JP6161069B2 - Hybrid catalyst containing DNA and filler having the catalyst - Google Patents
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Description
本発明は、ＤＮＡを含有するハイブリッド触媒を用いた連続的な不斉合成法に関する。 The present invention relates to a continuous asymmetric synthesis method using a hybrid catalyst containing DNA.
フリーデル−クラフツアルキル化反応およびそれによるエナンチオ選択的な変異体の合成は、有機化学における炭素−炭素結合反応の重要な一態様である。
近年では、銅の触媒活性とＤＮＡのらせん不斉を組み合わせたハイブリッド触媒系がＦｅｒｉｎｇａ等によって開発され、上記のフリーデル−クラフツアルキル化反応に加え、ディールス・アルダー反応やマイケル付加反応などの炭素−炭素結合反応において、このようなハイブリッド触媒を用いた場合には、高エナンチオ選択的に目的の生成物が得られることが報告されている（例えば、非特許文献１参照）。
上記のハイブリッド触媒には、ＤＮＡの他に銅のような金属の錯体が用いられており、そのような金属錯体を構成する配位子としては、４，４’−ジメチル−２，２’−ビピリジン（ｄｍｂｐｙ）を用いることが報告されており、また、ＤＮＡとしては、例えばサケ精巣から抽出されるＤＮＡ（salmon testes DNA）を用いることが報告されている（例えば、非特許文献１参照）。
このようなハイブリッド触媒を用いた不斉合成法は、従来必要とされていたレアメタルや人工的なキラルリガンドを用いる必要がなく、また、水のような環境に対する負荷の少ない溶媒中で反応を起こさせることが可能であることから、有望な不斉合成法として注目されている（例えば、非特許文献２参照）。
Friedel-Crafts alkylation reactions and thereby the synthesis of enantioselective mutants is an important aspect of carbon-carbon bond reactions in organic chemistry.
In recent years, a hybrid catalyst system combining copper catalytic activity and DNA helical asymmetry has been developed by Feringa et al., In addition to the Friedel-Crafts alkylation reaction described above, carbon- such as Diels-Alder reaction and Michael addition reaction. It has been reported that when such a hybrid catalyst is used in a carbon bond reaction, the desired product can be obtained with high enantioselectivity (see, for example, Non-Patent Document 1).
In the above hybrid catalyst, a metal complex such as copper is used in addition to DNA. As a ligand constituting such a metal complex, 4,4′-dimethyl-2,2′- Bipyridine (dmbpy) has been reported to be used, and as DNA, for example, DNA extracted from salmon testes (salmon testes DNA) has been reported (see, for example, Non-Patent Document 1).
The asymmetric synthesis method using such a hybrid catalyst does not require the use of rare metals and artificial chiral ligands that have been conventionally required, and the reaction takes place in a solvent with a low environmental impact such as water. Therefore, it has been attracting attention as a promising asymmetric synthesis method (see, for example, Non-Patent Document 2).
しかしながら、これまでの研究例では、いずれも研究室内で行われるバッチ実験のみであり、その実験に用いられるハイブリッド触媒の作製については検討の余地がある。 However, all of the research examples thus far are only batch experiments conducted in the laboratory, and there is room for study on the production of the hybrid catalyst used in the experiments.
本発明は、高エナンチオ選択的な化学反応のために用いられるＤＮＡが、特定の担体に担持されて形成される触媒を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a catalyst in which DNA used for a highly enantioselective chemical reaction is formed by being supported on a specific carrier.
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、本発明者は鋭意研究の結果、第四級アンモニウムカチオンを有する担体にＤＮＡを特定の態様で担持させた触媒材料を作製した。また、これを特定の配位子を持つ金属錯体と組み合わせたハイブリッド触媒を作製した。
すなわち、本発明は、ＤＮＡが担体に担持されてなる触媒材料であって、前記担体は第四級アンモニウムカチオンを有し、ＤＮＡの前記担体への担持が、ＤＮＡが有するリン酸骨格と、担体が有する第四級アンモニウムカチオンの静電相互作用によるものである、触媒材料によって、上記課題を解決する。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and as a result of diligent research, the present inventors have produced a catalyst material in which DNA is supported in a specific manner on a carrier having a quaternary ammonium cation. Moreover, the hybrid catalyst which combined this with the metal complex with a specific ligand was produced.
That is, the present invention is a catalyst material in which DNA is supported on a carrier, wherein the carrier has a quaternary ammonium cation, and the DNA is supported on the carrier by the phosphate skeleton and the carrier. The above-mentioned problem is solved by a catalyst material which is due to electrostatic interaction of quaternary ammonium cations possessed by
本発明の触媒材料は、金属錯体と組み合わせることで、高収率かつ高エナンチオ選択的に目的物質を連続的に得るための触媒になる。このような触媒材料を用いた場合には、ＤＮＡが担体に担持されていることで、繰り返しの使用に用いることができる。 The catalyst material of the present invention becomes a catalyst for continuously obtaining a target substance with high yield and high enantioselectivity by combining with a metal complex. When such a catalyst material is used, DNA can be used for repeated use because it is supported on a carrier.
本発明の触媒材料は、ＤＮＡと担体に担持されてなる触媒材料であって、前記担体は第四級アンモニウムカチオンを有し、ＤＮＡの前記担体への担持が、ＤＮＡが有するリン酸骨格と、担体が有する第四級アンモニウムカチオンの静電相互作用によるものである。
なお、本発明でいう触媒材料とは、それ自身が触媒となるものではないものの、金属錯体と組み合わせて用いることで、不斉合成の触媒を形成するものである。
The catalyst material of the present invention is a catalyst material supported on DNA and a carrier, wherein the carrier has a quaternary ammonium cation, and the DNA is supported on the carrier by a phosphate skeleton possessed by DNA, This is due to electrostatic interaction of the quaternary ammonium cation possessed by the carrier.
In addition, although the catalyst material as used in the field of this invention itself does not become a catalyst, it forms an asymmetric synthesis catalyst by using it in combination with a metal complex.
本発明の触媒材料に用いる担体は、第四級アンモニウムカチオンが共有結合により結合している。
そのような結合を介して第四級アンモニウムカチオンを有している担体であれば、特段の制限なく用いることができる。
担体の平均粒径としては、通常５〜１００μｍのものを用いることができる。
本発明で用いる担体の粒径は、メディアン径（Ｄ５０）をいい、その測定は、平均粒径Ｄ50：レーザー回折散乱式粒子分布測定装置によって測定した粒子分布（直径）の中央値を３回測定し、この平均値を算出して得ることができる。
担体の材料の具体的な例としては、シリカゲルを用いることが、取扱いの容易さ、汎用性の観点から好ましい。シリカゲルは市販されているものを用いることができる。
シリカゲル以外の担体の材料としては、ガラスを挙げることができる。ガラスからなる担体とは、ガラスを構成成分として含む担体をいう。そのようなガラス系担体としては、細孔直径が４．５ｎｍ〜４００ｎｍで、細孔容積が５０〜７０％程度のコントロールドポアガラス（Controlled Pore Glass）のような粒子形状ものが好ましく例示できる。
In the carrier used in the catalyst material of the present invention, a quaternary ammonium cation is bound by a covalent bond.
Any carrier having a quaternary ammonium cation via such a bond can be used without particular limitation.
As an average particle diameter of a support | carrier, a thing of 5-100 micrometers can be used normally.
The particle diameter of the carrier used in the present invention refers to the median diameter (D50), and the measurement is performed by measuring the average particle diameter D 50 : the median value of the particle distribution (diameter) measured by a laser diffraction scattering type particle distribution measuring device three times. It can be obtained by measuring and calculating this average value.
