JP3700055B2 - 非共鳴２光子励起による絶対不斉合成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶対不斉合成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
不斉合成は、医薬品、農薬、香料、化粧料、それらの合成中間体等の各種の光学活性な化学物質を提供する手段として重要な役割を担っている。中でも不斉源としてキラルな物理力を用いて光学活性体を得る絶対不斉合成方法(AAS：Absolute Asymmetric Synthesis)は、キラル創出の原点としも注目されている。
【０００３】
絶対不斉合成方法の一つとして、円偏光(CPL: Circularly Polarized Light)のみを物理的不斉源として使用し、出発物質にCPLを照射することによって光学活性な物質を得る絶対不斉合成方法が挙げられる。照射するCPLの波長として、一般に出発物質の第一吸収帯の極大吸収波長が利用される。第一吸収帯とは、電子基底状態(Ｓ0)から最低励起一重項状態(第一電子励起状態：Ｓ1)への遷移に対応する吸収帯であり、紫外−可視吸収スペクトルにおいて最も長波長側にみられる吸収帯である。
【０００４】
或いは、照射するCPLの波長として、第一吸収帯の極大吸収波長以外の波長であって、出発物質が紫外−可視吸収スペクトルにおいて光を吸収する波長が利用される。例えば、特開2001-131093には、出発物質と生成物質が光化学的に可逆な反応系に、r-CPLまたはl-CPLを照射する絶対不斉合成方法が開示されている。この方法では、出発物質のみを励起するために出発物質しか吸収しない波長を使用し、または出発物質と生成物質の双方を励起するために、出発物質と生成物質の双方が吸収する波長を選択している。より具体的には、ノルボナルジエン誘導体にCPLを照射して、クワドリシクラン誘導体を得るという絶対不斉合成方法が開示されている。出発物質であるノルボナルジエン誘導体のアセトニトリル溶液のＵＶスペクトルは、229.5nmと265nmに極大吸収波長を示すが、上記公報では、照射するCPLの波長として、出発物質と生成物質の双方を励起する場合には245nmを選択し、出発物質のみを励起する場合には290nmを選択している。
【０００５】
有機化合物は一般に紫外領域の光を吸収するので、約350nmより短波長のCPLが必要である。従来は、光源としてキセノンランプなどのランプを使用し、ランプから発せられる光を分光器を用いて任意の波長に単色化し、単色化した光をλ/4波長板を通すことによってCPLを得ている。
【０００６】
しかしながら、λ/4波長板の透過率は、250nm以下になると急激に低下するので、このような波長を有するCPLを発生することは困難であり、250nm以下の波長を有するCPLを発生するためには、電子シンクロトロン放射光施設のような大規模な装置が必要である。このように、使用できるCPLの波長が限定されているので、例えば、深紫外領域より短波長にしか吸収を持たない分子を出発物質をする絶対不斉合成、高い電子励起状態への遷移を伴う絶対不斉合成を行うことは制限される。
【０００７】
このように、発生させることが容易な可視光などの長波長領域のCPLを利用して絶対不斉合成が行える方法を確立することが強く望まれている。また、光源発生装置としてコンパクトな装置を使用できる絶対不斉合成方法を確立することが強く望まれている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術の問題点を鑑み成されたものであって、可視光などの長波長のCPLを利用できる絶対不斉合成方法を提供することを目的とする。
【０００９】
更に、本発明は、光源装置としてコンパクトな装置を使用できる絶対不斉合成方法をも提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意研究の結果、光源としてパルスレーザーを使用し、出発物質が吸収しない長波長のCPLを照射し、非共鳴２光子励起することによって、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
即ち、本発明は、下記の合成方法に係るものである。
エナンチオマーどうしまたはジアステレオマーどうしの混合物を含む出発物質に、右回り円偏光(以下「r−CPL」という)又は左回り円偏光(以下「l−CPL」という)を照射し、出発物質であるエナンチオマーまたはジアステレオマーの少なくとも一方を濃縮することにより光学活性な物質を得る絶対不斉合成方法において、
出発物質であるエナンチオマーどうしまたはジアステレオマーどうしは、熱的に相互変換を生じず、
r−CPLまたはl−CPLの光源としてパルスレーザーを使用し、
r−CPLまたはl−CPLの波長が、出発物質が紫外−可視吸収スペクトルにおいて光を吸収しない波長であり、且つ出発物質の第一吸収帯よりも長波長であり、
r−CPLまたはl−CPLを出発物質に照射して、非共鳴２光子励起することにより光学活性な物質を得ることを特徴とする絶対不斉合成方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、エナンチオマーどうしまたはジアステレオマーどうしの混合物を含む出発物質に、右回り円偏光(以下「r−CPL」という)又は左回り円偏光(以下「l−CPL」という)を照射し、出発物質であるエナンチオマーまたはジアステレオマーの少なくとも一方を濃縮することにより光学活性な物質を得る絶対不斉合成方法において、出発物質であるエナンチオマーどうしまたはジアステレオマーどうしは、熱的に相互変換を生じず、r−CPLまたはl−CPLの光源としてパルスレーザーを使用し、r−CPLまたはl−CPLの波長が、出発物質が紫外−可視吸収スペクトルにおいて光を吸収しない波長であり、且つ出発物質の第一吸収帯よりも長波長であり、r−CPLまたはl−CPLを出発物質に照射して、非共鳴２光子励起することにより光学活性な物質を得ることを特徴とする絶対不斉合成方法に係る。
【００１３】
本発明において用いるレーザーは、パルスレーザーであり、輝度が高いレーザー、パルス幅の短いレーザーが好ましい。パルスレーザーとしては、例えば、フェムト秒再生増幅チタン：サファイアレーザー、ピコ秒YAGレーザー(Yttrium Aluminium Garnet laser)などの超短パルスレーザーが好ましく、特にフェムト秒再生増幅チタン：サファイアレーザーが好ましい。
【００１４】
レーザーのパルスエネルギーは、特に制限されず、レーザーのパルス幅に応じて適宜設定することができる。例えば、パルス幅が50〜100fsの時には、レーザーのパルスエネルギーは、通常約100μJ以上、好ましくは100μJ〜5mJ程度である。例えば、パルス幅が1〜10psの時には、レーザーのパルスエネルギーは、通常約1mJ以上、好ましくは1mJ〜30mJ程度である。上記範囲内のエネルギーに設定すれば、より確実に２光子励起を生じさせることができる。
【００１５】
レーザーの１秒当たりのパルス数は、特に制限されないが、通常1Hz〜2kHz程度、好ましくは5Hz〜1.5kHz程度である。
【００１６】
レーザーのパルス幅は、特に制限されないが、通常約100ps以下、好ましくは約1ps以下、より好ましくは10fs〜1ps程度である。レーザーのパルス幅は、狭いほど好ましい。
【００１７】
