光化学実験の教材化 (4) : ピリリウム塩増感電子移動光酸素化による1,3-ジチアン類のグリーンな脱保護反応

本研究の背景には、従来の脱保護反応で使用される水銀化合物などの重金属化合物が人体や自然環境に対して有害であるという問題意識があります。特にチオアセタール類は、カルボニル基の保護基として化学反応において重要であり、その脱保護は一般的に水銀化合物が使用されていました。そこで、我々はピリリウム塩を用いた新しい光化学反応を開発し、太陽光を利用することでチオアセタール類の脱保護反応を安全かつ効率的に行う方法を模索しました。本研究では、この新規な光化学反応を学生実験の教材として導入することを目的としています。

本研究で主要な発見は、ピリリウム塩（TPPClO4）を触媒として太陽光を照射することで、1,3-ジチアン類を対応するカルボニル化合物に効率的に変換できることです。この反応は、従来の脱保護反応で必要とされる有害な水銀化合物を使用せずに行えるため、環境に優しく安全です。また、この反応は太陽光を光源とするため、持続可能なエネルギー利用の観点からも優れています。さらに、複数の1,3-ジチアン類が短時間の光照射でカルボニル化合物に変換されることが確認され、学生実験の教材としても実用的であることが示されました。

本研究では、代表的なチオアセタール類である1,3-ジチアン類1a-fを基質として使用し、太陽光を利用した光脱保護反応を詳細に検討しました。具体的には、1,3-ジチアン1a-fをアセトニトリルまたはジクロロメタンに溶解し、ピリリウム塩（TPPClO4）を触媒として太陽光を照射することで酸化反応を進行させました。光反応の進行状況は、核磁気共鳴スペクトル（1H-NMRスペクトル）や赤外吸収スペクトル（IRスペクトル）を用いて確認し、生成物の収率を測定しました。また、光源として太陽光を利用することで、実験装置のコストを抑え、学生実験としても実施可能な方法を確立しました。

本研究の結論として、ピリリウム塩を触媒に用いた光化学反応が、1,3-ジチアン類の脱保護に有効であることが明らかになりました。この新規な光化学反応は、従来の有害な重金属化合物を使用しないため、環境に対して優しく、安全性が高いという意義があります。また、この手法を学生実験の教材として導入することで、学生に光化学反応の実践的な知識と技術を提供することが可能となります。光エネルギーを有効に活用するという持続可能な科学技術の教育にも貢献できると考えられます。

今後の展望として、この光化学反応をさらに改善し、より多くの化合物に応用する研究が期待されます。具体的には、他の保護基や基質に対する適用範囲を広げ、多様な有機化合物の合成に利用できるようにすることが目標です。また、太陽光以外の光源を使用することで、反応の効率や速度をさらに向上させる方法の検討も重要です。さらに、この光脱保護反応を含む一連の実験を教育カリキュラムに組み込み、化学専攻の学生が持続可能な化学技術を学ぶ機会を提供することが望まれます。