As a specific example of the carrier material, silica gel is preferably used from the viewpoint of ease of handling and versatility. A commercially available silica gel can be used.
Examples of the material for the carrier other than silica gel include glass. The carrier made of glass refers to a carrier containing glass as a constituent component. As such a glass-based carrier, those having a particle shape such as controlled pore glass having a pore diameter of 4.5 nm to 400 nm and a pore volume of about 50 to 70% can be preferably exemplified.
また、担体の材料としてシリカゲルを用いる場合には、後述するように、その表面を予め処理することが好ましい。
表面処理としては、後述するように第四級アンモニウムカチオンを導入するために必要な官能基を有するようにすれば特段の限定はなく、例えばシリカゲルのシラノールをアミノアルキルシリル基で修飾する処理を挙げることができる。アミノアルキルシリル基のアルキルとしては、炭素数１〜５程度の直鎖炭化水素を挙げることができ、例えばメチル、エチル、プロピルを好ましく挙げることができる。
アミノアルキルシリル基でシラノールを修飾する方法として、公知のアミノ基を有するシランカップリング剤を用いて、公知の方法により行うことができる。
When silica gel is used as the carrier material, it is preferable to treat the surface in advance as will be described later.
The surface treatment is not particularly limited as long as it has a functional group necessary for introducing a quaternary ammonium cation, as will be described later. For example, a treatment for modifying silanol of silica gel with an aminoalkylsilyl group is exemplified. be able to. Examples of the alkyl of the aminoalkylsilyl group include straight-chain hydrocarbons having about 1 to 5 carbon atoms, and preferred examples include methyl, ethyl, and propyl.
As a method of modifying silanol with an aminoalkylsilyl group, it can be carried out by a known method using a silane coupling agent having a known amino group.
第四級アンモニウムカチオンをシリカゲルに導入する方法としては、以下の方法を挙げることができる。
第四級アンモニウムカチオンは、下記式（１）で表される第四級アンモニウムカチオンが有しているアルキル基を介してシリカゲルと直接結合していてもよいし、アルキル基とシリカゲルの間に、その他のスペーサーとなる結合基を介して結合していてもよい。なお、結合の際には、下記式（１）で表される第四級アンモニウムカチオンが有しているアルキル基の一つの水素が置換されることになる。
Examples of the method for introducing a quaternary ammonium cation into silica gel include the following methods.
The quaternary ammonium cation may be directly bonded to the silica gel via the alkyl group of the quaternary ammonium cation represented by the following formula (1), or between the alkyl group and the silica gel, You may couple | bond together through the coupling group used as another spacer. In the bonding, one hydrogen of the alkyl group possessed by the quaternary ammonium cation represented by the following formula (1) is substituted.
式（１）において、前記炭化水素基としては、例えば、任意の−ＣＨ2−がフェニルやナフチルのようなアリーレンで置換されてもよい、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル基、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ペンチル、ネオペンチル、ヘキシル、イソヘキシル、ノニル、デシル、ドデシル、オクタデシル、シクロペンチル、シクロヘキシル基等の炭素数１〜２７の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキル基が挙げられる。これらの中でも、前記Ｒ1が、任意の−ＣＨ2−の一つがフェニルで置換されている炭素数７〜１７のアルキル基であることが好ましく、任意の−ＣＨ2−の一つがフェニルで置換されているエチル、プロピル及びブチルから選択されるものであることがより好ましい。 In the formula (1), as the hydrocarbon group, for example, arbitrary —CH 2 — may be substituted with arylene such as phenyl or naphthyl, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl group, sec -A linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 27 carbon atoms such as butyl, tert-butyl, pentyl, neopentyl, hexyl, isohexyl, nonyl, decyl, dodecyl, octadecyl, cyclopentyl, cyclohexyl, etc. . Among these, the R 1 is optional -CH 2 - is preferable that one is an alkyl group of 7-17 carbon atoms substituted with phenyl, any -CH 2 - in one phenyl substituent More preferred are those selected from ethyl, propyl and butyl.
上記式（１）で表される第四級アンモニウムカチオンを、スペーサーとなる結合基を介して担体に結合させる場合、担体の材料としてアミノプロピルシリル基が導入されたシリカゲルを用いる態様を挙げることができる。
そして、アミノプロピルシリル基が導入されたシリカゲルと、例えばイソシアネートを有する臭素化炭化水素をジクロロメタンのような溶媒中で反応させて、臭素化炭化水素をシリカゲルに導入する。
その際、アミノ基とイソシアネート基の反応により、臭素化炭化水素とシリカゲルの間にはウレア結合が介在する。
あるいは、アミノプロピルシリル基が導入されたシリカゲルと、例えば臭素化炭化水素を有する炭酸エステルをベンゼンのような溶媒中で反応させて、臭素化炭化水素をシリカゲルに導入する。
その際、アミノ基と炭酸エステル基との反応により、臭素化炭化水素とシリカゲルの間にはウレタン結合が介在する。
臭素化炭化水素を構成する炭化水素としては、フェニルやナフチルのようなアリールを有する炭素数１〜１０のアルキルを挙げることができる。
炭素数１〜１０のアルキルとしては、メチル、エチル、ｎ−プロピル、ｎ−ブチル、ｎ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−ヘプチル、ｎ−オクチル、ｎ−ノニル、ｎ−ドデシルのような直鎖状の炭化水素を挙げることができ、これらの中でも、メチル、エチル、ｎ−プロピルのような短鎖のものが好ましく挙げられる。
In the case where the quaternary ammonium cation represented by the above formula (1) is bonded to a carrier through a linking group serving as a spacer, an embodiment in which silica gel into which an aminopropylsilyl group is introduced is used as a material for the carrier. it can.
Then, the silica gel into which the aminopropylsilyl group has been introduced and the brominated hydrocarbon having isocyanate, for example, are reacted in a solvent such as dichloromethane to introduce the brominated hydrocarbon into the silica gel.
At that time, a urea bond is interposed between the brominated hydrocarbon and the silica gel due to the reaction between the amino group and the isocyanate group.
Alternatively, the brominated hydrocarbon is introduced into the silica gel by reacting the silica gel into which the aminopropylsilyl group has been introduced with, for example, a carbonate having brominated hydrocarbon in a solvent such as benzene.
At that time, a urethane bond is interposed between the brominated hydrocarbon and the silica gel due to the reaction between the amino group and the carbonate group.
Examples of the hydrocarbon constituting the brominated hydrocarbon include alkyl having 1 to 10 carbon atoms having aryl such as phenyl and naphthyl.
Examples of the alkyl having 1 to 10 carbon atoms include straight chain such as methyl, ethyl, n-propyl, n-butyl, n-pentyl, n-hexyl, n-heptyl, n-octyl, n-nonyl, and n-dodecyl. Of these, short chain ones such as methyl, ethyl and n-propyl are preferred.
イソシアネートを有する臭素化炭化水素は、例えば以下のような方法で得ることができる。
ヒドロキシメチルアニリンのようなヒドロキシ基を有するアニリンを臭化水素の溶解液中で還流させることでヒドロキシ基を有するアニリンのヒドロキシ基を臭素に置換させて臭素が導入された芳香族アミンを形成させ、これをさらにトリホスゲンと反応させることで、イソシアネートが導入された臭素化炭化水素を得ることができる。
The brominated hydrocarbon having isocyanate can be obtained, for example, by the following method.