本発明の方法では、非共鳴励起を利用する。即ち、出発物質が紫外−可視吸収スペクトルにおいて吸収しない波長のr−CPLまたはl−CPLを照射することによって、出発物質を励起する。CPLの波長は、出発物質の第一吸収帯よりも長波長であって、且つ出発物質が紫外−可視吸収スペクトルにおいて光を吸収しない波長であれば特に制限されず、出発物質に応じて適宜設定することができる。ここで、第一吸収帯とは、紫外−可視光スペクトルおいて、最も長波長側にみられる吸収帯のことである。
【００１８】
r−CPLまたはl−CPLの波長は、所定の条件を満たすものであれば、特に制限されず、出発物質の種類に応じて適宜設定することができる。例えば、可視領域のCPLを使用することができ、より具体的には380〜820nm程度、好ましくは400〜600nm程度の波長を有するCPLを使用することができる。
【００１９】
本発明の合成方法では、必要に応じて、出発物質を溶媒に溶解させてもよい。溶媒は、特に制限されないが、光照射により劣化しづらい溶媒が好ましい。例えば、ペンタン、ヘキサンなどを例示することができる。
【００２０】
出発物質の濃度は、出発物質の種類などに応じて適宜設定することができる。出発物質の濃度は、通常0.1〜10mM程度、好ましくは0.5〜2mM程度である。
【００２１】
本発明の絶対不斉合成方法は、２光子励起を利用しているので、理論的には、反応収率：Iは、光の強度(照射光強度)：xに対して２次の関係を示す(I = a・x2 + b, aおよびbは任意の定数)。本発明の方法では、以下の式で示されるＡの値は、通常1.5〜2.5程度、好ましくは1.6〜2.3程度である。
【００２２】
I = a・xA + b
[式中、aおよびbは任意の定数を示す。]
なお、従来のCPLを照射することにより光学活性な物質を得る絶対不斉合成方法は、１光子励起を利用しているので、反応収率の光強度依存性を測定すると、反応収率(I)は、光の強度(x)に比例する(I = a'・x , a'は任意の定数)。
【００２３】
本発明では、エナンチオマーどうしまたはジアステレオマーどうしの混合物を含む出発物質に、r−CPL又はl−CPLを照射し、出発物質であるエナンチオマーまたはジアステレオマーの少なくとも一方を濃縮することにより光学活性な物質を得る。本発明において用いる出発物質は、エナンチオマーどうしまたはジアステレオマーどうしの混合物を含んでいれば特に制限されず、例えばエナンチオマーどうしの等量混合物であるラセミ体、特定のジアステレオマーの当量混合物であるラセミ体などでもよく、予め一方のエナンチオマーまたは特定のジアステレオマーが過剰に存在する混合物でもよい。例えば、出発物質が予め一方のエナンチオマーまたは特定のジアステレオマーが過剰に存在する混合物である場合には、CPLを照射することによって出発物質に含まれるエナンチオマーまたはジアステレオマーの少なくとも一方が濃縮され、光学純度を変化させることができる。この場合、出発物質に過剰に含まれるエナンチオマーまたはジアステレオマーと、反応により濃縮されるエナンチオマーまたはジアステレオマーとは、同一であっても異なっていてもよい。また、出発物質として、CPLを照射することにより光学的に活性な物質を得ることができる公知の物質を用いることができる。但し、出発物質であるエナンチオマーどうしまたはジアステレオマーどうしは、熱的に相互変換を生じない必要がある。
【００２４】
出発物質と生成物質は、光化学的に可逆に相互変換しても、不可逆であってもよい。CPLを照射することにより、出発物質のみが非共鳴２光子励起されても、または出発物質と生成物質の双方が非共鳴２光子励起されてもよい。また、生成物質は、一般にはアキラルな物質であるが、キラルな物質であってもよい。
【００２５】
生成物質がアキラルな物質であり、光化学的に不可逆な反応系として、例えば、いわゆる不斉光分解反応系を例示することができる。不斉光分解反応系では、出発物質に含まれるそれぞれのエナンチオマーまたはジアステレオマーは、ｒ−またはｌ−ＣＰＬにより選択的に励起され光化学的に分解され、他方が過剰に得られる、即ち、出発物質の光学純度が増加するので、結果的に光学活性な物質が得られる。式［１］は、この不斉光分解の一態様を示したものである。
【００２６】
【化５】
【００２７】
このような不斉光分解反応系として、例えば、樟脳（Z.Phys.Chem., Abt. B, 1930, 292-310)の光分解、トランス−ビシクロ〔４，３，２〕ノナン−８−オン(J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1978, 983-4.) の光分解などを例示できる。
【００２８】
次に、光化学的に可逆な反応系を利用した絶対不斉合成方法について、説明する。光化学的に可逆な反応系とは、光を照射することによって、出発物質と生成物質とが相互に変換する系、例えば相互に光異性化する反応系を意味する。
【００２９】
光化学的に可逆な反応系の一例として、以下のような特徴を有する系を例示することができる。
(イ)出発物質と生成物質の両方がエナンチオマーどうしまたはジアステレオマーどうしの混合物を含んでいる系、
(ロ) CPLを照射することにより、出発物質だけでなく、出発物質と生成物質の双方が励起される系、
(ハ)出発物質のうちエナンチオマーの一方またはジアステレオマーの一方が濃縮され、生成物質では、出発物質のうちで濃縮されない他方に対応するエナンチオマーの一方又はジアステレオマーの一方が濃縮される反応系など。
【００３０】
光化学的に可逆な反応系としては、上記(イ)〜(ハ)に例示した特徴のうちいずれか一つを有していても良く、２以上を有していても良い。上記(イ)〜(ハ)の全ての特徴を有する反応の具体例として、以下の式に示すノルボナジエン誘導体−クワドリシクラン誘導体の反応系などを例示できる。即ち、出発物質が以下の式(I)で示されるノルボナルジエン誘導体であり、生成物質が以下の式(II)で示されるクワドリシクラン誘導体である反応系と、出発物質が以下の式(II)で示されるクワドリシクラン誘導体であり、生成物質が以下の式(I)で示されるノルボナルジエン誘導体である系とを例示することができる。
【００３１】
【化６】
【００３２】
ノルボナジエン誘導体としては、以下の式(I)で示される化合物を例示することができる。
【００３３】
【化７】
【００３４】
[式中、ＸとＹは、相異なる基を示し、
Ｘは、−ＣＯＯＨ基、−ＣＯＯＲ基、ハロゲン原子、シアノ基、脂肪族炭化水素基または脂環式炭化水素基を示し、
Ｒは、脂肪族炭化水素基または脂環式炭化水素基を示し、
Ｙは、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、Ａｒ基または−ＣＯ−Ａｒ基を示し、
Ａｒは、有機基で置換されていてもよい芳香族炭化水素基を示し、
Ｒ1およびＲ2は、同一または相異なって、水素原子、脂肪族炭化水素基または脂環式炭化水素基を示す]
クワドリシクラン誘導体としては、以下の式(I)で示される化合物を例示することができる。
【００３５】
【化８】
【００３６】
[式中、ＸとＹは、相異なる基を示し、
Ｘは、−ＣＯＯＨ基、−ＣＯＯＲ基、ハロゲン原子、シアノ基、脂肪族炭化水素基または脂環式炭化水素基を示し、
Ｒは、脂肪族炭化水素基または脂環式炭化水素基を示し、
Ｙは、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、Ａｒ基または−ＣＯ−Ａｒ基を示し、
