東京大学は2024年8月3日、反応中に失活しても外部エネルギーの供給なしで自発的に自己修復する触媒を開発したと発表した。同大学によると世界初となる。
キラルルイス酸触媒は、高い反応性と選択性制御能力を持つため、有機合成において重要な役割を果たしてきた。しかし、金属イオンの加水分解による触媒劣化が課題で、特に高ルイス酸触媒は水分子との強い結合によって加水分解する可能性が高いため、安定性の向上が求められていた。
今回の研究では、高いルイス酸性を維持しつつ加水分解を抑制する手法として、キラルな分子骨格に対アニオンを結合させたアニオン性配位子を新たに設計した。金属のルイス酸性は対アニオンによっても左右され、金属イオンとの配位が弱いほどルイス酸性が高くなる。一方、水和構造が安定になるために加水分解のリスクが高くなってしまう。
このような課題を解決するため、双性イオン構造による安定性向上と加水分解生成物の不安定化を利用した、加水分解の抑制の実現に取り組んだ。今回設計した触媒は、理論的にも実験的にも高い安定性を示し、さらに緩衝作用によって塩基性条件下でも加水分解が抑制されることも明らかにした。
従来のキラルルイス酸と今回開発したキラルルイス酸の概念図
今回開発した自己修復機能と高活性、高選択性を持つ触媒はさまざまな金属触媒反応への応用が期待され、環境負荷の低減や高効率な合成プロセスなどへの貢献が期待される。また、他の金属触媒反応へ応用できる可能性もある。