An aniline having a hydroxy group such as hydroxymethylaniline is refluxed in a hydrogen bromide solution to replace the hydroxy group of the aniline having a hydroxy group with bromine to form an aromatic amine into which bromine has been introduced, By further reacting this with triphosgene, a brominated hydrocarbon into which isocyanate has been introduced can be obtained.
炭化水素基を有する炭酸エステルは、例えば以下のような方法で得ることができる。
4-ブロモ安息香酸メチルのような臭素を有するエステルをジイソブチルアルミニウムヒ
ドリドのような還元剤を用いて、（４−（ブロモメチル）フェニル）メタノールのような臭素を有するアルコールを調製する。その後、これを４−ニトロクロロホルメートのようなクロロギ酸エステルとピリジンのような塩基性溶媒のもとで反応させると、（４−（ブロモメチル）ベンジル（４−ニトロフェニル）カーボネートのような臭素化炭化水素を有する炭酸エステルを調製することができる。
The carbonate ester having a hydrocarbon group can be obtained, for example, by the following method.
Prepare an alcohol with bromine such as (4- (bromomethyl) phenyl) methanol using a bromine ester such as methyl 4-bromobenzoate with a reducing agent such as diisobutylaluminum hydride. This is then reacted with a chloroformate such as 4-nitrochloroformate under a basic solvent such as pyridine to produce a bromine such as (4- (bromomethyl) benzyl (4-nitrophenyl) carbonate. Carbonate esters with activated hydrocarbons can be prepared.
上記の手順により得られたシリカゲルをメタノールのような適当な溶媒の存在下で、トリメチルアミンを加えて反応させると、シリカゲルに導入された臭素化炭化水素の臭素とトリメチルアミンが反応して第四級アンモニウムカチオン（置換基の３つがメチル）と臭素イオンを有する基がシリカゲルに導入される。
トリメチルアミンを用いることで、上記式（１）の第四級アンモニウムカチオンを構成する基がメチル基のような立体障害の少ないものになり、ＤＮＡとの静電相互作用が好ましいものになり、担体への担持が確保される。
When the silica gel obtained by the above procedure is reacted with trimethylamine in the presence of a suitable solvent such as methanol, the brominated hydrocarbon bromine introduced into the silica gel reacts with trimethylamine to react with quaternary ammonium. Groups having a cation (three of the substituents are methyl) and a bromine ion are introduced into the silica gel.
By using trimethylamine, the group constituting the quaternary ammonium cation of the above formula (1) has less steric hindrance such as a methyl group, and electrostatic interaction with DNA is preferable, and the carrier Is ensured.
本発明の触媒材料における担体とＤＮＡの重量の割合は、特に限定されないが、通常、２０〜１００μｇ／ｍｇ（ＤＮＡ／担体）である態様を挙げることができ、好ましくは３５〜５０μｇ／ｍｇ（ＤＮＡ／担体）である態様を挙げることができる。 The ratio of the weight of the carrier and DNA in the catalyst material of the present invention is not particularly limited, but it is possible to mention an embodiment that is usually 20 to 100 μg / mg (DNA / carrier), preferably 35 to 50 μg / mg (DNA). / Support).
本発明の触媒材料を用いたハイブリッド触媒を使用する不斉合成方法によれば、基質を含む溶液中の基質が、上記のハイブリッド触媒と接触することで、中心金属がルイス酸として作用して炭素−炭素結合反応に代表される化学反応が起こるとともに、不斉源としてのＤＮＡのらせん構造により、生成物のエナンチオ選択性が高まる。
上記の化学反応としての炭素−炭素結合反応には、フリーデル−クラフツ反応に加え、ディールス−アルダー反応やマイケル付加反応も含まれる。上記フリーデル−クラフツ反応には、同一分子内での反応も含まれる。
なお、本発明において基質とは、上記化学反応に用いられる原料のことを意味する。
また、本発明いうハイブリッド触媒とは、ＤＮＡと金属錯体から形成される超高分子集合体のことをいう。
本発明によれば、不斉合成反応に用いる触媒材料が粒子状のものであることにより、生成物との分離にかける手間を省くことができるとともに、ハイブリッド触媒の再利用が既存の方法に比べて容易になる。これはＤＮＡが担体に特定の態様で担持されていることで、水や緩衝液などの水溶液、またはアセトニトリルやエーテルなどの高極性の有機溶媒により、ハイブリッド触媒を洗浄することができるためである。
According to the asymmetric synthesis method using the hybrid catalyst using the catalyst material of the present invention, the substrate in the solution containing the substrate comes into contact with the hybrid catalyst, so that the central metal acts as a Lewis acid and carbon. -A chemical reaction typified by a carbon bond reaction occurs, and the enantioselectivity of the product is enhanced by the helical structure of DNA as an asymmetric source.
The carbon-carbon bond reaction as the chemical reaction includes Diels-Alder reaction and Michael addition reaction in addition to Friedel-Crafts reaction. The Friedel-Crafts reaction includes a reaction within the same molecule.
In the present invention, the substrate means a raw material used for the chemical reaction.
In addition, the hybrid catalyst referred to in the present invention refers to a superpolymer aggregate formed from DNA and a metal complex.
According to the present invention, since the catalyst material used for the asymmetric synthesis reaction is in the form of particles, it is possible to save time and effort for separation from the product, and the reuse of the hybrid catalyst can be compared with existing methods. Easier. This is because the hybrid catalyst can be washed with an aqueous solution such as water or a buffer solution or a highly polar organic solvent such as acetonitrile or ether because the DNA is supported on the carrier in a specific manner.
本発明のハイブリッド触媒では、前記触媒材料と金属錯体とが組み合わされる。
本発明のハイブリッド触媒によれば、これが有するＤＮＡのらせん構造に起因する不斉源の作用により、得られる生成物の鏡像体過剰率が高まる、つまりエナンチオ選択性が高まる。なお、以下の文で略号として用いる「ｅｅ」は鏡像体過剰率のことを示す。
鏡像体過剰率は、多い方の物質量から少ない方の物質量を引き、全体の物質量で割った値で表されるものである。
In the hybrid catalyst of the present invention, the catalyst material and the metal complex are combined.
According to the hybrid catalyst of the present invention, the enantiomeric excess of the resulting product is increased, that is, the enantioselectivity is increased by the action of the asymmetric source due to the helical structure of the DNA of the hybrid catalyst. Note that “ee” used as an abbreviation in the following sentence indicates an enantiomeric excess rate.
The enantiomeric excess ratio is expressed by a value obtained by subtracting the smaller amount of material from the larger amount of material and dividing by the total amount of material.