Ａｒは、有機基で置換されていてもよい芳香族炭化水素基を示し、
Ｒ1およびＲ2は、同一または相異なって、水素原子、脂肪族炭化水素基または脂環式炭化水素基を示す]
【００３７】
式(I)および(II)において、Ｘは、−ＣＯＯＨ基、−ＣＯＯＲ基、ハロゲン原子、シアノ基、脂肪族炭化水素基または脂環式炭化水素基を示し、Ｒは脂肪族炭化水素基または脂環式炭化水素基を示す。Ｘとしては、ＣＯＯＲ基が好ましい。
【００３８】
式(I)および(II)において、Ｙは、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、Ａｒ基または−ＣＯ−Ａｒ基を示し、Ａｒは有機基で置換されていてもよい芳香族炭化水素基を示す。Ｙとしては、水素原子が好ましい。
【００３９】
式(I)および(II)において、Ｒ1およびＲ2は、同一または相異なって、水素原子、脂肪族炭化水素基または脂環式炭化水素基を示す。Ｒ1およびＲ2としては、水素原子が好ましい。
【００４０】
Ｘ、Ｒ、Ｒ1またはＲ2で示される脂肪族炭化水素基としては、例えばアルキル基、アルケニル基などを例示することができる。Ｒとしては、アルキル基が好ましい。Ｘ、Ｒ1またはＲ2で示される脂肪族炭化水素基の中では、アルキル基が好ましい。
【００４１】
Ｘ、Ｒ、Ｒ1またはＲ2で示される脂環式炭化水素基としては、例えばシクロアルキル基、シクロアルケニル基、シクロアルキル置換アルキル基、アダマンタニル基、アダマンタンメチル基、アダマンタンエチル基などを例示することができる。
【００４２】
アルキル基の炭素数は、特に制限されないが、通常１〜６程度、好ましくは１〜４程度、より好ましくは１〜３程度である。アルキル基は、直鎖状および分枝状のいずれであってもよい。
【００４３】
アルケニル基の炭素数は、特に制限されないが、通常１〜６程度、好ましくは１〜４程度、より好ましくは１〜３程度である。アルケニル基は、直鎖状および分枝状のいずれであってもよい。
【００４４】
シクロアルキル基およびシクロアルキル置換アルキル基の置換基としてのシクロアルキル基の炭素数は、特に制限されないが、通常３〜１０程度、好ましくは３〜８程度、より好ましくは３〜５程度である。
【００４５】
シクロアルケニル基の炭素数は、通常３〜１０程度、好ましくは３〜８程度、より好ましくは３〜５程度である。
【００４６】
ＸまたはＹで示されるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などを例示することができる。
【００４７】
Ａｒで示される芳香族炭化水素基としては、例えば、単環(フェニル基)または多環の芳香族炭化水素基を例示することができる。多環の芳香族炭化水素基は、縮合環であっても、非縮合環であってもよい。多環の芳香族炭化水素基の具体的として、以下の基を例示することができる。Ａｒで示される芳香族炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基などが好ましい。
【００４８】
【化９】
【００４９】
Ａｒで示される芳香族炭化水素基の置換基である有機基としては、例えば、アルキル基などを例示することができる。前記アルキル基の炭素数は、通常１〜６程度、好ましくは１〜４程度、より好ましくは１〜３程度である。アルキル基は、直鎖状であっても、分枝状であってもよい。
【００５０】
ノルボナルジエン誘導体としては、以下の式で示されるメトキシカルボニル誘導体が好ましい。
【００５１】
【化１０】
【００５２】
【化１１】
【００５３】
クワドリシクラン誘導体としては、以下の式で示されるメトキシカルボニル誘導体が好ましい。
【００５４】
【化１２】
【００５５】
【化１３】
【００５６】
ノルボナジエン誘導体−クワドリシクラン誘導体の反応系の場合、照射するCPLの波長は、350〜550nm程度が好ましく、400〜500nm程度が特に好ましい。
【００５７】
非対称な置換基の導入によりキラルとなったノルボルナジエン誘導体とクワドリシクラン誘導体の光異性化は、熱的または光化学的にエナンチオマーどうし又はジアステレオーマーどうしの相互交換が生じない反応系であり、CPL照射による出発物質と生成物質の双方におけるエナンチオマー等の一方の濃縮を行うことが可能である。
【００５８】
【作用】
従来のCPLのみを不斉源とする絶対不斉合成方法は、出発物質であるエナンチオマーまたはジアステレオマーのCPLに対する吸光度の違いを利用するので、光学収率は、異方性因子であるｇ因子(ｇ値)によって支配される。ｇ因子とは、Kuhnによって、以下のように定義された値であり、g因子の絶対値が大きいほど光学収率は高いと予想される。また、このときε＝（εl＋εr）／２であり、０≦ｇ＜２である(Trans. Faraday. Soc. 1930, 293-309; Z. Phys. Chem. B. Abt. 1930, 7, 292-310)。
【００５９】
ｇ＝（εl−εr）／ε＝Δε／ε （１）
[式中、εlは任意の波長におけるl-CPLに対するモル吸光係数を示し、εrは任意の波長におけるr-CPLに対するモル吸光係数を示し、εは任意の波長における通常光に対するモル吸光係数を示し、Δεは円二色性を示す。ここで、εlとεrは、光学純度100％のエナンチオマーまたはジアステレオマーについての値である。]
従来のCPLのみを不斉源とする絶対不斉合成方法は、出発物質の第１吸収帯の波長を有するCPLを照射する方法であり、出発物質を基底状態(Ｓ0)から最低励起一重項状態(Ｓ1)へ１光子励起させる方法である。この方法では一般にｇ＜0.001であり、光学収率を向上させるには限界がある。
【００６０】
本発明の方法は、非共鳴２光子励起による絶対不斉合成方法であり、電子励起状態から他の電子励起状態への遷移におけるｇ因子(ｇ*)を利用できる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によると、従来の方法において利用していた波長よりも長波長のCPL、例えば可視光領域の波長を有するCPLを用いて絶対不斉合成を行うことができる。
【００６２】
本発明によれば、光源としてコンパクトな装置を用いて絶対不斉合成を行うことができる。
【００６３】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例と共に挙げ、本発明をより具体的に説明する。本発明は、以下の実施例に制限されるものではない。
【００６４】
実施例および比較例では、出発物質として、メチル・ビシクロ〔２．２．１〕ヘプタ−２，５−ジエン−２−カルボキシレート（ＨＮ）のラセミ体またはメチル・テトラシクロ〔３．２．０．０2,7．０4,6〕ヘプタン−１−カルボキシレート（ＨＱ）のラセミ体を使用し、次式で示される反応系で絶対不斉合成を行った。
【００６５】
【化１４】
【００６６】
参考例１
ＨＮおよびＨＱについて、各々のＵＶスペクトルを測定し、各エナンチオマーについてＣＤスペクトルを測定した（溶媒：ペンタン）。得られたεおよびΔεの値からｇ因子(Δε/ε)を求めた。結果を図１に示す。例えば、200nmにおける(+)-ＨＮのｇ因子は、-0.0042であり、200nmにおける(−)-ＨＮのｇ因子は、+0.0042であった。このことから、ＨＮのラセミ体に200nmのr-CPLを照射して、HNの高電子励起状態(Ｓ4/Ｓ5)に１光子励起を行うと、(＋)-ＨＮの方が(−)-ＨＮより多くCPLを吸収して異性化するので、(−)-ＨＮが過剰となることが判る。
