合形成反応の開発

  応募者はケイ素官能基を有する電子供与性化合物を設計し、適切な電子受容体との電子移動反応によるラジカルカチオンの簡便な発生方法を見出した。シクロプロパノンアセタール骨格を有する化合物の電子移動反応では、ケイ素官能基の脱離を伴い合成的価値が高いβ−ケトラジカルの効率的な発生に成功し、その化学種を鍵中間体とする新しい結合形成反応を見出した。シリルエノールエーテルとベンズアルデヒドなどのカルボニル化合物との光誘起電子移動反応では、シリルオキシ基の存在に基づくラジカルカチオンの電荷とスピンの局在化に成功し、合成素子としての利用が期待される2−シロキシオキセタンの位置および立体選択的な合成反応を見出した。さらに、得られたオキセタンの酸触媒による環開裂を伴う骨格変換反応が効率的に進行する事を発見し、2−シロキシオキセタンの合成素子としての有用性を実証した。

2.三重項ビラジカルの分子ダイナミクス制御に基づくオキセタンの選択的合成
  Skell の仮説 (1956)「三重項ビラジカルを経由する反応の選択性は低い」は、長年にわたり一般性が高い経験則として多くの化学者に広く受け入れられてきた。安倍氏は、アルケンとカルボニル化合物との光 [2+2] 環化付加反応を調べ、三重項ビラジカルを経て位置及び立体制御されたオキセタンが生成する事を見出した。この結果は Skellの定説を覆す結果であり、三重項ビラジカルの分子ダイナミクス、すなわち、立体配座の安定性とオキセタン環の形成に必要な三重項ビラジカルから一重項ビラジカルへの項間交差の相対速度差が重要である事を見出した。オキセタン環は合成素子として重要であるばかりでなく、生体機能物質であるパクリタキセルやメリラクトンAの機能発現骨格として知られており、応募者が見出した「三重項ビラジカルの分子ダイナミクス制御」に基づくオキセタン環の選択的形成反応は、機能性物質の短工程合成に応用が可能である。

3.長寿命一重項ビラジカルの発生に基づく新しい環化付加反応
  化学反応の重要過程は結合の形成と開裂であり、ホモリシスは結合電子対から逆向きスピン↑↓をもつ一重項ビラジカルの状態を経て進行する。したがって、一重項ビラジカルの化学的性質を明らかにすることは合成化学的に重要である。しかしながら、一重項ビラジカルは極短寿命であり、その分光学的捕捉すら困難とされてきた。また、通常1,3−ビラジカルの最安定スピン多重度は三重項状態(↑↑)であり、一重項ビラジカルの化学的性質を明らかにするためには、基底一重項ビラジカルの創製とその長寿命化が不可欠となる。そこで、安倍氏はシクロペンタン-1,3-ビラジカルに着目し、その最安定スピン多重度(↑↑ vs. ↑↓)を 2 位上の置換基で制御できることを量子化学計算により見出した。実験的に、対応するアゾ化合物の脱窒素反応を用い2位に酸素官能基を有する長寿命一重項1,3−ビラジカルの発生に成功し、酸素分子やアルケンとの新しい環化付加反応を見出した。

  以上のように安倍氏は、これまで実用的な合成反応に用いられてこなかった反応性中間体「ラジカルカチオン」・「ビラジカル」の化学に着目し、量子化学計算と分光学的手法を援用しながらそれらの構造・反応性を精査し、化学的性質と反応制御法を明らかにした。安倍氏は、その反応論的な基礎研究の成果を、機能性物質の創製を目指した精微に設計された合成反応へと展開した。これらの研究成果は、国際的にも極めて高く評価されており、有機合成化学協会奨励賞に値するものと認め、ここに選定した次第である。

[略歴]
平成7年3月 京都工芸繊維大学大学院工芸科学研究科博士課程修了
現在 大阪大学大学院工学研究科 講師

 

 


 

