北海道大学 大学院薬学研究院 創薬化学部門 創薬化学分野 大学院生命科学院 生命分子科学講座

研究プロジェクト

私たちは新しい有機合成化学反応の研究をおこなっています。

有機合成化学は分子レベルでのモノづくりを追求する学問です。その歴史は古く、現代では「十分な資源と時間を注ぎ込めばほとんどなんでも作ることができる」と言われることすらあります。しかし私達が資源の限られた世界に済んでいる以上は、たとえ多くの人を救うことのできる医薬品を作るにしても、より効率的に、無駄なく合成することが求められます。また創薬、ケミカルバイオロジー、マテリアルなど幅広い応用分野で活躍する有機化合物ですが、その多くの領域では簡単に用意できる分子ばかりが広く利用されているという面もあり、無限に広がる有機化合物の多様性が十分に活かされているとは言えません。私たちは主に新しい有機化学反応を発見、開発することを通してこれらの問題解決に向けて貢献したいと考えて、特に独自の触媒や反応剤の設計や開発に焦点を当てて研究をおこなっています。現在は主に以下のようなテーマに取り組んでいます。

  1. 遷移金属触媒を用いた炭素-水素結合の直接的官能基化反応(C-H活性化)
  2. 光触媒(Photoredox Catalyst)と遷移金属触媒を組み合わせた新規触媒系の研究
  3. 新しい超原子価ヨウ素化合物合成法の研究とその応用
  4. 二金属の協同機能を活用する複核触媒の創出と応用
  5. 生体応用を指向した新規機能性分子とその反応性の研究

遷移金属触媒を用いた炭素-水素結合の直接的官能基化反応(C-H活性化)

有機化学の授業で習うように、有機化学反応は主にアルケン、アルキン、ハロゲン、カルボニル基、ヒドロキシ基、アミノ基といった官能基上で起こります。したがって逆合成解析においては、結合を作りたいところには足がかりとなる官能基をあらかじめ用意しておく必要があります。一方で有機化合物に無数に存在する炭素-水素(C-H結合)を自在に別の官能基へと変換することができれば、単純な炭化水素などの原料から単工程で効率的に目的とする分子を組み上げられるようになるはずです。このような反応はC-H活性化(C-H activation)やC-H官能基化(C-H functionalization)と呼ばれ、現在世界中の研究者がしのぎを削って研究を進めています。

私たちは主にコバルト(Co)やロジウム(Rh)といった遷移金属触媒を使ったC-H活性化の研究をおこなっています。私たちは世界に先駆けてCp*CoIII触媒がC-H活性化に利用できるということを発見し[ACIE. 2013]、その後この触媒は世界中の研究者が利用するところとなりました。私たちはコバルトとロジウムの違いに着目し、コバルト特有の反応性や選択性にフォーカスした研究を進めています。

また最近ではロジウム触媒やコバルト触媒とキラルな有機分子を組み合わせた不斉C–H活性化/官能基化反応の研究に力を入れています。少量(触媒量)のキラル源から多量のキラル化合物を得ることのできる不斉触媒反応は、医薬品等の複雑な骨格を効率的に作る上で非常に重要な手法です。私たちは金属触媒に直接キラリティを導入することなく、利用しやすいキラルスルホン酸やキラルカルボン酸を用いることで、これらがロジウム触媒やコバルト触媒と協同的に働いて機能することを明らかにしました。この手法の研究はまだまだ発展途上であり、現在も精力的に研究をおこなっています。

最近の主要な研究成果
関連する総説

光触媒(Photoredox Catalyst)と遷移金属触媒を組み合わせた新規触媒系の研究

現代社会を支える化学製品や医薬品などの高付加価値物質のほとんどは、熱エネルギーを駆動力とする「熱反応」により生産されています。しかし近年、太陽光に由来するクリーンかつ無尽蔵なエネルギー源である可視光を活用し、特異な化学反応を実現する「光触媒反応」が多く報告され、モノづくりにおける画期的な方法論として熱い注目を集めています。

私たちは光触媒反応を武器に、「ありふれた元素の隠された可能性を引き出す」ことに注力しています。例えばコバルトは安価で多量に入手できますが、熱反応の触媒として活躍する例はいまだ限られています。驚くべきことに、コバルトは光により活性化すると、触媒としてより一般的に用いられる希少金属(ロジウム、イリジウム)を凌駕する優れた性能を発揮することを、我々は世界に先駆けて発見しました[ACIE. 2019]。

熱反応を主軸とする化学では見過ごされてきた分子も、光の下では全く新しい表情を見せはじめます。持続可能性に優れた方法論として、また熱反応とは一線を画す新たな化学反応の発見を目指して、光反応の可能性を追求したいと考えています。

最近の主要な研究成果

新しい超原子価ヨウ素化合物合成法の研究とその応用

超原子価ヨウ素化合物は、3価や5価、7価といった高い価数をもったヨウ素(I)を持つ化合物で、高い反応性と低い毒性といった点が注目され、近年では酸化反応をはじめとした多くの有機化学反応に用いられています。私たちは医薬品や生物活性化合物のような複雑な骨格や多数の官能基を持つような超原子価ヨウ素化合物を合成する手法を研究しています。この方法で得られる超原子価ヨウ素化合物を用いた18F-PETプローブ合成などの応用研究も進めています。

最近の主要な研究成果

二金属の協同機能を活用する複核触媒の創出と応用

複数の金属中心を持つ複核金属錯体は、金属中心同士が相互作用したり、それぞれが協同的に機能したりすることで、ときに単核の金属錯体とは全く異なった性質を示すことがあります。私たちはそういった複核錯体の触媒機能に注目し、有機合成反応への応用研究をおこなっています。(加筆予定)

生体応用を指向した新規機能性分子とその反応性の研究

(加筆予定)

アクセス

薬品製造化学研究室
北海道大学大学院
薬学研究院
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札幌市北区北12条西6丁目
TEL:011-706-3236
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