【００６７】
実施例１
光源として再生増幅フェムト秒チタン：サファイアレーザー(スペクトラフィジックス社製、中心波長：800nm、パルス幅：50fs、パルスエネルギー：1mJ、1秒当たりのレーザーパルス数：1kHz)を使用した。レーザーの出力光(波長： 800nm)を非線形結晶を用いて２倍波(波長：400nm、パルスエネルギー：250μＪ)とし、これを偏光子(λ/4波長板)を通過することによりr−CPLまたはl−CPLに変換した。得られたCPLを直径1mm以下に集光して励起光として用いた。
【００６８】
ノルボナルジエンのメトキシカルボニル誘導体(ＨＮ)のペンタン溶液(濃度：1mM) に、400nmのr−CPLを照射した時のHNの光学純度の反応収率依存性を図２に示す。CPL照射後の光学純度：op(％)は、サンプル溶液の円偏光二色性(ＣＤ)スペクトルの測定により過剰となったエナンチオマーの濃度([(−)-HN]−[(+)-HN])を決定し、これをエナンチオマー全濃度[(−)-HN]＋[(+)-HN]で割ることによって求めた。反応収率は、ガスクロマトグラフィーを用いて測定した。ＣＤスペクトル測定には、日本分光製、円偏光二色性分光光度計ＣＤ725を用いた。
【００６９】
【式１】
【００７０】
実施例２
出発物質として、ＨＮの代わりにＨＱを用いる以外は、実施例１と同様にして、HNの光学純度：op(％)を測定した。400nmのr−CPLを照射した時のＨＮの光学純度の反応収率依存性を図３に示す。
【００７１】
実施例３
レーザーのパルスエネルギーを様々な値に変化させる以外は、実施例１と同様にして、反応収率を測定した。
【００７２】
図４に反応収率の光強度依存性を示す。図４に示すように、反応収率：Iは、レーザーのパルスエネルギー(光の強度)：ｘの値に1.73次に比例していることから、２光子励起が生じていることが判る。
【００７３】
実施例４
図２と図３のデータをグローバルフィッティングすることにより、それぞれの場合における実効的なｇ因子を求めた。フィッティングに用いた式を以下に記載する。
【００７４】
【式２】
【００７５】
なお、式中、ARは(+)-HNを、BRは(-)-HQを、ASは(-)-HNを、BSは(+)-HQをそれぞれ示し、
kRは、(＋)-HNから(−)-HQへの異性化反応速度定数(s-1)を示し、
k-Rは、(−)-HQから(＋)-HNへの異性化反応速度定数(s-1)を示し、
kSは、(−)-HNから(＋)-HQへの異性化反応速度定数(s-1)を示し、
k-Sは、(＋)-HQから(−)-HNへの異性化反応速度定数(s-1)を示し、
opAは、HNの光学純度(％)を示し、
tは、CPL照射時間（ｓ）を示し、
ｇAは、実施例１の反応における実効的なｇ因子を示し、
ｇBは、。実施例２の反応における実効的なｇ因子を示す。
【００７６】
図２または図３において得られた400nmCPLによる非共鳴２光子励起のｇ因子と、200nmCPLによる１光子励起のｇ因子(参考例１において求めた値)とを比較した。図２より求めた(−)-HNの400nmCPLによる非共鳴２光子励起のｇ因子は、−0.0035であった。(−)-HNの200nmにおけるｇ因子(0.0042)と、絶対値は同程度であり、符号は逆転した。一方、図３より求めた(+)-HQの400nmCPLによる非共鳴２光子励起のｇ因子は、0.0038であった。(+)-HQの200nmにおけるｇ因子(0.0040)と、絶対値は同程度であり、符号は同一であった。 以上のことから、本発明の絶対不斉合成方法を用いると、従来の方法と比して、ｇ因子の符号を逆転できる場合もあることが判った。
【００７７】
また、反応収率が光の強度に対して1.73次に比例したことなどを考え併せると、フィッティングにより求めたｇ因子は、Ｓ0からＳ1への遷移に関するｇ因子とその他の遷移、即ち励起状態から他の励起状態への遷移(例えば、Ｓ1からＳ4/Ｓ5)に関するｇ*因子との組合せによって決定されるものであり、その組合せは多数あると考えられる。励起状態から他の励起状態への遷移に関するｇ*因子を含む実効的なｇ因子を、初めて求めることができた。
【００７８】
比較例１
照射光として245nmのCPLを得るために、光源として電子シンクロトロン放射光施設を使用した。シンクロトロン放射光を分光器を用いて245nmのみに単色化し、偏光子(λ/4波長板)を通過させることによりｒ−CPLまたはｌ−CPLを得た。
【００７９】
上記のようにして得たｒ−CPL(波長：245nm)を用いる以外は、実施例１と同様にして、絶対不斉合成を行った。実施例１と同様に、CPLを照射するにつれて、光異性化反応が進行した。光学純度の反応収率の依存性は、参考例１において求めた245nmにおけるｇ因子(g=0.007)を用いてシミュレートできた。
【００８０】
比較例２
光源としてＸｅランプを使用し、波長400nmのCPLを照射した。Ｘｅランプのように輝度の低いランプを光源として使用した場合には、非共鳴２光子励起による光異性化反応は進行しなかった。
【００８１】
比較例３
CPLの波長を270nmとした以外は、実施例１と同様にして、絶対不斉合成を行った。270nmは、出発物質であるHNの第一吸収帯の励起(Ｓ0からＳ1への遷移)に対応する。
【００８２】
光学純度の反応収率への依存性は、参考例１において求めた270nmにおけるｇ因子(g=0.013)を用いてシミュレートできた。また、反応収率の光強度依存性は、ほぼ１次であった。
【００８３】
以上のことから、光源として再生増幅フェムト秒チタン：サファイアレーザーを用いた場合であっても、CPLの波長として出発物質が吸収を有する波長を用いた場合には、有効な２光子励起は生じないことが判った。
【図面の簡単な説明】
【図１】ペンタン中における(+)-ＨＮ、(-)-ＨＮ、(+)ＨＱおよび(-)-ＨＱの光学特性を示す図である。
【図２】実施例１の絶対不斉合成において、出発物質であるＨＮの光学純度とＨＮからＨＱへの反応収率との関係を示す図である。
【図３】実施例２の絶対不斉合成において、生成物質であるＨＮの光学純度とＨＱからＨＮへの反応収率との関係を示す図である。
【図４】実施例３において求めたＨＮの反応収率の光強度依存性を示す図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶対不斉合成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
不斉合成は、医薬品、農薬、香料、化粧料、それらの合成中間体等の各種の光学活性な化学物質を提供する手段として重要な役割を担っている。中でも不斉源としてキラルな物理力を用いて光学活性体を得る絶対不斉合成方法(AAS：Absolute Asymmetric Synthesis)は、キラル創出の原点としも注目されている。
【０００３】
絶対不斉合成方法の一つとして、円偏光(CPL: Circularly Polarized Light)のみを物理的不斉源として使用し、出発物質にCPLを照射することによって光学活性な物質を得る絶対不斉合成方法が挙げられる。照射するCPLの波長として、一般に出発物質の第一吸収帯の極大吸収波長が利用される。第一吸収帯とは、電子基底状態(Ｓ0)から最低励起一重項状態(第一電子励起状態：Ｓ1)への遷移に対応する吸収帯であり、紫外−可視吸収スペクトルにおいて最も長波長側にみられる吸収帯である。
