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改写120年的历史:成功合成膏状格利雅试剂 ~迈向大幅降低有机溶剂使用量的新物质生产流程的构建~

2021-11-20  Wsz6868

改写120年的历史:成功合成膏状格利雅试剂 ~迈向大幅降低有机溶剂使用量的新物质生产流程的构建~

重点 开发了将对环境有害的有机溶剂的使用抑制在最小限度的格氏试剂的新调制法。 通过使用球磨机这种粉碎机,成功地实现了实验操作的大幅简便化和溶剂使用量的骤减。 期待着环境协调型新物质生产流程的扩充以及生产流程的成本降低。

概要

北海道大学创建研究机构化学反应创建研究基地( WPIICReDD )、该研究生院工学研究院教授伊藤肇、久保田浩司副教授等的研究小组开发了基本不使用有机溶剂、简便地合成有机合成中最重要的反应剂之一的格氏试剂*1的方法。一般的格氏试剂的合成,需要在除去水和氧的反应容器中使用高纯度的有机溶剂,在严格控制温度的同时进行。 该方法作为合成化学中确立的方法,虽然在约120年间得到广泛应用,但问题是实验操作繁杂,以及来自有机溶剂的大量废弃物。 本研究通过使用一种叫球磨机的粉碎机*2,简化了实验操作,基本不使用有机溶剂,成功地合成了糊状的格氏试剂。 由于这种格氏试剂可以用于各种无溶剂有机反应,因此期待着环境协调型的新物质生产工艺的扩充。 本研究是由北海道大学研究生院理学研究院、该大学创建研究机构化学反应创建研究基地( WPI-ICReDD )的前田理教授、Jian Julong特任助教以及京都大学化学研究所、自然科学研究机构分子科学研究所的高谷光副教授共同进行的。 该研究成果将刊登在英国时间2021年11月18日(周四)上映的《国家通讯》杂志上。 另外,本研究包括科学技术振兴机构( JST )战略性创造研究推进事业CREST“基于氧化还原机械化学的固体有机合成化学( JPMJCR19R1 )”、开创性研究支援事业“固相机械自由基的化学和应用( JPMJFR201I )”、 文部科学省科学研究费补助金“基础研究a”( 18h 03907 )、“新学术领域研究(软晶体)”( 17H06370 )、“年轻研究”( 19K15547 )、“新学术领域研究(混合催化剂)”( 20H04795 )、在文部科学省世界顶级研究据点计划( WPI )的支援下进行的。

北海道大学创建研究机构化学反应创建研究基地( WPIICReDD )、该研究生院工学研究院教授伊藤肇、久保田浩司副教授等的研究小组是有机合成中最重要的反应剂之一- -格里 开发了几乎不使用有机溶剂,简便地合成尼尔试剂*1的方法。 一般的格氏试剂的合成,需要在除去水和氧的反应容器中使用高纯度的有机溶剂,在严格控制温度的同时进行。 该方法作为合成化学中确立的方法,虽然在约120年间得到广泛应用,但问题是实验操作繁杂,以及来自有机溶剂的大量废弃物。 本研究通过使用球磨机*2,简化了实验操作,基本不使用有机溶剂,成功地合成了糊状的格氏试剂。 由于这种格氏试剂可以用于各种无溶剂有机反应,因此期待着环境协调型的新物质生产工艺的扩充。 本研究是由北海道大学研究生院理学研究院、该大学创建研究机构化学反应创建研究基地( WPI-ICReDD )的前田理教授、Jian Julong特任助教以及京都大学化学研究所、自然科学研究机构分子科学研究所的高谷光副教授共同进行的。 该研究成果将刊登在英国时间2021年11月18日(周四)上映的《国家通讯》杂志上。 另外,本研究包括科学技术振兴机构( JST )战略性创造研究推进事业CREST“基于氧化还原机械化学的固体有机合成化学( JPMJCR19R1 )”、开创性研究支援事业“固相机械自由基的化学和应用( JPMJFR201I )”、 文部科学省科学研究费补助金“基础研究a”( 18h 03907 )、“新学术领域研究(软晶体)”( 17H06370 )、“年轻研究”( 19K15547 )、“新学术领域研究(混合催化剂)”( 20H04795 )、。




不使用有机溶剂而高效合成的格氏试剂。 该糊状格利雅试剂可用于各种无溶剂有机反应。


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【背景】

自1900年首次报道格氏试剂的合成以来,格氏试剂就作为有机合成中最重要的反应剂得到了广泛的应用。 一般来说,该试剂的配制是采用有机溶剂混合有机卤化物*3和镁片的方法进行(图1 )。 虽然这是在有机合成中确立的方法,但需要注意实验操作复杂,以及有机溶剂产生的废弃物、毒性和安全性。 因此,要求开发尽量不使用有机溶剂,简便地合成的方法。

【研究手法】

以开发简便且抑制有机溶剂使用的新格氏试剂的调制法为目标,利用了利用球磨机的机械化学合成。 在该机械化学合成中,已知将金属制的球与反应基质一起直接放入烧杯,迅速左右振动,机械强力搅拌,可以不使用溶剂实现高反应效率。 机械化学反应使用了Retsch公司制造的球磨机MM400。