草間 博之氏 (東京工業大学大学院理工学研究科)

(業績)「高次構造構築のための合成戦略と合成手法の開拓」

 
 
 


 今日の物質科学研究では、高次構造をもつ有機分子が研究対象として頻繁に取り上げられており、それに伴い、高次構造を構築するための新しい合成戦略と合成手法開拓の重要性が増している。草間氏は、高次構造天然物タキソールの不斉全合成に取り組み、独自の合成戦略と新たな合成手法の導入によりこれを達成した。また、第三遷移金属化合物、特に、従来有機合成にほとんど利用されたことのないレニウム化合物が種々の反応の有用な触媒となることを見出し、各種の有用な骨格構築法を開発した。以下にその業績を示す。

1.タキソールの不斉全合成
  特異な分子構造と顕著な抗腫瘍活性から多数の合成化学者の興味を集めたタキソールの不斉全合成に取り組み、緻密な合成計画と、新しい分子変換手法の導入によりこれを達成した。特筆すべき点は、1)分子内アルドール型8員環閉環反応による立体選択的な三環性炭素骨格構築法、2)シクロプロパン化とその還元的開裂による核間メチル基の効率的導入法、3)C環部の官能基化法として、アリルシランの立体選択的クロロ化などの新手法の導入、4)分子配座解析を駆使した、適切な段階でのオキセタン環の構築、である。さらに、より効率的な合成経路を実現するため、C環部に芳香環を用いる改良合成ルートも開発し、タキソール合成の鍵中間体を簡便に合成できることを明らかにした。同氏の全合成の特徴は、その柔軟性と収束性にあり、それによって天然タキサン類のみならず様々な誘導体の合成も可能とした点にある。

2.レニウム化合物を用いる触媒反応の開発
 同氏は早くからレニウム化合物に着目し、その特徴的性質の発掘ならびに反応開発を行ってきた。まず、高原子価化合物である過レニウム酸塩が、酸化力が低く、アルコール類と容易にエステルを形成して脱離基として作用する、という性質を抽出し、これを利用してアリルアルコール類の1,3-転位、オキシムの液相Beckmann転位反応を従来法より高い触媒効率で達成した。さらに、この研究過程で従来類例のないオキシム窒素原子上での求核置換反応を発見し、含窒素複素環の新規構築法を開発した。
  また、低原子価化合物であるレニウム(I)カルボニル錯体が、Friedel-Craftsアシル化の優れた触媒となることを見出し、これにより1価カルボニル錯体がルイス酸性を示すことを明らかにした。さらに、このレニウムカルボニル錯体がアルキンの求電子的活性化を契機とする反応に極めて高い触媒活性を有することを見出し、分子内にシロキシジエンを有するアルキン類を用いると、連続環化反応により二環性炭素骨格を一挙に構築できることを明らかにした。この反応はアルキンの同一炭素上で二つのC-C結合生成が起こる、新しい形式の反応である。これらの成果は、これまで有機合成に積極的に活用されていなかったレニウム化合物が、さまざまな骨格構築反応に利用できることを明らかにした大変意義のある成果である。

3.第三遷移金属含有イリドの創製と触媒的多環性骨格構築法の開発
  同氏は、第三遷移金属錯体によるアルキンの求電子的活性化に基づく多機能性反応活性種の創製と、これを利用した触媒的多環性複素環合成法の開発も行っている。すなわち、o-アルキニルフェニルカルボニル化合物に対しビニルエーテルの存在下で触媒量のタングステン錯体を作用させると、含酸素多環性化合物が立体選択的に得られる。この反応は、求電子的に活性化されたアルキンに対するカルボニル酸素の求核的環化による新規反応活性種、金属含有カルボニルイリドの創製が鍵となっている。これはイリドとカルベン錯体の双方の性質を持ち、従来にない分子変換を可能にする興味深い化学種である。
  さらに金属含有アゾメチンイリドの創製にも成功し、o-アルキニルアニリンから誘導したイミンを用い、アルケンの存在下で触媒量の各種第三遷移金属錯体を作用させると、マイトマイシン等の基本骨格である三環性インドールを一挙に構築できることを見いだした。また、これをエンイン部位を有するイミン類に適用すると、金属含有アゾメチンイリドが従来ほとんど例のない1,5-双極子付加環化反応を起こすことも明らかにした。