【０００４】
或いは、照射するCPLの波長として、第一吸収帯の極大吸収波長以外の波長であって、出発物質が紫外−可視吸収スペクトルにおいて光を吸収する波長が利用される。例えば、特開2001-131093には、出発物質と生成物質が光化学的に可逆な反応系に、r-CPLまたはl-CPLを照射する絶対不斉合成方法が開示されている。この方法では、出発物質のみを励起するために出発物質しか吸収しない波長を使用し、または出発物質と生成物質の双方を励起するために、出発物質と生成物質の双方が吸収する波長を選択している。より具体的には、ノルボナルジエン誘導体にCPLを照射して、クワドリシクラン誘導体を得るという絶対不斉合成方法が開示されている。出発物質であるノルボナルジエン誘導体のアセトニトリル溶液のＵＶスペクトルは、229.5nmと265nmに極大吸収波長を示すが、上記公報では、照射するCPLの波長として、出発物質と生成物質の双方を励起する場合には245nmを選択し、出発物質のみを励起する場合には290nmを選択している。
【０００５】
有機化合物は一般に紫外領域の光を吸収するので、約350nmより短波長のCPLが必要である。従来は、光源としてキセノンランプなどのランプを使用し、ランプから発せられる光を分光器を用いて任意の波長に単色化し、単色化した光をλ/4波長板を通すことによってCPLを得ている。
【０００６】
しかしながら、λ/4波長板の透過率は、250nm以下になると急激に低下するので、このような波長を有するCPLを発生することは困難であり、250nm以下の波長を有するCPLを発生するためには、電子シンクロトロン放射光施設のような大規模な装置が必要である。このように、使用できるCPLの波長が限定されているので、例えば、深紫外領域より短波長にしか吸収を持たない分子を出発物質をする絶対不斉合成、高い電子励起状態への遷移を伴う絶対不斉合成を行うことは制限される。
【０００７】
このように、発生させることが容易な可視光などの長波長領域のCPLを利用して絶対不斉合成が行える方法を確立することが強く望まれている。また、光源発生装置としてコンパクトな装置を使用できる絶対不斉合成方法を確立することが強く望まれている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術の問題点を鑑み成されたものであって、可視光などの長波長のCPLを利用できる絶対不斉合成方法を提供することを目的とする。
【０００９】
更に、本発明は、光源装置としてコンパクトな装置を使用できる絶対不斉合成方法をも提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意研究の結果、光源としてパルスレーザーを使用し、出発物質が吸収しない長波長のCPLを照射し、非共鳴２光子励起することによって、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
即ち、本発明は、下記の合成方法に係るものである。
エナンチオマーどうしまたはジアステレオマーどうしの混合物を含む出発物質に、右回り円偏光(以下「r−CPL」という)又は左回り円偏光(以下「l−CPL」という)を照射し、出発物質であるエナンチオマーまたはジアステレオマーの少なくとも一方を濃縮することにより光学活性な物質を得る絶対不斉合成方法において、
出発物質であるエナンチオマーどうしまたはジアステレオマーどうしは、熱的に相互変換を生じず、
r−CPLまたはl−CPLの光源としてパルスレーザーを使用し、
r−CPLまたはl−CPLの波長が、出発物質が紫外−可視吸収スペクトルにおいて光を吸収しない波長であり、且つ出発物質の第一吸収帯よりも長波長であり、
r−CPLまたはl−CPLを出発物質に照射して、非共鳴２光子励起することにより光学活性な物質を得ることを特徴とする絶対不斉合成方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、エナンチオマーどうしまたはジアステレオマーどうしの混合物を含む出発物質に、右回り円偏光(以下「r−CPL」という)又は左回り円偏光(以下「l−CPL」という)を照射し、出発物質であるエナンチオマーまたはジアステレオマーの少なくとも一方を濃縮することにより光学活性な物質を得る絶対不斉合成方法において、出発物質であるエナンチオマーどうしまたはジアステレオマーどうしは、熱的に相互変換を生じず、r−CPLまたはl−CPLの光源としてパルスレーザーを使用し、r−CPLまたはl−CPLの波長が、出発物質が紫外−可視吸収スペクトルにおいて光を吸収しない波長であり、且つ出発物質の第一吸収帯よりも長波長であり、r−CPLまたはl−CPLを出発物質に照射して、非共鳴２光子励起することにより光学活性な物質を得ることを特徴とする絶対不斉合成方法に係る。
【００１３】
本発明において用いるレーザーは、パルスレーザーであり、輝度が高いレーザー、パルス幅の短いレーザーが好ましい。パルスレーザーとしては、例えば、フェムト秒再生増幅チタン：サファイアレーザー、ピコ秒YAGレーザー(Yttrium Aluminium Garnet laser)などの超短パルスレーザーが好ましく、特にフェムト秒再生増幅チタン：サファイアレーザーが好ましい。
【００１４】
レーザーのパルスエネルギーは、特に制限されず、レーザーのパルス幅に応じて適宜設定することができる。例えば、パルス幅が50〜100fsの時には、レーザーのパルスエネルギーは、通常約100μJ以上、好ましくは100μJ〜5mJ程度である。例えば、パルス幅が1〜10psの時には、レーザーのパルスエネルギーは、通常約1mJ以上、好ましくは1mJ〜30mJ程度である。上記範囲内のエネルギーに設定すれば、より確実に２光子励起を生じさせることができる。
【００１５】
レーザーの１秒当たりのパルス数は、特に制限されないが、通常1Hz〜2kHz程度、好ましくは5Hz〜1.5kHz程度である。
【００１６】
レーザーのパルス幅は、特に制限されないが、通常約100ps以下、好ましくは約1ps以下、より好ましくは10fs〜1ps程度である。レーザーのパルス幅は、狭いほど好ましい。
【００１７】
本発明の方法では、非共鳴励起を利用する。即ち、出発物質が紫外−可視吸収スペクトルにおいて吸収しない波長のr−CPLまたはl−CPLを照射することによって、出発物質を励起する。CPLの波長は、出発物質の第一吸収帯よりも長波長であって、且つ出発物質が紫外−可視吸収スペクトルにおいて光を吸収しない波長であれば特に制限されず、出発物質に応じて適宜設定することができる。ここで、第一吸収帯とは、紫外−可視光スペクトルおいて、最も長波長側にみられる吸収帯のことである。
【００１８】
r−CPLまたはl−CPLの波長は、所定の条件を満たすものであれば、特に制限されず、出発物質の種類に応じて適宜設定することができる。例えば、可視領域のCPLを使用することができ、より具体的には380〜820nm程度、好ましくは400〜600nm程度の波長を有するCPLを使用することができる。
【００１９】
本発明の合成方法では、必要に応じて、出発物質を溶媒に溶解させてもよい。溶媒は、特に制限されないが、光照射により劣化しづらい溶媒が好ましい。例えば、ペンタン、ヘキサンなどを例示することができる。
【００２０】
出発物質の濃度は、出発物質の種類などに応じて適宜設定することができる。出発物質の濃度は、通常0.1〜10mM程度、好ましくは0.5〜2mM程度である。
