京大ら、マイクロ空間を利用して反応時間1万分の3秒の精密化学合成に成功

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京都大学の吉田潤一 工学研究科教授らの研究グループは、韓国Pohang University of Science and Technology(POSTECH)と共同研究を行い、マイクロ空間を利用して反応時間1万分の3秒での精密化学合成に成功した。フラスコ内では実現が難しい極めて短い時間内で進行する分子の変化の制御を利用した新規合成法および医薬品合成の開発に繋がることが期待される。2016年5月6日付けの Science に論文が掲載されている。

マイクロ空間で発生した短寿命中間体を活用した精密合成戦略(出所:京都大学)

マイクロ空間で発生した短寿命中間体を活用した精密合成戦略(出所:京都大学)

有機合成では極めて寿命の短い反応中間体を経由する様々な反応がある。短寿命中間体の多くは、フラスコのようなバッチ型反応器を用いて、二種類の原料を混ぜ反応させることで発生するが、寿命が短いため原料の混合が完結する前に中間体が発生してすぐ分解してしまうか、より安定な異なる反応中間体に変化してしまう。このため、短寿命中間体を活用した化学合成を実現することは容易ではなく、短寿命中間体を経由し一瞬で進行する化学反応を制御するためには、1万分の1秒といった短い反応時間内で原料溶液を混合させ、瞬時に短寿命中間体を発生させる必要がある。

1mm3以下の大きさの空間で化学反応を行うフローマイクロリアクターを用いた場合、原料化合物の混合は小さな空間内で行われるので、短い拡散距離に由来する高速混合が可能となる。

今回作製したマイクロリアクター(出所:京都大学)

今回作製したマイクロリアクター(出所:京都大学)

 
研究グループは今回、数値流体力学に基づき流路の構造による混合効率の効果を分析。このデータを基に小さな流路で三次元ヘビ状構造を設計し混合効率が高くすることで、極めて短い時間内で混合が行われる構造を設計し、得られた最適構造を基にフローマイクロリアクターを製作した。

このフローマイクロリアクターの小さな流路の中で、原料、活性剤、反応剤などを流しながら反応を行うことで、流路を小さくかつ短く制御し、反応時間(流路内での滞留時間)を短く制御できるようにした。これにより、化合物を構成する原子または原子団が結合位置を変え、分子構造の骨格変化を生じる化学反応である転位反応において、反応時間1万分の3秒の精密化学合成に成功した。


京都大学の発表資料

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