 以上、草間氏は高次構造天然物タキソールの不斉全合成を独自の戦略に基づき効率よく達成すると共に、レニウムをはじめとする第三遷移金属錯体の特徴を活かして高次構造構築の手がかりとなる新規骨格構築法を多数開発した。これらの業績は、国内外において高く評価されており、有機合成化学協会奨励賞に値するものと認め、ここに選定した次第である。

[略歴]
平成4年3月 東京大学大学院理学系研究科博士課程中退
現在 東京工業大学大学院理工学研究科助教授

 

 


 

桑野 良一氏 (九州大学大学院理学研究院)

(業績)「光学活性含窒素複素環化合物の触媒的不斉合成」

     
 
  触媒的不斉合成法は光学活性化合物の有力な供給法として認知され、天然物合成や医薬品の製造などに幅広く利用されている。一方、光学活性な含窒素複素環構造は多くの有用な生理活性化合物に含まれる普遍的な分子構造であり、その高効率かつ高立体選択的構築法の開発は有機合成化学における重要課題の1つである。桑野氏は、遷移金属に対しトランスでキレート配位する特異な不斉配位子TRAPを用いることにより、触媒的不斉水素化反応を利用した光学活性含窒素複素環化合物の不斉合成法を開発した。以下にその業績の概要を示す。

1.環状エナミドの触媒的不斉水素化による光学活性環状α-アミノ酸の触媒的不斉合成

  光学活性α-アミノ酸は生体の主構成要素であるタンパク質の構成単位であり、極めて重要な化合物群である。非環状α-アミノ酸はデヒドロアミノ酸類の触媒的不斉水素化反応により効率よく合成できる。しかし、環状α-アミノ酸の触媒的不斉合成はほとんど例がなかった。桑野氏は、リン上の置換基としてイソブチル基をもつ不斉配位子i-BuTRAPのロジウム錯体を不斉触媒として利用することにより、環状エナミド1,4,5,6-テトラヒドロピラジン-2-カルボン酸類の不斉水素化反応を高エナンチオ選択的に進行させることに成功し、光学活性ピペラジン-2-カルボン酸類の触媒的不斉合成法を開発した。この生成物はMerck社のHIVプロテアーゼ阻害剤Crixivanの合成中間体として有用な化合物である。また、不斉配位子TRAPのリン上の置換基をイソブチルからメチルに換えることにより、逆の絶対配置の水素化生成物を高エナンチオ選択的に得ることに成功した。これは、不斉触媒の立体化学を変化させることなく、その一部を変化させるだけで両エナンチオマーの作り分けが可能であることを証明したものであり、学術的に興味深い。さらに、同氏はリン上にフェニル置換基をもつPhTRAPを用いることにより、他の環状エナミドの高立体選択的な触媒的不斉水素化反応を開発した。この反応は、広範囲にわたる光学活性環状α-アミノ酸の不斉合成に利用できる。

