不斉触媒

不斉触媒について

不斉触媒とは、主に有機化学において不斉合成に使用される触媒のことであり、その国際的な重要性から多くの研究が行われています。特に、遷移金属錯体を用いた不斉合成は、多くの化学反応において広く利用されています。

遷移金属錯体触媒

遷移金属錯体触媒は、キラルな金属錯体を用いる手法です。これらの錯体は、キラルな配位子と金属の塩から作成が可能で、特定のエナンチオマーを合成するために用いられます。この手法を利用した反応としては、不斉還元や不斉酸化が特に有名です。これに関して顕著な貢献をしたのがウィリアム・ノールズで、彼は2001年にバリー・シャープレス、野依良治と共にノーベル化学賞を受賞しました。

ウィリアム・ノールズは、ウィルキンソン錯体に使われていたアキラルなトリフェニルホスフィン配位子をキラルなホスフィンに替えることにより、均一系の不斉触媒を初めて合成しました。この革新的な技術は、工業的なL-DOPAの合成プロセスの一部でも用いられています。

具体的な反応例

1. 野依不斉水素化反応: BINAPというキラルなホスフィンを用いて、ルテニウムやロジウムとの錯体がアルケンの不斉水素化反応に用いられます。この反応は野依良治や高砂香料工業によって工業的に基盤が築かれ、成功を収めています。ノーベル賞の受賞もこの技術の発展によるものです。

2. 香月・シャープレス酸化: バリー・シャープレスと香月勗は、アリルアルコールのジヒドロキシ化およびエポキシ化反応を開発しました。これも不斉酸化の一例であり、シャープレスのノーベル化学賞受賞に寄与しました。さらに香月はサレン錯体を用いた新たな不斉酸化の手法を展開しています。

不斉ルイス酸

不斉触媒の中には、典型金属錯体や四級アンモニウムなどを使い、不斉源を導入することで不斉ルイス酸とし、様々な炭素-炭素結合反応やペリ環状反応の触媒として機能するものがあります。これにより、より多様な化学反応系が開発されています。

有機分子触媒

金属ではなく、有機化合物が不斉反応の触媒となる場合もあります。たとえば、プロリンを不斉アルドール反応の触媒として使用することが可能です。こうした金属を含まない低分子化合物は「有機分子触媒」または「有機触媒」と呼ばれ、近年急速に進展が見られている研究領域です。

生物学的手法

不斉反応においては、酵素を触媒として使用することもしばしばあります。通常の不斉合成に加えて、メソ体から特定のエナンチオマーを得たり、ラセミ体の一方を選択的に反応させて目的の生成物を得る方法も知られています。このプロセスはキネティックレゾリューションと呼ばれ、金属錯体触媒と組み合わせて使用されることもあります。

まとめ

不斉触媒は、近代の有機化学において欠かせない技術であり、さまざまな触媒系や反応メカニズムが研究されています。その進展は医薬品や新材料の開発に大きな影響を与えており、今後もさらに発展していくことが期待されています。

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