本発明で用いることのできるＤＮＡとして、例えば市販されているＤＮＡ材料、例えば、サケ精巣ＤＮＡ（以下、ｓｔ−ＤＮＡともいう）を利用することもできるし、ＤＮＡを含有する天然試料から、公知の方法を用いて抽出したＤＮＡを用いることもできる。また、所望の塩基配列を有する合成オリゴヌクレオチドを用いることもできる。さらに、エナンチオ選択性に影響を与えない程度に、ＤＮＡの一部がメチル化されている配列を含むものも用いることができる。
上記の中では、入手の容易性と目的物の高いエナンチオ選択性を得る観点から、ｓｔ−ＤＮＡ、さらにはｃｔ−ＤＮＡ（仔ウシ胸腺 ＤＮＡ）を用いることが好ましい。また、反応速度の観点からは二重鎖のＤＮＡを用いることが好ましい。
ここで、ＤＮＡとしては、高ＡＴ含量のものを用いる場合に、目的物のエナンチオ選択性や反応速度を若干高める傾向がある。
また、本発明で用いることのできるＤＮＡは、通常４００〜３０００ｂｐサイズのものを用いことができ、ｓｔ−ＤＮＡを用いる場合には、約５００〜２０００ｂｐサイズのものを挙げることができる。
ＤＮＡとしては、例えば非特許文献２に記載されているように、官能基で修飾されたオリゴヌクレオチドを用いることもできる。
上記ＤＮＡは、ハイブリッド触媒として用いる際に、一種のみを用いてもよいし、異なる複数種を用いることでもできる。
ＤＮＡ原料は、上記で説明した第四級アンモニウムカチオンと臭素イオンからなる基を有する担体に静電相互作用により担持させるために、前記担体をＤＮＡ原料の水溶液（例えば１〜５ｍｇ／ｍＬ程度の濃度）に加え、５〜５５℃程度の温度で１時間〜１週間程度撹拌する手段を用いることができる。撹拌時の温度としては、４５〜５５℃程度であることが好ましい。このような温度帯で撹拌した場合、撹拌時間を短縮しても十分に担体へのＤＮＡの担持が起こる。これにより、本発明の触媒材料を得ることができる。
As DNA that can be used in the present invention, for example, a commercially available DNA material such as salmon testis DNA (hereinafter also referred to as st-DNA) can be used, or a known sample can be obtained from a natural sample containing DNA. DNA extracted by the method can also be used. A synthetic oligonucleotide having a desired base sequence can also be used. Furthermore, those containing a sequence in which a part of DNA is methylated to such an extent that enantioselectivity is not affected can also be used.
Among the above, from the viewpoint of easy availability and high enantioselectivity of the target product, it is preferable to use st-DNA, and further ct-DNA (calf thymus DNA). From the viewpoint of reaction rate, it is preferable to use double-stranded DNA.
Here, when DNA having a high AT content is used, the enantioselectivity and reaction rate of the target product tend to be slightly increased.
In addition, the DNA that can be used in the present invention can usually be 400 to 3000 bp in size, and when st-DNA is used, it can be about 500 to 2000 bp in size.
As DNA, for example, as described in Non-Patent Document 2, an oligonucleotide modified with a functional group can also be used.
When the DNA is used as a hybrid catalyst, only one kind may be used, or a plurality of different kinds may be used.
In order to support the DNA raw material by the electrostatic interaction on the carrier having the group consisting of the quaternary ammonium cation and the bromine ion described above, the carrier is used as an aqueous solution of the DNA raw material (for example, a concentration of about 1 to 5 mg / mL). In addition, a means of stirring for about 1 hour to about 1 week at a temperature of about 5 to 55 ° C. can be used. As temperature at the time of stirring, it is preferable that it is about 45-55 degreeC. When stirring is performed in such a temperature range, the DNA is sufficiently supported on the carrier even if the stirring time is shortened. Thereby, the catalyst material of the present invention can be obtained.
金属錯体とＤＮＡが担持された担体は、金属触媒の溶解に用いる溶媒が例えば水である場合には、水溶液中で金属錯体がＤＮＡに対して非共有結合により結合してハイブリッド触媒となる。
このようなハイブリッド触媒を形成するためには、ＤＮＡの分子と、金属錯体を構成する金属とのモル比が１０：３〜１：１の範囲となるように、調製を行うことが好ましい。
When the solvent used for dissolving the metal catalyst is, for example, water, the carrier on which the metal complex and DNA are supported becomes a hybrid catalyst by binding the metal complex to DNA in an aqueous solution by non-covalent bonding.
In order to form such a hybrid catalyst, it is preferable to carry out the preparation so that the molar ratio of DNA molecules to the metal constituting the metal complex is in the range of 10: 3 to 1: 1.
本発明のハイブリッド触媒を構成する金属錯体が有する金属は、スカンジウム（Ｓｃ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）のような遷移金属を例示することができる。
このような遷移金属は、硝酸塩、硫酸塩、塩化物及びその水和物、トリフルオロメタンスルホン酸塩などから選択される塩等により、本発明のハイブリッド触媒の金属源として供されることが好ましい。
上記の中でも、特に二価の銅を用いることが、目的物の収率及び高エナンチオ選択性を得る観点から好ましい。またその塩としては、Ｃｕ（ＮＯ3）2で表される組成式を有する硝酸銅を好ましく例示できる。
Metals included in the metal complex constituting the hybrid catalyst of the present invention are scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), Transition metals such as nickel (Ni), copper (Cu), and zinc (Zn) can be exemplified.
Such a transition metal is preferably used as a metal source of the hybrid catalyst of the present invention by a salt selected from nitrate, sulfate, chloride and hydrate thereof, trifluoromethanesulfonate, and the like.
Among the above, it is particularly preferable to use divalent copper from the viewpoint of obtaining the yield of the target product and high enantioselectivity. Moreover, as the salt, copper nitrate having a composition formula represented by Cu (NO 3 ) 2 can be preferably exemplified.
本発明のハイブリッド触媒を用いて基質の反応を行う場合、上記金属の濃度は、後述する金属錯体の濃度として、基質に対して、通常０．０３〜１００ｍｏｌ％であり、１０〜４０ｍｏｌ％であることが、目的物のエナンチオ選択性を高める観点から好ましい。 When the substrate reaction is carried out using the hybrid catalyst of the present invention, the concentration of the metal is usually 0.03 to 100 mol% and 10 to 40 mol% with respect to the substrate as the concentration of the metal complex described later. It is preferable from the viewpoint of increasing the enantioselectivity of the target product.
本発明のハイブリッド触媒には、上記遷移金属を中心原子する金属錯体が含まれるが、当該金属錯体を構成するリガンド（配位子ともいう）は、例えば下記式（１）：４，４’−ジメチル−２，２’−ビピリジン（以下、ｄｍｂｐｙともいう）、（２）：２−（２’−ピリジニル）イミダゾール、（３）：フェナントロリン、（４）：５，６−ジメチル−１，１０−フェナントロリン（以下、５，６−ｄｍｐともいう）、（５）４、７−ジクロロ−１，１０−フェナントロリン、（６）３，４，７，８−テトラメチル−１，１０−フェナントロリン、（７）：１、１０−フェナントロリンピロール、（８）：ピラジノ［２，３−ｆ］［１，１０］フェナントロリン、（９）：ジピリド［１，３］ジアゼピノン、（１０）：ジピリド［３，２−ａ：２’−３’−ｃ］フェナジンで示されるものを例示することができる。これらは特に、フリーデル−クラフツ反応に好適に用いられる。 The hybrid catalyst of the present invention includes a metal complex having a central atom of the transition metal, and a ligand (also referred to as a ligand) constituting the metal complex is, for example, the following formula (1): 4, 4′- Dimethyl-2,2′-bipyridine (hereinafter also referred to as dmbpy), (2): 2- (2′-pyridinyl) imidazole, (3): Phenanthroline, (4): 5,6-dimethyl-1,10- Phenanthroline (hereinafter also referred to as 5,6-dmp), (5) 4,7-dichloro-1,10-phenanthroline, (6) 3,4,7,8-tetramethyl-1,10-phenanthroline, (7 ): 1,10-phenanthroline pyrrole, (8): pyrazino [2,3-f] [1,10] phenanthroline, (9): dipyrido [1,3] diazepinone, (10): dipyrido [3,2- : It can be exemplified those represented by the 2'-3'-c] phenazine. These are particularly preferably used for Friedel-Crafts reactions.