2.複素芳香族化合物インドールの触媒的不斉水素化
  オレフィン、ケトン、イミンの触媒的不斉水素化反応は盛んに研究され、現在では光学活性化合物を得るための基本的手法の1つとして認識されている。一方、ベンゼンやピロールのような芳香族性をもつ官能基の触媒的不斉水素化反応は光学活性な環状骨格を直接的に作り出すことができ、極めて強力な有機合成化学的手法になると予想された。しかし、最近までこのような触媒的不斉反応に関する報告は皆無であった。
  桑野氏は、芳香族性をもつ官能基の触媒的不斉水素化反応の潜在的な有用性に着目し、インドールの水素化反応に標的を絞り、その実現に向けた研究に着手した。その結果、不斉配位子PhTRAPのカチオン性ロジウム錯体を塩基存在下で不斉触媒として用いることにより、インドールの触媒的不斉水素化反応を高エナンチオ選択的に進行させることに成功した。このインドールの不斉水素化反応は2位あるいは3位に不斉点をもつ広範囲の光学活性インドリンの触媒的不斉合成に適用できる。また、同氏は本触媒的不斉水素化反応を利用して抗腫瘍活性物質(+)-CC-1065の合成中間体を高立体選択的に合成することに成功した。以上の研究成果は、世界初の芳香族性をもつ官能基の触媒的不斉水素化の成功例であり、大きなインパクトを与えた。実際、本研究が契機となって国外の幾つかの研究グループによって複素芳香族化合物の不斉水素化の研究が始まり、現在では中国、ドイツ、カナダの研究者によりキノリンやピリジンの高立体選択的な不斉水素化が実現している。

  以上のように桑野氏は、トランスキレート型という特異な不斉配位子TRAPを利用することにより、有機合成での利用価値が高い含窒素複素芳香族化合物の新しい触媒的不斉合成法を開発した。また、この研究を通して、芳香族性をもつ官能基の触媒的不斉水素化の開発を世界に先駆けて成功した。ここに紹介した研究以外にも、1,6-エンインの触媒的不斉環化異性化において世界で初めて90% ee以上の立体選択性を達成し、炭素?炭素結合形成を伴う光学活性ピロリジンの触媒的不斉合成法の開発にも成功した。これらの研究は近年の有機合成化学の発展に大きく貢献し、国内外において高く評価されている。よって、同氏の業績は有機合成化学協会奨励賞に価するものと認め、ここに選定した次第である。

[略歴] 
平成7年3月 京都大学大学院工学研究科博士後期課程 中退
現在 九州大学大学院理学研究院 助教授

 

 


 

西長 亨氏 (首都大学東京都市教養学部理工学系)

(業績)「π電子系カオチン種の高度安定化法の開拓とその応用」

     
 
  ラジカルカチオンなどのπ電子系カチオン種は、合成反応の過程や有機電子材料のドープ状態などで発生する化学種であり、その詳細な電子構造の解明は合成化学のみならず材料科学の発展にも重要である。しかしながら、このようなカチオン種の多くは非常に不安定であり、そのスペクトル観測は特殊な測定条件が必要となり、そこから得られる情報には厳しい限界がある。西長氏は、π系の周囲に剛直なσ炭素骨格であるビシクロ[2.2.2]オクテンを縮環させるという既成概念にとらわれない新たな構造修飾法を開拓して、これまでに全く観測例、あるいは単離例のなかった数多くのカチオン種を安定化し、初めてのNMR観測やX線結晶構造解析に成功した。以下にその業績の概要を示す。

1.π電子系のラジカルカチオン塩の単離
  極めて不安定なπ電子系のラジカルカチオンを安定化させるために、従来ヘテロ原子による構造修飾が行われてきたが、このような置換基を持つラジカルカチオンでは、電荷やスピンがヘテロ原子側に大きく移動し、π電子系本来の性質を大きく変化させてしまうという本質的な問題があった。一方、一般のアルキル基ではπ系のα位からの脱プロトン化に伴う分解反応などを防ぐことは出来ない。これに対し同氏は、ビシクロ[2.2.2]オクテンの剛直性に着目し、このユニットをπ電子系に縮環させることにより、アルキル基としての安定化効果に加えて、骨格の剛直性に由来するα位の脱プロトン化の抑制効果から、ラジカルカチオン種をも著しく安定化できることを見いだした。
  この手法により同氏はこれまでに単離例のなかった一連のπ共役系のラジカルカチオン塩を単離し、初めてのX線結晶構造解析に成功した。その結果、シクロオクタテトラエンのラジカルカチオンの折れ曲がり構造を初めて実証し、また多環式縮合芳香環のラジカルカチオンでは、中性分子のHOMOから電子が引き抜かれることを反映して、HOMOが結合性の部分は結合長が伸長し、反結合性の部分は短縮するという理論的予測を実験的に証明した。
  さらに、同様の手法は硫黄を含む単環式化合物であるチオフェンやジチインのラジカルカチオンの安定化にも有効であることを示し、それらのラジカルカチオン塩を安定な結晶として単離することにも成功した。

