News Letter Vol. 12（December 2018）
文部科学省科学研究費助成事業「新学術領域研究」 平成 29～33 年度

分子合成オンデマンドを実現する
ハイブリッド触媒系の創製
領域略称名「ハイブリッド触媒」 領域番号 2907 http://hybridcatalysis.jp/

目次
・研究紹介
「シークエンスが制御された高分子の精密合成とシークエンス機能の創出」
A03 京都大学大学院工学研究科
教授 ・ 大内 誠・トピックス
1) 学会開催報告
2) 業績、報道、活動などの紹介

ハイブリッド触媒
ニュースレター Vol. 12 (2018)
研究紹介

シークエンスが制御された高分子の合成とシークエンス機能の創出

京都大学大学院工学研究科 ・ 教授
A03 大内 誠
ouchi@living.polym.kyoto-u.ac.jp

1．はじめに酵素は生物の体の中で起こる反応の触媒であり，我々がフラスコで行う反応に比べておだやかな条件であっても，特定の基質を見分けて高効率かつ高選択的に反応を進行させる。この驚くべき触媒機能を可能にしている要因として，酵素が構成するモノマーユニット（アミノ酸）の並び方，すなわち「シークエンス」が制御された高分子であることが挙げられ，酵素がシークエンスに基づいて最適な反応場を構築し，無駄なエネルギーを使わずに反応を進めている。合成高分子に触媒を導入して，酵素ライクな反応を実現する試みは古くから検討され，活性向上，触媒リサイクルなどが示されてきたが，真に酵素に迫る触媒機能を創出した例は無い。これは合成高分子に対して，シークエンスを制御することが難しかったためであり，シークエンスを加味した設計がなされてこなかったためであろう。
高分子合成の分野では，リビング重合によって高分子の長さ（分子量）の制御が，立体特異性重合によって置換基の向き（立体規則性）が制御されてきたが，最近はモノマー単位の並び方（シークエンス）を制御する研究が活発化している[1]。実際に，シークエンスを制御するための方法論がいくつか提案されているが，効率的な制御手法の開発，シークエンス解析，シークエンスに由来する機能の創出，などの課題が残されており，シークエンスを制御する意義は未だ明確ではない。これら課題に対して，ハイブリッド触媒のモデルと言える酵素から学ぶべきことは多い。本新学術領域研究で我々は，シークエンスを制御するためのハイブリッド触媒，シークエンス制御によるハイブリッド触媒機能の創出を目指している。
2．これまでの研究
我々はこれまでにリビング重合をベースとしてモノマー一分子付加を繰り返す方法によって，シークエンスを制御する方法，ジビニルモノマーの環化重合によって交互シークエンスを制御する方法を報告してきた。ここではこの環化重合による交互配列制御の最新の結果について述べる。この方法では，1ハイブリッド触媒
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切断可能な結合で AB 二種類のモノマーをつないだジビニルモノマーを設計し，選択的な環化ラジカル重合を制御して環化ポリマーを得て，スペーサーを切断することで交互シークエンス制御ポリマーに変換する（図 1）。ここで，通常の重合に比べて希釈条件で重合すると，分子内環化成長を制御でき，さらに組み合わせるモノマーの反応性比を設計すると選択的な分子間成長を制御できる。交互シークエンスの精度を高めるためには，特に B ラジカル種から A モノマーの二重結合に成長するようなモノマーの組み合わせが重要であり，A モノマーを M1，B モノマーを M2 とした時のモノマー反応性比 r2 がゼロに近いほど好ましい。
例えば，最近我々は三級エステ
ル型メタクリレートと活性化エステル型アクリレートの側鎖をつないだジビニルモノマー1 を設計した[2]。三級エステルは酸性条件で切断してカルボン酸に，活性化エステルはアミンとの反応によってアミドに変換できる。そのため，1 の選択的環化重合を制御して，スペーサーを切断すると，メタクリル酸（MAA）とアクリルアミドの共重合体に変換できる。また，1 に組み込まれたモデルモノマーを合成し，モノマー反応性比を求めたところ，r2 は 0.15 とゼロに近くなり，選択的な環化重合の進行が期待された。実際，モノマー濃度 100mM に対し，ヨウ素型開始剤とルテニウム触媒を組み合わせることで，環化重合が制御され，単分散の環化ポリマーが得られた。この環化ポリマーにイソプロピルアミン，トリフルオロ酢酸を反応させることで，MAA と N-イソプロピルアクリルアミド（NIPAM）の共重合体へと変換した。生成ポリマーの 13C NMR を測定し，それぞれのホモポリマーやランダム共重合体と比較したところ，それぞれのホモシークエンスピークは観測されず，重合挙動と合わせて，交互シークエンスが制御されていると結論づけた。
NIPAM のホモポリマーは親水性を示すが，その水溶液の温度を上げると人間の体温付近で疎水性に転じ，急激に濁ることが知られている。温度可変 UV 測定による水溶液濁度測定を行ったところ，得られた交互シークエンス制御ポリマーは，平均組成が同じランダム共重合体やそれぞれのホモポリマーとは明らかに異なる温度や pH 応答性挙動を示し，シークエンスに由来する刺激応答性が示された。現在，ハイブリッド触媒による選択的環化重合の効率向上，触媒機能基の導入による交互シークエンス制御高分子ハイブリッド触媒の開発に向けて研究を進めている。
3．参考文献[1] Lutz, J. F.; Ouchi, M.; Liu, D. R.; Sawamoto, M., Science 2013, 341, 628.
[2] Kametani, Y.; Sawamoto, M.; Ouchi, M. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 10905.