配位子としては、その他に下記式（１１）で表される２，２’−ビピリジン、式（１２
）で表される２−（２−ピリジニル）−１Ｈ−ベンゾイミダゾールを用いることもできる。これらと、上記式（１）、（２）、（３）、（８）及び（１０）で表される化合物は、ディールス・アルダー反応用のハイブリッド触媒の作製に好適に用いられる。
It is also possible to use 2- (2-pyridinyl) -1H-benzimidazole represented by These and the compounds represented by the above formulas (1), (2), (3), (8) and (10) are suitably used for the production of a hybrid catalyst for Diels-Alder reaction.
上記各式で示される化合物のうち、式（１）で示される４，４’−ジメチル−２，２’−ビピリジン（ｄｍｂｐｙ）を用いることが、目的物の高い収率と高いエナンチオ選択性を得る観点から好ましい。これは特にディールス・アルダー反応において顕著である。
上記の化合物は、上記金属源との金属錯体を形成する配位子となるために、例えば水溶液中で金属錯体を調製する際に、金属源となる金属原子と配位子となる化合物のモル比が、１：１〜１：２となるように混合することが好ましい。
Among the compounds represented by the above formulas, the use of 4,4′-dimethyl-2,2′-bipyridine (dmbpy) represented by formula (1) increases the yield of the target product and the high enantioselectivity. From the viewpoint of obtaining. This is particularly noticeable in the Diels-Alder reaction.
Since the above compound becomes a ligand that forms a metal complex with the above metal source, for example, when preparing the metal complex in an aqueous solution, the molarity of the metal atom that becomes the metal source and the compound that becomes the ligand. It is preferable to mix such that the ratio is 1: 1 to 1: 2.
本発明の触媒材料は、担体に担持されて形成されるものであり、これをカラムのような円柱状の筒に充填する充填剤として用いる態様を挙げることができる。この態様によれば、連続的な通液が可能となり、化学反応も連続的に行われ、これにより、目的物も連続的に得ることができる。
本発明の触媒材料をカラムに充填して用いる場合には、カラムの長さは通常５〜１５ｍｍであり、内径は、通常３〜６ｍｍである。カラムの材質としては、ステンレスのような金属製あるいはフッ素樹脂や他の樹脂製のものも使用することができる。
そのようなカラムに、本発明の触媒材料を充填し、さらに金属錯体を溶液のような状態で導入し、カラム内で上述した超分子集合体を形成させることもできる。このような操作を経ることで、カラム内の担体上に保持されたハイブリッド触媒を形成することができる。
The catalyst material of the present invention is formed by being supported on a carrier, and there can be mentioned an embodiment in which this is used as a filler for filling a cylindrical cylinder such as a column. According to this aspect, continuous liquid flow is possible, and chemical reactions are also continuously performed, whereby the target product can be continuously obtained.
When the catalyst material of the present invention is packed in a column and used, the length of the column is usually 5 to 15 mm, and the inner diameter is usually 3 to 6 mm. As the column material, a metal such as stainless steel, or a fluororesin or other resin can be used.
Such a column can be filled with the catalyst material of the present invention, and the metal complex can be introduced in a solution state to form the supramolecular assembly in the column. By undergoing such an operation, a hybrid catalyst held on the support in the column can be formed.
本発明の触媒材料を用いたハイブリッド触媒を用いて反応を起こさせる際に用いる溶媒としては、水系溶媒を挙げることができ、その中でもＭＯＰＳ（３−モルホリノプロパンスルホン酸）緩衝液を用いることが好ましい。このような緩衝液を用いることで、反応器内でＤＮＡ及び金属錯体からなるハイブリッド触媒を安定に保つことができる。
ＭＯＰＳの濃度としては、通常１０〜１００ｍＭで用いる。
また、通液のための溶媒のｐＨの範囲は、通常５．５〜６．５である。
Examples of the solvent used for causing the reaction using the hybrid catalyst using the catalyst material of the present invention include an aqueous solvent, and among them, it is preferable to use a MOPS (3-morpholinopropanesulfonic acid) buffer. . By using such a buffer solution, the hybrid catalyst comprising DNA and metal complex can be kept stable in the reactor.
The concentration of MOPS is usually 10 to 100 mM.
Moreover, the range of the pH of the solvent for liquid passage is 5.5 to 6.5 normally.
本発明の触媒材料を用いたハイブリッド触媒を用いた不斉合成方法によれば、高収率かつ高エナンチオ選択的に目的物質を得ることができる。これにより、有用な薬剤や農薬の開発に貢献できる。また、本発明によれば、担体にＤＮＡが静電相互作用により担持されていることで、使用後に洗浄等の操作を行ってもＤＮＡが担体に担持され続けることから、複数回の利用に耐えることができる。 According to the asymmetric synthesis method using the hybrid catalyst using the catalyst material of the present invention, the target substance can be obtained with high yield and high enantioselectivity. This can contribute to the development of useful drugs and agricultural chemicals. In addition, according to the present invention, since DNA is supported on the carrier by electrostatic interaction, the DNA continues to be supported on the carrier even after an operation such as washing after use. be able to.
以下に、実施例をあげて、本発明について更に詳細に説明を加えるが、本発明の範囲がかかる実施例にのみ限定されないことはいうまでもない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but it is needless to say that the scope of the present invention is not limited to such examples.
＜実施例１：アンモニウム修飾シリカゲルの合成＞
１．（4-(2-bromoethyl)anilinium bromide (1)の合成）
２４０ｍｇの4-(2-hydroxyethyl)aniline (1.75mmol)を２０ｍLの４８％臭化水素酸に溶かし、４時間還流を行った。還流後に室温まで放冷し、その後０℃まで冷やすと白色固体が析出したので、濾過して分離し、以下の式（２）で表される4-(2-bromoethyl)anilinium bromideを得た（328mg, 67% yield)。
<Example 1: Synthesis of ammonium-modified silica gel>
1. (Synthesis of 4- (2-bromoethyl) anilinium bromide (1))
240 mg of 4- (2-hydroxyethyl) aniline (1.75 mmol) was dissolved in 20 mL of 48% hydrobromic acid and refluxed for 4 hours. After refluxing, the mixture was allowed to cool to room temperature, and then cooled to 0 ° C., a white solid was precipitated, which was separated by filtration to obtain 4- (2-bromoethyl) anilinium bromide represented by the following formula (2) ( 328mg, 67% yield).
２．（4-(2-bromoethyl)phenylisocyanateの合成）
得られた固体を４ｍLのジクロロメタンに溶かし、さらに４ｍLの飽和炭酸水素ナトリウム水溶液を加えた。この溶液を０℃で撹拌させ、十分冷えた後に１１４ｍｇのトリホスゲン（0.39mmol）を加え、さらに０℃で４０分間撹拌を行った。その後、ジクロロメタンで抽出操作を行い、得られた有機層を硫酸ナトリウムで乾燥、濾過し、減圧条件下で溶媒を留去して淡黄色のオイル（以下の式（３）で表される4-(2-bromoethyl)phenylisocyanate）を得た（224mg, 1.00mmol）。
2. (Synthesis of 4- (2-bromoethyl) phenylisocyanate)
The obtained solid was dissolved in 4 mL of dichloromethane, and 4 mL of saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution was further added. This solution was allowed to stir at 0 ° C., and after sufficiently cooling, 114 mg of triphosgene (0.39 mmol) was added, and further stirred at 0 ° C. for 40 minutes. Thereafter, extraction with dichloromethane was carried out, and the obtained organic layer was dried over sodium sulfate and filtered, and the solvent was distilled off under reduced pressure conditions to obtain a pale yellow oil (4-expressed by the following formula (3)). (2-bromoethyl) phenylisocyanate) was obtained (224 mg, 1.00 mmol).
