メカノケミストリーにおける触媒としての金属酸化物：低分子医薬品合成のためのコスト効率に優れたグリーン技術の開発
取り組んでいる課題
有機分子にハロゲン（特にフッ素原子）を導入することは、医薬品化学において重要な手法です。フッ素を含む医薬品は、非フッ素化のものと比較して、代謝安定性、水素結合能、脂溶性・親水性、さらには血液脳関門の通過性が向上するなど、さまざまな性質が変化します。現在、市販されている医薬品の約20%には少なくとも1つのフッ素原子が含まれており、この傾向は今後さらに高まると見込まれています。また、薬物の特性を変化させる類似のアプローチとして重水素化があります。フッ素化と同様に、この技術は動力学的同位体効果により薬物の代謝安定性を変化させ、その他の特性にも影響を与えます。
異なる化学基を使用するにもかかわらず、両方の技術には多くの欠点があります。従来の合成方法では大量の溶媒を使用するため有害廃棄物が発生し、また高価な触媒や不活性気体の使用が必要となります。そのため、より環境に優しく費用対効果の高い合成方法が求められています。
図1：金属酸化物、鉱物、またはバイオ由来材料を用いた化学合成へのメカノケミカル・アプローチ
私たちの解決策
私たちは、有機合成分野で現在最も注目されている革新的技術である「メカノケミカル手法」を活用しています。この分野では、過去10年間で関連論文の発表数が2倍以上に増加しています。従来の溶媒を用いる合成法では、化学物質を溶媒に完全に溶かして反応を行いますが、メカノケミカル手法では、固体試薬をボールとともに粉砕することで反応を促進します。これにより、環境に有害な溶媒の使用を大幅に削減することが可能です。この分野では、反応を促進する材料として圧電性金属酸化物が多く使われてきましたが、それらは適用できる反応の種類が限られるという課題があります。
私たちの新しいアプローチでは、圧電性を持たないものを含む多様な金属酸化物、鉱物、その他の豊富で安価な材料を促進剤として使用することで、コストや資源消費を削減しながら、環境への負荷も低減することを可能にしています。
図2：私たちの研究グループで開発されたセライトやその他の添加剤を用いたメカノケミカルペルフルオロアルキル化反応。