【研究成果】

本研究发现,向有机卤化物和镁片中添加极少量的有机溶剂,用球磨机进行粉碎,可以在短时间内简便、高效地合成格氏试剂( p.1图)。 该合成法不易受容器内水分和氧气的影响,能够将有机溶剂的使用量减少到约1/10,而且无需使用高价高纯度的有机溶剂。 用这种方法合成的格氏试剂呈糊状,不溶于有机溶剂,可以直接用于各种有机合成反应。 除此之外,即使使用难以溶解于有机溶剂、难以用以往的溶液合成处理的有机卤化物,也能够合成目标格氏试剂。 另外,在本研究中,在京都大学的高谷副教授、北海道大学的前田教授和Jian特任助教的协助下,在分子科学研究所的放射光设施UVSOR中进行了使用x射线的糊状格氏试剂的结构分析。 结果,可以确认作为格列氏试剂特征的碳和镁之间的结合,证明了合成成功的证据。 【对今后的期待】 格利雅试剂是合成有机化合物的重要试剂之一,现在可以不使用有害的有机溶剂来合成。 由此,化学产品、医药品和功能性材料的生产有望在进一步抑制环境负荷的状态下实现。 另外,由于溶剂的精制和使用不需要成本,因此生产工艺的成本有望降低。

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论文信息 论文名称:机械化学系统(空气下有机镁亲核剂的机械化学合成) 作者名高桥里奈1,Anqi Hu2,Pan Gao2,Yunpeng Gao2,Yadong Pang3,濑尾珠惠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北海道大学) 3北海道大学创建研究机构化学反应创建研究基地( WPI-ICReDD )、4北海道大学研究生院理学研究院、5京都大学化学研究所、6自然科学研究机构分子科学研究所) 杂志名称《自然姐妹杂志》 DOI 10.1038/s41467-021-26962-w 公布日英国时间2021年11月18日(周四) ) (在线公开)

咨询方式 【有关研究的事情】 北海道大学创建研究机构化学反应创建研究据点( WPI-ICReDD )该研究生院工学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) (均为传真兼用) 电子邮件hajito[at]eng.hokudai.ac.jp(伊藤)/ kbt[at]eng.hokudai.ac.jp(久保田) URL HTTPS://itogrouphp.eng.Hokudai.AC.JP /

【关于JST事业的事情】 科技振兴机构战略研究推进部绿色创新集团 岛林裕子 TEL 03-3512-3531 分发源 北海道大学总务企划部宣传课(〒060-0808札幌市北区北8条西5丁目) tel 011-706-2162传真011-706-2092电子邮件 kouhou[at]jimu.hokudai.ac.jp。 科学技术振兴机构总务部宣传课(〒102-8666东京都千代田区四番町5番地3 ) tel 03-5214-8404传真03-5214-8432电子邮件jstkoho[at]jst.go.jp 传真03-3222-2066 电子邮件crest[at]jst.go.jp

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【参考図】


图1 .格氏试剂是在有机溶剂中使有机卤化物和镁发生反应合成的。 是经过120多年广泛使用的合成方法。

【用语解说】 *1格利雅试剂…碳和镁之间有结合的有机反应剂。 有机合成中最常用的反应剂之一。 发现该反应剂的维克多·格里尼亚尔因其业绩,在1912年获得了诺贝尔化学奖。 * * * 2球磨机…是粉碎机的一种,是将陶瓷等硬质球和材料粉放入圆筒形容器中旋转,从而将材料磨碎制成微细粉末的装置。 近年来,也应用于有机合成。 *3有机卤化物…是分子内含有卤素原子(碘、溴、氯、氟)的有机化合物的总称。 在碳原子和卤素原子之间插入镁的话,就会变成格氏试剂。

【关于WPI–IC REDD】 IC REDD (针对化学反射设计和发现的指标, 埃克雷德)是文部科学省国际研究据点形成促进事业费补助金 ,被“世界顶级研究基地计划( WPI )”通过,2018年10月设在本校。 WPI的目的是形成进行高度国际化的研究环境和世界顶级研究水平研究的“可见的研究据点”,ICReDD是国内14个研究据点之一。在ICReDD,在据点长的领导下,通过融合计算科学、信息科学、实验科学三大学科领域,合理设计和控制人类在未来生存中不可缺少的“化学反应”。 进而,确立了可以合理有效开发化学反应的学问“化学反应创成学”这一新的学问领域,以创造新的化学反应和材料为目标。


在ICReDD,在据点长的领导下,有计算科学、信息科学、实验科学三大学科 通过融合两个学科领域,合理设计和控制人类在未来生存中不可缺少的“化学反应”。 进而,确立了可以合理有效开发化学反应的学问“化学反应创成学”这一新的学问领域,以创造新的化学反应和材料为目标。

【wpi–关于集成电路红色】 IC REDD (针对化学反射设计和发现的指标, 埃克雷德)是文部科学省国际研究据点形成促进事业费补助金 被“世界顶级研究基地计划( WPI )”通过,2018年 年10月设在本校。 WPI的目的是高度国际化 对落后的研究环境和世界顶级研究水平进行研究的“有目共睹 是“研究据点”的形成,ICReDD位于国内的14个研究据点 中的一个。 在ICReDD,在据点长的领导下,有计算科学、信息科学、实验科学三大学科 通过融合两个学科,人类在未来生存方面 合理设计和控制必不可少的“化学反应”。 更罗 是一门能够合理有效地开发化学反应的学问——“化学反应 确立了创成学”的新学问领域,确立了新的化学反应和材料的 以创造

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