３．（3-((4-((2-bromo)ethyl)phenyl)ureido)propyl-修飾シリカゲルの合成）
上記で得られたオイルを２０ｍLのジクロロメタンに溶かし、８００ｍｇの3-aminopropyl-functionalized silica gel (40-63μｍ, 1mmol/g NH2 loading, Aldrich)を加えた。この懸濁液を室温で２０時間撹拌した後濾過し、固体を少量のジクロロメタンで洗って、3-((4-((2-bromo)ethyl)phenyl)ureido)propyl-修飾シリカゲルを得た（以下の式（４））。
3. (Synthesis of 3-((4-((2-bromo) ethyl) phenyl) ureido) propyl-modified silica gel)
The oil obtained above was dissolved in 20 mL of dichloromethane, and 800 mg of 3-aminopropyl-functionalized silica gel (40-63 μm, 1 mmol / g NH 2 loading, Aldrich) was added. The suspension was stirred at room temperature for 20 hours and then filtered, and the solid was washed with a small amount of dichloromethane to obtain 3-((4-((2-bromo) ethyl) phenyl) ureido) propyl-modified silica gel ( The following formula (4)).
４．3-((4-((2-trimethylammonium)ethyl)phenyl)ureido)propyl-functionalizaed silica gel, bromideの合成
上記の固体に７ｍLのトリメチルアミン−メタノール溶液（3.2 mol/L, TCI）と２ｍLのエタノールを加えて、５０℃で三日間撹拌した。その後濾過し、メタノール、アセトン、水で洗浄した後、減圧乾燥し、白色固体(以下の式（５）で表される3-((4-((2-trimethylammonium)ethyl)phenyl)ureido)propyl-functionalizaed silica gel, bromide)９１４ｍ
を得た(40-63μｍ, 1 mmol/g ammonium loading)。
元素分析 計算値: C／N =4.29
実測値：C，9. 79; N，2. 32 C／N =4.22
4. Synthesis of 3-((4-((2-trimethylammonium) ethyl) phenyl) ureido) propyl-functionalizaed silica gel, bromide 7 mL of trimethylamine-methanol solution (3.2 mol / L, TCI) and 2 mL of the above solid Ethanol was added and stirred at 50 ° C. for 3 days. After filtration, washing with methanol, acetone and water, drying under reduced pressure, white solid (3-((4-((2-trimethylammonium) ethyl) phenyl) ureido) propyl represented by the following formula (5) -functionalizaed silica gel, bromide) 914m
(40-63 μm, 1 mmol / g ammonium loading).
Elemental analysis Calculated value: C / N = 4.29
Actual measurement: C, 9.79; N, 2.32 C / N = 4.22
＜シリカゲル担持ＤＮＡ（触媒材料）の作製＞
サケ精巣由来のＤＮＡ（Sigma-Aldorich）２ｍｇを超純水（MiliQ, Millipore）１ｍLに溶解させた。この溶液と、上記で合成した第四級アンモニウムカチオンが導入されたシリカゲル５０ｍｇに加え、５℃で７日間振とうした。溶液中のＤＮＡ濃度が振とう開始時の１０％未満になった時点で振とうを止めて濾過し、１ｍLの超純粋で二回洗浄、凍結乾燥を経て、本発明の触媒材料であるシリカゲル担持ＤＮＡ粉末５０ｍｇを得た。
本発明の実施例の触媒材料の作製に用いたシリカゲル、市販品のシリカゲル（３−アミノプロピル−修飾-シリカゲル(40-63μｍ，アルドリッチ社製)）、本発明の実施例のシリカゲル担持ＤＮＡ（触媒材料）について、ＩＲ分析を行った。結果を図１に示す。
図１の結果から、１４００〜１７００ｃｍ-1の間で、本発明の実施例の触媒材料では特徴的なピークが見られた。これは、本発明の実施例の触媒材料が有する、ウレア基やアリール基に起因するものであると考えられる。
<Preparation of silica gel-supported DNA (catalyst material)>
2 mg of salmon testis-derived DNA (Sigma-Aldorich) was dissolved in 1 mL of ultrapure water (MiliQ, Millipore). This solution and 50 mg of silica gel into which the quaternary ammonium cation synthesized above was introduced were shaken at 5 ° C. for 7 days. When the DNA concentration in the solution becomes less than 10% at the start of shaking, the shaking is stopped, the solution is filtered, washed once with 1 mL of ultrapure, and freeze-dried, and the silica gel supported on the catalyst material of the present invention is supported. 50 mg of DNA powder was obtained.
Silica gel used for the preparation of the catalyst material of the example of the present invention, commercially available silica gel (3-aminopropyl-modified-silica gel (40-63 μm, manufactured by Aldrich)), silica gel-supported DNA (catalyst of the example of the present invention) Material) was subjected to IR analysis. The results are shown in FIG.
From the result of FIG. 1, a characteristic peak was observed in the catalyst material of the example of the present invention between 1400 and 1700 cm −1 . This is considered to be caused by a urea group or an aryl group that the catalyst material of the example of the present invention has.
＜シリカゲル担持ＤＮＡ粉末を用いたエナンチオ選択的Diels−Alder反応＞
上記で作製したシリカゲル担持ＤＮＡ粉末５０ｍｇに２４０μLのＭＯＰＳバッファー（２０mmol/L, pH6.5）を加え、さらに１２０μＬの銅触媒溶液（[Cu(dmbpy)(NO3)2]の２．７μmol/mL水溶液）を加えた後、５℃で１．５時間振とうし、触媒混和物（ハイブリッド触媒）とした。これに反応基質である2-azachalconeの０．５Ｍアセトニトリル溶液を２μLと、cyclopentadine２μLを加え、５℃で三日間振とうすることで反応を行った。反応後はジエチルエーテルで生成物を抽出し、減圧条件下で溶媒を留去して目的の生成物を得た。生成物の転化率とエナンチオ選択性はHPLCで（株）ダイセル製キラルカラム（CHIRALCEL OD-H、溶離液イソプロパノール／ヘキサン＝１９／１、流速０．５ｍL／min）を用いて調べたところ、収率９８％、９４％eeであった。
<Enantioselective Diels-Alder reaction using silica gel-supported DNA powder>
To 50 mg of the silica gel-supported DNA powder prepared above, 240 μL of MOPS buffer (20 mmol / L, pH 6.5) is added, and further 120 μL of copper catalyst solution ([Cu (dmbpy) (NO 3 ) 2 ] of 2.7 μmol / mL). Then, the mixture was shaken at 5 ° C. for 1.5 hours to obtain a catalyst mixture (hybrid catalyst). To this was added 2 μL of a 0.5 M acetonitrile solution of 2-azachalcone as a reaction substrate and 2 μL of cyclopentadine, and the reaction was carried out by shaking at 5 ° C. for 3 days. After the reaction, the product was extracted with diethyl ether, and the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain the desired product. Product conversion and enantioselectivity were determined by HPLC using a Daicel Chiral column (CHIRALCEL OD-H, eluent isopropanol / hexane = 19/1, flow rate 0.5 mL / min). 98% and 94% ee.