2.3価のケイ素カチオンの芳香族安定化 
  カルボカチオンに比べ、ケイ素カチオンは求電子性が非常に高いため、凝集系で溶媒や対アニオンの配位のない3価のケイ素カチオンを実現するのは極めて困難であり、多くの試みにもかかわらず、その例は極僅かに限られていた。これに対し、同氏は7員環のπ共役系に組み込んだ、初めてのπ共役型ケイ素カチオン(シラトロピリウムイオン)のNMR観測に成功し、このケイ素カチオンが溶媒との相互作用もなく、従来の予測を覆して6π芳香族性を有していることを初めて明らかにした。

3.導電性高分子のドープ状態モデルの構造解析
  オリゴチオフェンのカチオン種は導電性高分子であるp-ドープされたポリチオフェンのモデルであり、導電機構解明のため活発に研究がなされている。しかしながら、分子間π-π相互作用により二量化するという問題のため、これまでp-ドープされたπ共役ポリマー単一鎖の電子状態を解明することは困難であった。これに対して同氏は、ビシクロ[2.2.2]オクテンの縮環した一連のオリゴチオフェンを合成し、そのラジカルカチオンおよびジカチオンの構造をX線結晶解析により初めて系統的に明らかにした。さらにビシクロ炭素骨格の立体効果により分子間のπ-π相互作用を阻害して二量体形成を防ぐという“被覆機能”を利用して、カチオン性オリゴチオフェンの単分子としての電子的性質を検証し、導電性高分子のドープ状態における電子構造の完全解明に向けた新たなモデル系を構築することに成功した。

  以上のように、西長氏は従来の手法では安定に取り出すことはおろか、発生・観測することすら困難であった高反応性カチオン種を高度に安定化する方法を開拓し、これら活性化学種の電子構造研究を有機合成化学的な手法を用いて可能にした。これらの同氏の業績は国内外からも高い評価を受けており、有機合成化学奨励賞に値するものと認め、ここに選定した次第である。

[略歴] 
平成7年3月 京都大学大学院 工学研究科博士後期課程修了
現在 首都大学東京 都市教養学部 准教授
 

 


 

安田 誠氏 (大阪大学大学院工学研究科)

(業績)「典型金属種を反応場中心とする高効率分子変換法の開拓」

     
 
  有機金属化合物の性質を決定する因子は、金属の種類、置換基(配位子、溶媒)、酸化数などがあげられる。これらが金属周辺の電気的・立体的環境、中心金属の軌道の状態などを決定し、総合的な性質を供する。安田氏は、これらの点に着目し、13族および14族典型金属に関する研究を進め、新しい金属反応場の創出と新規高効率分子変換法の開発に成功した。また、反応開発において計算化学による詳細な機構解析を行い、ブラックボックスとなりがちな金属反応場を理論的に解明することにも成功した。以下にその主な業績の概要を示す。