【００２１】
本発明の絶対不斉合成方法は、２光子励起を利用しているので、理論的には、反応収率：Iは、光の強度(照射光強度)：xに対して２次の関係を示す(I = a・x2 + b, aおよびbは任意の定数)。本発明の方法では、以下の式で示されるＡの値は、通常1.5〜2.5程度、好ましくは1.6〜2.3程度である。
【００２２】
I = a・xA + b
[式中、aおよびbは任意の定数を示す。]
なお、従来のCPLを照射することにより光学活性な物質を得る絶対不斉合成方法は、１光子励起を利用しているので、反応収率の光強度依存性を測定すると、反応収率(I)は、光の強度(x)に比例する(I = a'・x , a'は任意の定数)。
【００２３】
本発明では、エナンチオマーどうしまたはジアステレオマーどうしの混合物を含む出発物質に、r−CPL又はl−CPLを照射し、出発物質であるエナンチオマーまたはジアステレオマーの少なくとも一方を濃縮することにより光学活性な物質を得る。本発明において用いる出発物質は、エナンチオマーどうしまたはジアステレオマーどうしの混合物を含んでいれば特に制限されず、例えばエナンチオマーどうしの等量混合物であるラセミ体、特定のジアステレオマーの当量混合物であるラセミ体などでもよく、予め一方のエナンチオマーまたは特定のジアステレオマーが過剰に存在する混合物でもよい。例えば、出発物質が予め一方のエナンチオマーまたは特定のジアステレオマーが過剰に存在する混合物である場合には、CPLを照射することによって出発物質に含まれるエナンチオマーまたはジアステレオマーの少なくとも一方が濃縮され、光学純度を変化させることができる。この場合、出発物質に過剰に含まれるエナンチオマーまたはジアステレオマーと、反応により濃縮されるエナンチオマーまたはジアステレオマーとは、同一であっても異なっていてもよい。また、出発物質として、CPLを照射することにより光学的に活性な物質を得ることができる公知の物質を用いることができる。但し、出発物質であるエナンチオマーどうしまたはジアステレオマーどうしは、熱的に相互変換を生じない必要がある。
【００２４】
出発物質と生成物質は、光化学的に可逆に相互変換しても、不可逆であってもよい。CPLを照射することにより、出発物質のみが非共鳴２光子励起されても、または出発物質と生成物質の双方が非共鳴２光子励起されてもよい。また、生成物質は、一般にはアキラルな物質であるが、キラルな物質であってもよい。
【００２５】
生成物質がアキラルな物質であり、光化学的に不可逆な反応系として、例えば、いわゆる不斉光分解反応系を例示することができる。不斉光分解反応系では、出発物質に含まれるそれぞれのエナンチオマーまたはジアステレオマーは、ｒ−またはｌ−ＣＰＬにより選択的に励起され光化学的に分解され、他方が過剰に得られる、即ち、出発物質の光学純度が増加するので、結果的に光学活性な物質が得られる。式［１］は、この不斉光分解の一態様を示したものである。
【００２６】
【化５】
このような不斉光分解反応系として、例えば、樟脳（Z.Phys.Chem., Abt. B, 1930, 292-310)の光分解、トランス−ビシクロ〔４，３，２〕ノナン−８−オン(J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1978, 983-4.) の光分解などを例示できる。
【００２８】
次に、光化学的に可逆な反応系を利用した絶対不斉合成方法について、説明する。光化学的に可逆な反応系とは、光を照射することによって、出発物質と生成物質とが相互に変換する系、例えば相互に光異性化する反応系を意味する。
【００２９】
光化学的に可逆な反応系の一例として、以下のような特徴を有する系を例示することができる。
(イ)出発物質と生成物質の両方がエナンチオマーどうしまたはジアステレオマーどうしの混合物を含んでいる系、
(ロ) CPLを照射することにより、出発物質だけでなく、出発物質と生成物質の双方が励起される系、
(ハ)出発物質のうちエナンチオマーの一方またはジアステレオマーの一方が濃縮され、生成物質では、出発物質のうちで濃縮されない他方に対応するエナンチオマーの一方又はジアステレオマーの一方が濃縮される反応系など。
【００３０】
光化学的に可逆な反応系としては、上記(イ)〜(ハ)に例示した特徴のうちいずれか一つを有していても良く、２以上を有していても良い。上記(イ)〜(ハ)の全ての特徴を有する反応の具体例として、以下の式に示すノルボナジエン誘導体−クワドリシクラン誘導体の反応系などを例示できる。即ち、出発物質が以下の式(I)で示されるノルボナルジエン誘導体であり、生成物質が以下の式(II)で示されるクワドリシクラン誘導体である反応系と、出発物質が以下の式(II)で示されるクワドリシクラン誘導体であり、生成物質が以下の式(I)で示されるノルボナルジエン誘導体である系とを例示することができる。
【００３１】
【化６】
ノルボナジエン誘導体としては、以下の式(I)で示される化合物を例示することができる。
【００３３】
【化７】
[式中、ＸとＹは、相異なる基を示し、
Ｘは、−ＣＯＯＨ基、−ＣＯＯＲ基、ハロゲン原子、シアノ基、脂肪族炭化水素基または脂環式炭化水素基を示し、
Ｒは、脂肪族炭化水素基または脂環式炭化水素基を示し、
Ｙは、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、Ａｒ基または−ＣＯ−Ａｒ基を示し、
Ａｒは、有機基で置換されていてもよい芳香族炭化水素基を示し、
Ｒ1およびＲ2は、同一または相異なって、水素原子、脂肪族炭化水素基または脂環式炭化水素基を示す]
クワドリシクラン誘導体としては、以下の式(I)で示される化合物を例示することができる。
【００３５】
【化８】
[式中、ＸとＹは、相異なる基を示し、
Ｘは、−ＣＯＯＨ基、−ＣＯＯＲ基、ハロゲン原子、シアノ基、脂肪族炭化水素基または脂環式炭化水素基を示し、
Ｒは、脂肪族炭化水素基または脂環式炭化水素基を示し、
Ｙは、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、Ａｒ基または−ＣＯ−Ａｒ基を示し、
Ａｒは、有機基で置換されていてもよい芳香族炭化水素基を示し、
Ｒ1およびＲ2は、同一または相異なって、水素原子、脂肪族炭化水素基または脂環式炭化水素基を示す]
【００３７】
式(I)および(II)において、Ｘは、−ＣＯＯＨ基、−ＣＯＯＲ基、ハロゲン原子、シアノ基、脂肪族炭化水素基または脂環式炭化水素基を示し、Ｒは脂肪族炭化水素基または脂環式炭化水素基を示す。Ｘとしては、ＣＯＯＲ基が好ましい。
【００３８】
式(I)および(II)において、Ｙは、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、Ａｒ基または−ＣＯ−Ａｒ基を示し、Ａｒは有機基で置換されていてもよい芳香族炭化水素基を示す。Ｙとしては、水素原子が好ましい。
【００３９】
式(I)および(II)において、Ｒ1およびＲ2は、同一または相異なって、水素原子、脂肪族炭化水素基または脂環式炭化水素基を示す。Ｒ1およびＲ2としては、水素原子が好ましい。
【００４０】
Ｘ、Ｒ、Ｒ1またはＲ2で示される脂肪族炭化水素基としては、例えばアルキル基、アルケニル基などを例示することができる。Ｒとしては、アルキル基が好ましい。Ｘ、Ｒ1またはＲ2で示される脂肪族炭化水素基の中では、アルキル基が好ましい。
【００４１】
