|
改寫120年的歷史:成功合成膏狀格利雅試劑 ~邁向大幅降低有機溶劑使用量的新物質生產流程的構建~ 重點 開發(fā)了將對環(huán)境有害的有機溶劑的使用抑制在最小限度的格氏試劑的新調制法。 通過使用球磨機這種粉碎機，成功地實現(xiàn)了實驗操作的大幅簡便化和溶劑使用量的驟減。 期待著環(huán)境協(xié)調型新物質生產流程的擴充以及生產流程的成本降低。 概要 北海道大學創(chuàng)建研究機構化學反應創(chuàng)建研究基地( WPIICReDD )、該研究生院工學研究院教授伊藤肇、久保田浩司副教授等的研究小組是有機合成中最重要的反應劑之一- -格里 開發(fā)了幾乎不使用有機溶劑，簡便地合成尼爾試劑*1的方法。 一般的格氏試劑的合成，需要在除去水和氧的反應容器中使用高純度的有機溶劑，在嚴格控制溫度的同時進行。 該方法作為合成化學中確立的方法，雖然在約120年間得到廣泛應用，但問題是實驗操作繁雜，以及來自有機溶劑的大量廢棄物。 本研究通過使用球磨機*2，簡化了實驗操作，基本不使用有機溶劑，成功地合成了糊狀的格氏試劑。 由于這種格氏試劑可以用于各種無溶劑有機反應，因此期待著環(huán)境協(xié)調型的新物質生產工藝的擴充。 本研究是由北海道大學研究生院理學研究院、該大學創(chuàng)建研究機構化學反應創(chuàng)建研究基地( WPI-ICReDD )的前田理教授、Jian Julong特任助教以及京都大學化學研究所、自然科學研究機構分子科學研究所的高谷光副教授共同進行的。 該研究成果將刊登在英國時間2021年11月18日(周四)上映的《國家通訊》雜志上。 另外，本研究包括科學技術振興機構( JST )戰(zhàn)略性創(chuàng)造研究推進事業(yè)CREST“基于氧化還原機械化學的固體有機合成化學( JPMJCR19R1 )”、開創(chuàng)性研究支援事業(yè)“固相機械自由基的化學和應用( JPMJFR201I )”、 文部科學省科學研究費補助金“基礎研究a”( 18h 03907 )、“新學術領域研究(軟晶體)”( 17H06370 )、“年輕研究”( 19K15547 )、“新學術領域研究(混合催化劑)”( 20H04795 )、。
不使用有機溶劑而高效合成的格氏試劑。 該糊狀格利雅試劑可用于各種無溶劑有機反應。 1 / 4 【背景】 自1900年首次報道格氏試劑的合成以來，格氏試劑就作為有機合成中最重要的反應劑得到了廣泛的應用。 一般來說，該試劑的配制是采用有機溶劑混合有機鹵化物*3和鎂片的方法進行(圖1 )。 雖然這是在有機合成中確立的方法，但需要注意實驗操作復雜，以及有機溶劑產生的廢棄物、毒性和安全性。 因此，要求開發(fā)盡量不使用有機溶劑，簡便地合成的方法。 【研究手法】 以開發(fā)簡便且抑制有機溶劑使用的新格氏試劑的調制法為目標，利用了利用球磨機的機械化學合成。 在該機械化學合成中，已知將金屬制的球與反應基質一起直接放入燒杯，迅速左右振動，機械強力攪拌，可以不使用溶劑實現(xiàn)高反應效率。 機械化學反應使用了Retsch公司制造的球磨機MM400。 【研究成果】 本研究發(fā)現(xiàn)，向有機鹵化物和鎂片中添加極少量的有機溶劑，用球磨機進行粉碎，可以在短時間內簡便、高效地合成格氏試劑( p.1圖)。 該合成法不易受容器內水分和氧氣的影響，能夠將有機溶劑的使用量減少到約1/10，而且無需使用高價高純度的有機溶劑。 用這種方法合成的格氏試劑呈糊狀，不溶于有機溶劑，可以直接用于各種有機合成反應。 除此之外，即使使用難以溶解于有機溶劑、難以用以往的溶液合成處理的有機鹵化物，也能夠合成目標格氏試劑。 另外，在本研究中，在京都大學的高谷副教授、北海道大學的前田教授和Jian特任助教的協(xié)助下，在分子科學研究所的放射光設施UVSOR中進行了使用x射線的糊狀格氏試劑的結構分析。 結果，可以確認作為格列氏試劑特征的碳和鎂之間的結合，證明了合成成功的證據。 【對今后的期待】 格利雅試劑是合成有機化合物的重要試劑之一，現(xiàn)在可以不使用有害的有機溶劑來合成。 由此，化學產品、醫(yī)藥品和功能性材料的生產有望在進一步抑制環(huán)境負荷的狀態(tài)下實現(xiàn)。 