＜試験例１：本発明の触媒材料であるシリカゲル担持ＤＮＡ粉末の再利用実験＞
実施例１で作製した使用済みの本発明の触媒材料であるシリカゲル担持ＤＮＡ粉末を、抽出作業後の懸濁液から回収し、新しく２４０μLのMOPSバッファーと１２０μLの銅触媒溶液を加えなおし、５℃で１．５時間振とうした。これを触媒混和物（ハイブリッド触媒）とし、前項と同じ条件で基質添加からHPLCでの転化率とエナンチオ選択性の測定までの工程を繰り返した。この再利用実験を１０回繰り返したところ、以下の表１に示す結果が得られた。
<Test Example 1: Reuse experiment of silica gel-supported DNA powder, which is a catalyst material of the present invention>
The silica gel-supported DNA powder, which is a used catalyst material of the present invention prepared in Example 1, was recovered from the suspension after the extraction operation, and 240 μL of MOPS buffer and 120 μL of a copper catalyst solution were newly added, and 5 ° C. And shake for 1.5 hours. This was used as a catalyst mixture (hybrid catalyst), and the steps from substrate addition to HPLC conversion and enantioselectivity measurement were repeated under the same conditions as in the previous section. When this reuse experiment was repeated 10 times, the results shown in Table 1 below were obtained.
この結果から、シリカゲル担持ＤＮＡ粉末は複数回反応に利用しても、高い転化率とエナンチオ選択性を失うことなく、不斉源として繰り返し用い得ることが示された。 From this result, it was shown that the silica gel-supported DNA powder can be repeatedly used as an asymmetric source without losing a high conversion rate and enantioselectivity even if it is used for the reaction multiple times.
＜比較例１：第四級アンモニウムカチオンと炭酸イオンとからなる基が導入されたシリカゲル（市販品）を用いた例＞
実施例１と同様の手順により、サケ精巣由来のＤＮＡ（Sigma-Aldorich：以下、単にｓｔ−ＤＮＡともいう）２ｍｇを超純水（MiliQ, Millipore）１ｍLに溶解させた。この溶液と、市販品のシリカゲル（3-(trimethylammonium）propyl-functionalized silica gel, carbonate (200-400 mesh 0.8mmol/g loading))５０ｍｇに加え、５℃で７日間振とうした。溶液中のＤＮＡ濃度が振とう開始時の１０％未満になった時点で振とうを止めて濾過し、１ｍLの超純粋で二回洗浄、凍結乾燥を経て、本発明の触媒材料であるシリカゲル担持ＤＮＡ粉末５０ｍｇを得た。
<Comparative Example 1: Example using silica gel (commercially available) into which a group consisting of a quaternary ammonium cation and a carbonate ion was introduced>
By the same procedure as in Example 1, 2 mg of salmon testis-derived DNA (Sigma-Aldorich: hereinafter also simply referred to as st-DNA) was dissolved in 1 mL of ultrapure water (MiliQ, Millipore). This solution was added to 50 mg of commercially available silica gel (3- (trimethylammonium) propyl-functionalized silica gel, carbonate (200-400 mesh 0.8 mmol / g loading)) and shaken at 5 ° C. for 7 days. When the DNA concentration in the solution becomes less than 10% at the start of shaking, the shaking is stopped, the solution is filtered, washed once with 1 mL of ultrapure, and freeze-dried, and the silica gel supported on the catalyst material of the present invention is supported. 50 mg of DNA powder was obtained.
＜比較例２：第四級アンモニウムカチオンが導入されていないシリカゲル（市販品）を用いた例＞
実施例１と同様の手順により、サケ精巣由来のＤＮＡ（Sigma-Aldorich）２ｍｇを超純水（MiliQ, Millipore）１ｍLに溶解させた。この溶液と、市販品のシリカゲル60N（球状、中性、平均粒径40-50μｍ)５０ｍｇに加え、５℃で７日間振とうした。溶液中のＤＮＡ濃度が振とう開始時の１０％未満になった時点で振とうを止めて濾過し、１ｍLの超純粋で二回洗浄、凍結乾燥を経て、触媒材料５０ｍｇを得た。
<Comparative Example 2: Example using silica gel (commercial product) into which quaternary ammonium cation has not been introduced>
By the same procedure as in Example 1, 2 mg of salmon testis-derived DNA (Sigma-Aldorich) was dissolved in 1 mL of ultrapure water (MiliQ, Millipore). This solution was added to 50 mg of commercially available silica gel 60N (spherical, neutral, average particle size 40-50 μm) and shaken at 5 ° C. for 7 days. When the DNA concentration in the solution became less than 10% at the start of shaking, the shaking was stopped and the mixture was filtered, washed twice with 1 mL of ultrapure, and freeze-dried to obtain 50 mg of catalyst material.
＜試験例２：触媒材料におけるＤＮＡ分子の担持の確認＞
実施例１、比較例１及び２で作製した触媒材料を、ｓｔ−ＤＮＡの溶液（ｓｔ−ＤＮＡ２ｍｇを水１ｍＬに溶解）にそれぞれ加えて、１週間撹拌した。その際のＤＮＡ濃度の経時変化を確認した。結果を図２に示す。
図２の結果から明らかなように、本発明の触媒材料は、ＤＮＡ分子を徐々に吸着するのに対し、比較例の触媒材料はＤＮＡ分子をほとんど吸着しなかった。
<Test Example 2: Confirmation of DNA molecule loading on catalyst material>
The catalyst materials prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 were added to a solution of st-DNA (2 mg of st-DNA dissolved in 1 mL of water) and stirred for 1 week. The change with time in the DNA concentration was confirmed. The results are shown in FIG.
As apparent from the results of FIG. 2, the catalyst material of the present invention gradually adsorbs DNA molecules, whereas the catalyst material of the comparative example hardly adsorbs DNA molecules.
＜試験例３＞
シリカゲルに担持させていないｓｔ−ＤＮＡを用い（１．３Ｍ）、金属触媒としてＣｕ（ｄｍｂｐｙ）（１．５ｍＭ）を用いて反応を行わせた例を試験例３−１とした。
実施例１の触媒材料を用い、Diels-Alder反応を行った例を試験例３−２とした。
また、実施例１の触媒材料においてＤＮＡを担持してないものを触媒材料として用い、
配位子としてdmbpyを用いた金属触媒を用いたこと以外は試験例３−２と同様の手順、操作により、Diels-Alder反応を行った例を試験例３−３とした。
得られた転化率、endo/exo比、ee%について、以下の表２に示す。試験例３−１〜３−３のいずれにおいても、用いた基質は以下の式（６）：2-azachalcone及び（７）cyclopentadieneであり、得られた生成物は式（８）：endo体、式（９）：exo体で表される化合物である。
<Test Example 3>
An example in which the reaction was performed using st-DNA not supported on silica gel (1.3 M) and Cu (dmbpy) (1.5 mM) as a metal catalyst was set to Test Example 3-1.
An example in which the Diels-Alder reaction was performed using the catalyst material of Example 1 was defined as Test Example 3-2.
Further, the catalyst material of Example 1 that does not carry DNA is used as the catalyst material,
An example in which a Diels-Alder reaction was performed by the same procedure and operation as in Test Example 3-2 except that a metal catalyst using dmbpy as a ligand was used was set to Test Example 3-3.
The obtained conversion ratio, endo / exo ratio, and ee% are shown in Table 2 below. In any of Test Examples 3-1 to 3-3, the substrates used were the following formula (6): 2-azachalcone and (7) cyclopentadiene, and the resulting product was represented by formula (8): endo-form, Formula (9): A compound represented by an exo form.
