「引いてダメなら押す」コンセプトに基づいた高機能ハロゲン化触媒の創出と機能開拓｜国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）

ハロゲンは有機化学における万能な「つなぎ目」

有機化学は、世界最小の「ものづくり」に挑む研究分野です。多様な機能持つ素材（機能性分子）を創出するため、精密分子加工を実現する新たな技術の開発が求められてきました。 2010年ノーベル化学賞を受賞したカップリング反応は、こうした市場ニーズにズバリ答える技術だと言えるでしょう。有機分子を自在につなぎ合わせることが可能となり、多くの機能性分子が生み出されてきました。では、その「つなぎ目」を作る技術の進展はどうでしょうか？

塩素（Cl）臭素（Br）ヨウ素（I）といったハロゲン元素を含む分子（ハロゲン化合物）は、あらゆる化学結合に変換できる万能な「つなぎ目」であり、ハロゲン化合物を軸に標的分子の合成ルートを設計することが、現代の有機化学での定石となっています。また合成中間体としての価値のみならず、ハロゲン元素の導入によって有機分子の特性をチューニングできることの利用価値は、市販の医薬品＆農薬の約60%がハロゲン元素を含むことからも裏付けられています。本研究の目的は、こうした価値あるハロゲン化合物を効率的に合成するため、世界最強の活性を持つ新触媒を開発することです。

「繊細かつ精密」な反応を実現する新機軸の触媒設計

有機分子にハロゲン元素を導入する（ハロゲン化反応）には、塩素（Cl2）や臭素（Br2）を使用することが一般的である。これら試薬は毒性や腐食性が高く、特別な安全対策や設備投資が必要となることに加えて、医薬品やファインケミカルなど「繊細な」分子に対する反応や、選択性を制御した「精密な」化学変換に適用することが難しい。安全性に優れた代替ハロゲン試薬が多数あるものの、試薬の安定性と反応性はトレードオフの関係にあり、不足した反応性を補うためには強力な酸触媒（硫酸・金属ルイス酸など）を使う必要があることから「繊細かつ精密」な反応の実現は不可能とされてきました。こうした未解決課題に対して本研究では、① 広範な適用性, ② 高い反応効率と選択性の両立, ③ 優れたユーザーフレンドリー性を兼ね備えた新触媒の開発するため、「引いてダメなら押す」コンセプトに基づいた新基軸の触媒設計を立案しました。触媒機能を持った有機分子の設計＆構造チューニングを行うことで、高い反応性を持つイオン性化学種の発生を制御し、安価で安全な代替ハロゲン試薬を使用しながら、これまで誰も実現できなかった高度な分子加工技術を確立することを目指します。