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トピックス1）学会開催報告
・Young Generation Meeting with Professor Nicolaou-Symposium 開催報告
平成 30 年 11 月 20 日に、東京大学薬学部にて、Young Generation Meeting with Professor NicolaouSymposium を開催致しました。本シンポジウムでは Rice 大学の K. C. Nicolaou 先生をお招きし、東京エリアの大学研究室に所属する若手研究者が最新の成果を発表しました。井上研究室（東大薬）、滝川研究室（東大農）、小林研究室（東大理）、鈴木研究室（東工大理）、中田研究室（早大先進理工）、金井研究室（東大薬）から助教および博士課程の学生数名が発表し、活発な議論を行いました。終了後は Nicolaou 先生を囲んで薬学部内で情報交換会がもたれ、Nicolaou 先生の苦労話をお聞き出来るなど貴重な機会となるだけでなく、多くの先生方と新しい交流が生まれました。

2）業績、報道、活動などの紹介[受賞・表彰]・大宮寛久 教授（金大医薬保健・A02）が、The 13th International Conference on Cutting-Edge
Organic Chemistry in Asia（Bangkok）にて、Asian Core Program Lectureship Award（China）とAsianCore Program Lectureship Award（Korea）を受賞しました。

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・イリエシュ ラウレアン博士（理研・A01）が、The 13th International Conference on CuttingEdge Organic Chemistry in Asia（Bangkok）にて、Asian Core Program Lectureship Awardを受賞しました。

[表紙掲載、メディア・学会誌・二次媒体でのハイライト記事]
・大内誠 教授（京大院工・A03）らの研究成果がAcademist Journalで紹介されました。

・上垣外正己 教授（名大院工・A03）の研究が日本経済新聞（2018年11月11日付け）で紹介されました。

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・林雄二郎 教授（東北大院理・A03）らの研究成果（Eur. J. Org. Chem. 2018, 41, 5629）がFront
Coverに選定されました。

・林雄二郎 教授（東北大院理・A03）がEur. J. Org. Chem.誌のAuthor Profile欄で紹介されました。

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発行・企画編集 新学術領域研究「ハイブリッド触媒」http://hybridcatalysis.jp/
連 絡 先 領域代表 金井 求 （hybrid_catalysis@mol.f.u-tokyo.ac.jp）

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