＜実施例２：アンモニウム修飾シリカゲルの合成＞
１．(4-(bromomethyl)phenyl)methanol の合成
2.0 gのmethyl 4-bromomethyl benzoate (18.7 mmol)を50 mLのdichloromethaneに溶かし、-78 ℃に冷却した後、29 mLのDIBAL-H (Diisobutylaluminium hydride, 1.0 M in THF)を加えた。この溶液を-78 ℃で1.5時間撹拌した後、0 ℃まで昇温し、さらに30分間撹拌した。少量の水で反応を停止し、dichloromethaneで抽出操作を行い、得られた有機層を硫酸ナトリウムで乾燥、濾過し、減圧条件下で溶媒を留去して白色の個体を得た。（(4-(bromomethyl)phenyl)methanol, 1.95 g, quant）
<Example 2: Synthesis of ammonium-modified silica gel>
1. Synthesis of (4- (bromomethyl) phenyl) methanol
After dissolving 2.0 g of methyl 4-bromomethyl benzoate (18.7 mmol) in 50 mL of dichloromethane and cooling to −78 ° C., 29 mL of DIBAL-H (Diisobutylaluminum hydride, 1.0 M in THF) was added. The solution was stirred at −78 ° C. for 1.5 hours, then warmed to 0 ° C. and further stirred for 30 minutes. The reaction was stopped with a small amount of water, extraction was performed with dichloromethane, and the resulting organic layer was dried over sodium sulfate and filtered, and the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain a white solid. ((4- (bromomethyl) phenyl) methanol, 1.95 g, quant)
２．4-(bromomethyl)benzyl (4-nitrophenyl) carbonateの合成
得られた固体を50 mLのdichloromethaneに溶かし、2.6 gの4-nitrochloroformateと2.1
mLのpyridineを加えた。この溶液を常温で24時間撹拌した。Chloroformを加えて反応溶液を希釈し、1 Mの硫酸水素ナトリウムで洗浄し、得られた有機層を硫酸ナトリウムで乾燥、濾過し、減圧条件下で溶媒を留去した。得られた混合物からシリカゲルカラムクロマトグラフィにより黄色の個体を得た。（4-(bromomethyl)benzyl (4-nitrophenyl) carbonate, 3.19 g, quant）
2. Synthesis of 4- (bromomethyl) benzyl (4-nitrophenyl) carbonate The obtained solid was dissolved in 50 mL of dichloromethane and 2.6 g of 4-nitrochloroformate and 2.1
mL of pyridine was added. This solution was stirred at room temperature for 24 hours. Chloroform was added to dilute the reaction solution, washed with 1 M sodium hydrogen sulfate, and the resulting organic layer was dried over sodium sulfate and filtered, and the solvent was distilled off under reduced pressure. A yellow solid was obtained from the resulting mixture by silica gel column chromatography. (4- (bromomethyl) benzyl (4-nitrophenyl) carbonate, 3.19 g, quant)
３．3-((4-((2-trimethylammonium)ethyl)phenyl)carbamoyl)propyl-functionalized silica gel, bromideの合成
得られた個体を20 mLのbenzeneに溶かし、500 mg の3-aminopropyl-functionalized silica gel (40-63 μm, 1 mmol/g NH2 loading, Aldrich)を加えた。この懸濁液を室温で20時間撹拌した後濾過し、固体を少量のdichloromethaneとacetoneで洗った。この固体に4.7 mLのtrimethylamine in methanol 溶液(3.2 mol/L, TCI)と2 mLのethanolを加えて、50 ℃で三日間撹拌した。その後濾過し、methanol, acetone, 水、で洗浄した後減圧乾燥
し、白色固体310 mgを得た。（3-((4-((2-trimethylammonium)ethyl)phenyl)carbamoyl)propyl-functionalized silica gel, bromide, 40-63 μm, 1 mmol/g ammonium loading）
3. Synthesis of 3-((4-((2-trimethylammonium) ethyl) phenyl) carbamoyl) propyl-functionalized silica gel, bromide The obtained solid was dissolved in 20 mL of benzene and 500 mg of 3-aminopropyl-functionalized silica was dissolved. gel (40-63 μm, 1 mmol / g NH 2 loading, Aldrich) was added. The suspension was stirred at room temperature for 20 hours and then filtered, and the solid was washed with a small amount of dichloromethane and acetone. To this solid, 4.7 mL of trimethylamine in methanol solution (3.2 mol / L, TCI) and 2 mL of ethanol were added and stirred at 50 ° C. for 3 days. Thereafter, the mixture was filtered, washed with methanol, acetone, and water, and then dried under reduced pressure to obtain 310 mg of a white solid. (3-((4-((2-trimethylammonium) ethyl) phenyl) carbamoyl) propyl-functionalized silica gel, bromide, 40-63 μm, 1 mmol / g ammonium loading)
＜シリカゲル担持ＤＮＡ（触媒材料）の作製＞
サケ精巣由来DNA（sigma-aldrich）2 mgを超純水(MilliQ, Millipore)1 mLに溶解させた。この溶液と、上で合成したカチオン修飾シリカゲル 50 mgに加え、5℃で7日間振とうした。溶液中のDNA濃度が振とう開始時の10%未満になった時点で振とうを止めて濾過し、1 mLの超純水で二回洗浄、凍結乾燥を経てシリカゲル担持DNA粉末50 mgを得た。
<Preparation of silica gel-supported DNA (catalyst material)>
2 mg of salmon testis-derived DNA (sigma-aldrich) was dissolved in 1 mL of ultrapure water (MilliQ, Millipore). This solution was added to 50 mg of the cation-modified silica gel synthesized above and shaken at 5 ° C. for 7 days. When the DNA concentration in the solution is less than 10% at the start of shaking, stop shaking and filter, wash twice with 1 mL of ultrapure water, and freeze-dry to obtain 50 mg of silica gel-supported DNA powder. It was.
実施例２で作製したシリカゲル担持ＤＮＡ粉末を用いて実施例１と同様の反応を行ったところ、優れた収率及びエナンチオ選択性を示した。また、繰り返しの使用にも耐えることができた。 When the same reaction as in Example 1 was performed using the silica gel-supported DNA powder prepared in Example 2, excellent yield and enantioselectivity were exhibited. Also, it could withstand repeated use.
本発明の触媒材料には、市販されているＤＮＡのような安価な材料を用いることができ、また、有機溶媒ではなく環境負荷の小さい水系溶媒を用いて反応を起こさせることができる。また、本発明によれば、連続的なプロセスにより高エナンチオ選択的に目的の生成物を得るためのハイブリッド触媒を提供できるので、薬剤あるいは農薬として使用可能性のある目的物の大量生産に本発明を利用することができる。 As the catalyst material of the present invention, an inexpensive material such as commercially available DNA can be used, and the reaction can be caused to occur using an aqueous solvent having a small environmental load instead of an organic solvent. In addition, according to the present invention, a hybrid catalyst for obtaining a target product with high enantioselectivity can be provided by a continuous process, so that the present invention can be applied to mass production of a target product that can be used as a drug or agricultural chemical. Can be used.
Claims (7)
前記担体は第四級アンモニウムカチオンを有し、
ＤＮＡの前記担体への担持が、ＤＮＡが有するリン酸骨格と、担体が有する第四級アンモニウムカチオンの静電相互作用によるものである、触媒材料。 DNA Ri is Na supported on a carrier, a catalyst material that form a catalyst of asymmetric synthesis by combining with the metal complex,
The carrier has a quaternary ammonium cation;
A catalyst material in which the DNA is supported on the carrier by electrostatic interaction between a phosphate skeleton of the DNA and a quaternary ammonium cation of the carrier.
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