Ｘ、Ｒ、Ｒ1またはＲ2で示される脂環式炭化水素基としては、例えばシクロアルキル基、シクロアルケニル基、シクロアルキル置換アルキル基、アダマンタニル基、アダマンタンメチル基、アダマンタンエチル基などを例示することができる。
【００４２】
アルキル基の炭素数は、特に制限されないが、通常１〜６程度、好ましくは１〜４程度、より好ましくは１〜３程度である。アルキル基は、直鎖状および分枝状のいずれであってもよい。
【００４３】
アルケニル基の炭素数は、特に制限されないが、通常１〜６程度、好ましくは１〜４程度、より好ましくは１〜３程度である。アルケニル基は、直鎖状および分枝状のいずれであってもよい。
【００４４】
シクロアルキル基およびシクロアルキル置換アルキル基の置換基としてのシクロアルキル基の炭素数は、特に制限されないが、通常３〜１０程度、好ましくは３〜８程度、より好ましくは３〜５程度である。
【００４５】
シクロアルケニル基の炭素数は、通常３〜１０程度、好ましくは３〜８程度、より好ましくは３〜５程度である。
【００４６】
ＸまたはＹで示されるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などを例示することができる。
【００４７】
Ａｒで示される芳香族炭化水素基としては、例えば、単環(フェニル基)または多環の芳香族炭化水素基を例示することができる。多環の芳香族炭化水素基は、縮合環であっても、非縮合環であってもよい。多環の芳香族炭化水素基の具体的として、以下の基を例示することができる。Ａｒで示される芳香族炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基などが好ましい。
【００４８】
【化９】
Ａｒで示される芳香族炭化水素基の置換基である有機基としては、例えば、アルキル基などを例示することができる。前記アルキル基の炭素数は、通常１〜６程度、好ましくは１〜４程度、より好ましくは１〜３程度である。アルキル基は、直鎖状であっても、分枝状であってもよい。
【００５０】
ノルボナルジエン誘導体としては、以下の式で示されるメトキシカルボニル誘導体が好ましい。
【００５１】
【化１０】
【化１１】
クワドリシクラン誘導体としては、以下の式で示されるメトキシカルボニル誘導体が好ましい。
【００５４】
【化１２】
【化１３】
ノルボナジエン誘導体−クワドリシクラン誘導体の反応系の場合、照射するCPLの波長は、350〜550nm程度が好ましく、400〜500nm程度が特に好ましい。
【００５７】
非対称な置換基の導入によりキラルとなったノルボルナジエン誘導体とクワドリシクラン誘導体の光異性化は、熱的または光化学的にエナンチオマーどうし又はジアステレオーマーどうしの相互交換が生じない反応系であり、CPL照射による出発物質と生成物質の双方におけるエナンチオマー等の一方の濃縮を行うことが可能である。
【００５８】
【作用】
従来のCPLのみを不斉源とする絶対不斉合成方法は、出発物質であるエナンチオマーまたはジアステレオマーのCPLに対する吸光度の違いを利用するので、光学収率は、異方性因子であるｇ因子(ｇ値)によって支配される。ｇ因子とは、Kuhnによって、以下のように定義された値であり、g因子の絶対値が大きいほど光学収率は高いと予想される。また、このときε＝（εl＋εr）／２であり、０≦ｇ＜２である(Trans. Faraday. Soc. 1930, 293-309; Z. Phys. Chem. B. Abt. 1930, 7, 292-310)。
【００５９】
ｇ＝（εl−εr）／ε＝Δε／ε （１）
[式中、εlは任意の波長におけるl-CPLに対するモル吸光係数を示し、εrは任意の波長におけるr-CPLに対するモル吸光係数を示し、εは任意の波長における通常光に対するモル吸光係数を示し、Δεは円二色性を示す。ここで、εlとεrは、光学純度100％のエナンチオマーまたはジアステレオマーについての値である。]
従来のCPLのみを不斉源とする絶対不斉合成方法は、出発物質の第１吸収帯の波長を有するCPLを照射する方法であり、出発物質を基底状態(Ｓ0)から最低励起一重項状態(Ｓ1)へ１光子励起させる方法である。この方法では一般にｇ＜0.001であり、光学収率を向上させるには限界がある。
【００６０】
本発明の方法は、非共鳴２光子励起による絶対不斉合成方法であり、電子励起状態から他の電子励起状態への遷移におけるｇ因子(ｇ*)を利用できる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によると、従来の方法において利用していた波長よりも長波長のCPL、例えば可視光領域の波長を有するCPLを用いて絶対不斉合成を行うことができる。
【００６２】
本発明によれば、光源としてコンパクトな装置を用いて絶対不斉合成を行うことができる。
【００６３】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例と共に挙げ、本発明をより具体的に説明する。本発明は、以下の実施例に制限されるものではない。
【００６４】
実施例および比較例では、出発物質として、メチル・ビシクロ〔２．２．１〕ヘプタ−２，５−ジエン−２−カルボキシレート（ＨＮ）のラセミ体またはメチル・テトラシクロ〔３．２．０．０2,7．０4,6〕ヘプタン−１−カルボキシレート（ＨＱ）のラセミ体を使用し、次式で示される反応系で絶対不斉合成を行った。
【００６５】
【化１４】
参考例１
ＨＮおよびＨＱについて、各々のＵＶスペクトルを測定し、各エナンチオマーについてＣＤスペクトルを測定した（溶媒：ペンタン）。得られたεおよびΔεの値からｇ因子(Δε/ε)を求めた。結果を図１に示す。例えば、200nmにおける(+)-ＨＮのｇ因子は、-0.0042であり、200nmにおける(−)-ＨＮのｇ因子は、+0.0042であった。このことから、ＨＮのラセミ体に200nmのr-CPLを照射して、HNの高電子励起状態(Ｓ4/Ｓ5)に１光子励起を行うと、(＋)-ＨＮの方が(−)-ＨＮより多くCPLを吸収して異性化するので、(−)-ＨＮが過剰となることが判る。
【００６７】
実施例１
光源として再生増幅フェムト秒チタン：サファイアレーザー(スペクトラフィジックス社製、中心波長：800nm、パルス幅：50fs、パルスエネルギー：1mJ、1秒当たりのレーザーパルス数：1kHz)を使用した。レーザーの出力光(波長： 800nm)を非線形結晶を用いて２倍波(波長：400nm、パルスエネルギー：250μＪ)とし、これを偏光子(λ/4波長板)を通過することによりr−CPLまたはl−CPLに変換した。得られたCPLを直径1mm以下に集光して励起光として用いた。
【００６８】
ノルボナルジエンのメトキシカルボニル誘導体(ＨＮ)のペンタン溶液(濃度：1mM) に、400nmのr−CPLを照射した時のHNの光学純度の反応収率依存性を図２に示す。CPL照射後の光学純度：op(％)は、サンプル溶液の円偏光二色性(ＣＤ)スペクトルの測定により過剰となったエナンチオマーの濃度([(−)-HN]−[(+)-HN])を決定し、これをエナンチオマー全濃度[(−)-HN]＋[(+)-HN]で割ることによって求めた。反応収率は、ガスクロマトグラフィーを用いて測定した。ＣＤスペクトル測定には、日本分光製、円偏光二色性分光光度計ＣＤ725を用いた。
【００６９】
【式１】
実施例２