1. 高配位化スズエノラートによる選択性スイッチ
  トリアルキルスズエノラートは合成的に広く利用されているよく知られた化学種である。これは通常4配位構造を有し、アルデヒド等へのカルボニル付加を速やかに起こす。一方、有機ハライドとの置換反応は高温条件でも進行しない。同氏は、このスズエノラートにHMPAまたはBu4NBrを添加すると、5配位型の高配位化スズエノラートが発生することをスペクトルにより初めて観測することに成功した。また、この高配位化スズエノラートを用いると4配位型との選択性の逆転が生起し、ハライド置換の進行とカルボニル付加の抑制現象が見られた。この選択性スイッチは、他に全く類例のないエノラートの性質である。また理論計算により活性種の性状、選択性発現の因子および反応経路を詳細に解析することに成功し、有機金属化学分野への基盤的知見を与えた。さらに同氏は高配位化スズエノラートを触媒的に発生させる系を新たに構築し、これまで熱力学的に不利なプロセスのため不可能とされてきた触媒的なケトンエラートの不飽和エステルへのマイケル付加を世界で初めて達成した。機構の解明により、スズの特異な生成系安定化効果が実証され、常識的な知見を打ち破る反応構築に成功した。

2. 二価スズ試薬による立体選択的第四級炭素構築
  γ-置換アリル求核種はカルボニル化合物への付加によりジアステレオマーのアルコールを生成する。アルデヒドに対するこのタイプの立体選択的反応は数多く報告されており、その手法もほぼ確立されている。しかし、同氏が研究を始めた時点では単純ケトンへの反応はほとんど報告が無かった。ケトンとアルデヒドは反応性が大きく異なるため、アルデヒドで開発された手法は全く効果を発揮しない。反応性の低いケトンに活性を示し、さらに選択性を兼ね備えた系の開発の必要性から同氏は、二価アリルスズを想起し、初めてこのタイプの反応を高選択的に達成した。γ置換-四価アリリックスズと二塩化スズを極性溶媒中混合すると速やかに2価スズ反応剤が発生する。この種は基質のケトンの酸素からの配位を強く受け堅固な六員環遷移状態を経て一方のジアステレオマーのみを選択的に与える。また、アルコキシケトンを基質に用いるとキレート効果も相乗し、連続三炭素が完全な立体選択性で制御された生成物を得ることに成功した。この手法はアリリックスズのほか、スタニルエステルにも適用でき、立体制御された第四級炭素を含むアルドール等価体を高選択的に得ることにも成功した。

3. ケイ素反応剤-インジウム触媒系によるアルコールの直接置換反応

  同氏は、三価インジウム化合物の“中程度のルイス酸性”に着目し、同族のアルミニウムやホウ素とは全く異なった独自の挙動を示す触媒反応の研究を進めてきた。アルコールの直接置換反応はOH基の低い脱離能のために一般に困難であるが、ケイ素求核種-インジウム触媒系を用いることで、直接脱ヒドロキシ水素化反応に成功した。また、この水素化の系に添加物としてジカルボニル種を加えると反応経路が大きく変わり、アルコールの脱ヒドロキシ塩素化反応が進行した。これは、中性条件下での初めての触媒的な第三級アルコールの選択的塩素化法である。また、アリルシランをインジウム触媒とともに用いれば、アルコールの直接置換により、アリル基が導入されることも見いだした。これは、ハライド等を用いないアルコール出発のクロスカップリング反応として注目されている。

  以上のように、安田氏は典型金属の周辺環境の精密な設計により構築した反応場により、新しいタイプの分子変換法を多数創出してきた。いずれも特殊な反応系ではなく、極めて広範囲に基礎的な合成ツールとして寄与できる。これらの手法は実用性とともに、そのコンセプトが独創的であるため、今後のさらなる発展が望めるものである。したがって、同氏の業績は有機合成化学奨励賞に値するものと認め、ここに選定した次第である。

[略歴] 
平成7年3月 大阪大学大学院工学研究科博士後期課程修了
現在 大阪大学大学院工学研究科講師
 

 


 

表彰事業に関するお問い合わせ
〒101-0062 東京都千代田区神田駿河台1-5事務局
Tel. 03-3292-7621 Fax. 03-3292-7622 e-mail: syn.org.chem@tokyo.email.ne.jp
 
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