另外，由于溶劑的精制和使用不需要成本，因此生產工藝的成本有望降低。 2 / 4 論文信息 論文名稱：機械化學系統(tǒng)(空氣下有機鎂親核劑的機械化學合成) 作者名高橋里奈1，Anqi Hu2，Pan Gao2，Yunpeng Gao2，Yadong Pang3，瀨尾珠惠1，Julong Jiang4，前田理3，4，高谷光5，6，久保田浩司2，3，伊藤肇2，3 ( 1北海道大學) 3北海道大學創(chuàng)建研究機構化學反應創(chuàng)建研究基地( WPI-ICReDD )、4北海道大學研究生院理學研究院、5京都大學化學研究所、6自然科學研究機構分子科學研究所) 雜志名稱《自然姐妹雜志》 DOI 10.1038/s41467-021-26962-w 公布日英國時間2021年11月18日(周四) ) (在線公開) 咨詢方式 【有關研究的事情】 北海道大學創(chuàng)建研究機構化學反應創(chuàng)建研究據點( WPI-ICReDD )該研究生院工學研究院教授伊藤肇副教授久保田浩司 TEL 011-706-6561 (伊藤)/ 011-706-6563 (久保田) (均為傳真兼用) 電子郵件hajito[at]eng.hokudai.ac.jp（伊藤）/ kbt[at]eng.hokudai.ac.jp（久保田） URL HTTPS://itogrouphp.eng.Hokudai.AC.JP / 【關于JST事業(yè)的事情】 科技振興機構戰(zhàn)略研究推進部綠色創(chuàng)新集團 島林裕子 TEL 03-3512-3531 分發(fā)源 北海道大學總務企劃部宣傳課(〒060-0808札幌市北區(qū)北8條西5丁目) tel 011-706-2162傳真011-706-2092電子郵件 kouhou[at]jimu.hokudai.ac.jp。 科學技術振興機構總務部宣傳課(〒102-8666東京都千代田區(qū)四番町5番地3 ) tel 03-5214-8404傳真03-5214-8432電子郵件jstkoho[at]jst.go.jp 傳真03-3222-2066 電子郵件crest[at]jst.go.jp 3 / 4 【參考図】
圖1 .格氏試劑是在有機溶劑中使有機鹵化物和鎂發(fā)生反應合成的。 是經過120多年廣泛使用的合成方法。 【用語解說】 *1格利雅試劑…碳和鎂之間有結合的有機反應劑。 有機合成中最常用的反應劑之一。 發(fā)現(xiàn)該反應劑的維克多·格里尼亞爾因其業(yè)績，在1912年獲得了諾貝爾化學獎。 * * * 2球磨機…是粉碎機的一種，是將陶瓷等硬質球和材料粉放入圓筒形容器中旋轉，從而將材料磨碎制成微細粉末的裝置。 近年來，也應用于有機合成。 *3有機鹵化物…是分子內含有鹵素原子(碘、溴、氯、氟)的有機化合物的總稱。 在碳原子和鹵素原子之間插入鎂的話，就會變成格氏試劑。 在ICReDD，在據點長的領導下，有計算科學、信息科學、實驗科學三大學科 通過融合兩個學科領域，合理設計和控制人類在未來生存中不可缺少的“化學反應”。 進而，確立了可以合理有效開發(fā)化學反應的學問“化學反應創(chuàng)成學”這一新的學問領域，以創(chuàng)造新的化學反應和材料為目標。 【wpi–關于集成電路紅色】 IC REDD (針對化學反射設計和發(fā)現(xiàn)的指標， 埃克雷德)是文部科學省國際研究據點形成促進事業(yè)費補助金 被“世界頂級研究基地計劃( WPI )”通過，2018年 年10月設在本校。 WPI的目的是高度國際化 對落后的研究環(huán)境和世界頂級研究水平進行研究的“有目共睹 是“研究據點”的形成，ICReDD位于國內的14個研究據點 中的一個。 在ICReDD，在據點長的領導下，有計算科學、信息科學、實驗科學三大學科 通過融合兩個學科，人類在未來生存方面 合理設計和控制必不可少的“化學反應”。 更羅 是一門能夠合理有效地開發(fā)化學反應的學問——“化學反應 確立了創(chuàng)成學”的新學問領域，確立了新的化學反應和材料的 以創(chuàng)造 4 / 4 |
|
|