出発物質として、ＨＮの代わりにＨＱを用いる以外は、実施例１と同様にして、HNの光学純度：op(％)を測定した。400nmのr−CPLを照射した時のＨＮの光学純度の反応収率依存性を図３に示す。
【００７１】
実施例３
レーザーのパルスエネルギーを様々な値に変化させる以外は、実施例１と同様にして、反応収率を測定した。
【００７２】
図４に反応収率の光強度依存性を示す。図４に示すように、反応収率：Iは、レーザーのパルスエネルギー(光の強度)：ｘの値に1.73次に比例していることから、２光子励起が生じていることが判る。
【００７３】
実施例４
図２と図３のデータをグローバルフィッティングすることにより、それぞれの場合における実効的なｇ因子を求めた。フィッティングに用いた式を以下に記載する。
【００７４】
【式２】
なお、式中、ARは(+)-HNを、BRは(-)-HQを、ASは(-)-HNを、BSは(+)-HQをそれぞれ示し、
kRは、(＋)-HNから(−)-HQへの異性化反応速度定数(s-1)を示し、
k-Rは、(−)-HQから(＋)-HNへの異性化反応速度定数(s-1)を示し、
kSは、(−)-HNから(＋)-HQへの異性化反応速度定数(s-1)を示し、
k-Sは、(＋)-HQから(−)-HNへの異性化反応速度定数(s-1)を示し、
opAは、HNの光学純度(％)を示し、
tは、CPL照射時間（ｓ）を示し、
ｇAは、実施例１の反応における実効的なｇ因子を示し、
ｇBは、。実施例２の反応における実効的なｇ因子を示す。
【００７６】
図２または図３において得られた400nmCPLによる非共鳴２光子励起のｇ因子と、200nmCPLによる１光子励起のｇ因子(参考例１において求めた値)とを比較した。図２より求めた(−)-HNの400nmCPLによる非共鳴２光子励起のｇ因子は、−0.0035であった。(−)-HNの200nmにおけるｇ因子(0.0042)と、絶対値は同程度であり、符号は逆転した。一方、図３より求めた(+)-HQの400nmCPLによる非共鳴２光子励起のｇ因子は、0.0038であった。(+)-HQの200nmにおけるｇ因子(0.0040)と、絶対値は同程度であり、符号は同一であった。 以上のことから、本発明の絶対不斉合成方法を用いると、従来の方法と比して、ｇ因子の符号を逆転できる場合もあることが判った。
【００７７】
また、反応収率が光の強度に対して1.73次に比例したことなどを考え併せると、フィッティングにより求めたｇ因子は、Ｓ0からＳ1への遷移に関するｇ因子とその他の遷移、即ち励起状態から他の励起状態への遷移(例えば、Ｓ1からＳ4/Ｓ5)に関するｇ*因子との組合せによって決定されるものであり、その組合せは多数あると考えられる。励起状態から他の励起状態への遷移に関するｇ*因子を含む実効的なｇ因子を、初めて求めることができた。
【００７８】
比較例１
照射光として245nmのCPLを得るために、光源として電子シンクロトロン放射光施設を使用した。シンクロトロン放射光を分光器を用いて245nmのみに単色化し、偏光子(λ/4波長板)を通過させることによりｒ−CPLまたはｌ−CPLを得た。
【００７９】
上記のようにして得たｒ−CPL(波長：245nm)を用いる以外は、実施例１と同様にして、絶対不斉合成を行った。実施例１と同様に、CPLを照射するにつれて、光異性化反応が進行した。光学純度の反応収率の依存性は、参考例１において求めた245nmにおけるｇ因子(g=0.007)を用いてシミュレートできた。
【００８０】
比較例２
光源としてＸｅランプを使用し、波長400nmのCPLを照射した。Ｘｅランプのように輝度の低いランプを光源として使用した場合には、非共鳴２光子励起による光異性化反応は進行しなかった。
【００８１】
比較例３
CPLの波長を270nmとした以外は、実施例１と同様にして、絶対不斉合成を行った。270nmは、出発物質であるHNの第一吸収帯の励起(Ｓ0からＳ1への遷移)に対応する。
【００８２】
光学純度の反応収率への依存性は、参考例１において求めた270nmにおけるｇ因子(g=0.013)を用いてシミュレートできた。また、反応収率の光強度依存性は、ほぼ１次であった。
【００８３】
以上のことから、光源として再生増幅フェムト秒チタン：サファイアレーザーを用いた場合であっても、CPLの波長として出発物質が吸収を有する波長を用いた場合には、有効な２光子励起は生じないことが判った。
【図面の簡単な説明】
【図１】ペンタン中における(+)-ＨＮ、(-)-ＨＮ、(+)ＨＱおよび(-)-ＨＱの光学特性を示す図である。
【図２】実施例１の絶対不斉合成において、出発物質であるＨＮの光学純度とＨＮからＨＱへの反応収率との関係を示す図である。
【図３】実施例２の絶対不斉合成において、生成物質であるＨＮの光学純度とＨＱからＨＮへの反応収率との関係を示す図である。
【図４】実施例３において求めたＨＮの反応収率の光強度依存性を示す図である。
Claims (5)
- エナンチオマーどうしまたはジアステレオマーどうしの混合物を含む出発物質に、右回り円偏光(以下「r−CPL」という)又は左回り円偏光(以下「l−CPL」という)を照射し、出発物質であるエナンチオマーまたはジアステレオマーの少なくとも一方を濃縮することにより光学活性な物質を得る絶対不斉合成方法において、
出発物質であるエナンチオマーどうしまたはジアステレオマーどうしは、熱的に相互変換を生じず、
r−CPLまたはl−CPLの光源としてパルスレーザーを使用し、
r−CPLまたはl−CPLの波長が、出発物質が紫外−可視吸収スペクトルにおいて光を吸収しない波長であり、且つ出発物質の第一吸収帯よりも長波長であり、
r−CPLまたはl−CPLを出発物質に照射して、非共鳴２光子励起することにより光学活性な物質を得ることを特徴とする絶対不斉合成方法。 - r−CPLまたはl−CPLの波長が、380〜820nmである請求項１に記載の方法。
- 出発物質と生成物質が、光化学的に可逆に相互変換する請求項１または２に記載の方法。
- 出発物質が、以下の式(I)で示されるノルボルナジエン誘導体であり、生成物質が、以下の式(II)で示されるクワドリシクラン誘導体である請求項１に記載の方法。
Ｘは、−ＣＯＯＨ基、−ＣＯＯＲ基、ハロゲン原子、シアノ基、脂肪族炭化水素基または脂環式炭化水素基を示し、
Ｒは、脂肪族炭化水素基または脂環式炭化水素基を示し、
Ｙは、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、Ａｒ基または−ＣＯ−Ａｒ基を示し、
Ａｒは、有機基で置換されていてもよい芳香族炭化水素基を示し、
Ｒ1およびＲ2は、同一または相異なって、水素原子、脂肪族炭化水素基または脂環式炭化水素基を示す] - 出発物質が、以下の式(II)で示されるクワドリシクランであり、生成物質が、以下の式(I)で示されるノルボルナジエン誘導体である請求項１に記載の方法。
Ｘは、−ＣＯＯＨ基、−ＣＯＯＲ基、ハロゲン原子、シアノ基、脂肪族炭化水素基または脂環式炭化水素基を示し、
Ｒは、脂肪族炭化水素基または脂環式炭化水素基を示し、
Ｙは、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、Ａｒ基または−ＣＯ−Ａｒ基を示し、
Ａｒは、有機基で置換されていてもよい芳香族炭化水素基を示し、
Ｒ1およびＲ2は、同一または相異なって、水素原子、脂肪族炭化水素基または脂環式炭化水素基を示す]
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