2種類の触媒でアミドとエステルの位置選択的な重水素化を達成

重水素は、「重水素化医薬品」をはじめ、創薬研究や有機合成化学などの分野で近年注目を集めています。これに伴い、さまざまな化合物に対して、直接的かつ位置選択的に重水素を導入する技術の開発が強く求められています。アミドやエステルは、天然物や医薬品に加え、ペプチドやポリマーといった高分子材料にも広く存在する基本的な構造単位です。しかし、これらのカルボニル化合物に含まれる水素原子は酸性度が極めて低いため、従来は重水素を導入する際に多量の試薬を用いた事前活性化工程が必要でした。

本研究では、これらの課題を解決するため、ルイス酸の一種であるTIPSOTfと塩基の一種であるDABCOの協奏触媒系を用いた新たな反応設計により、反応性に乏しいアミドやエステルを直接的に重水素化できる触媒反応の開発に、世界で初めて成功しました。この手法は、温和な条件下で進行し、複雑な分子構造を持つ化合物にも対応可能であり、重水素化合物へのアクセスを容易にする新たな合成基盤を提供します。

本研究は、九州大学 大学院薬学府の古賀 祐之介 大学院生、福元 良空 大学院生、舛井 顕丞 大学院生、田中 津久志 大学院生（研究当時）、薬学研究院の大嶋 孝志 主幹教授、高等研究院の矢崎 亮 准教授（京都大学 学際融合教育研究推進センター 重水素学ユニットメンバー）と、産業技術総合研究所 化学プロセス研究部門の永縄 友規 研究グループ長、名古屋工業大学 生命・応用化学類の林 幹大 助教らの研究グループによって実施されました。本研究グループは、ルイス酸と塩基という性質の異なる2種類の触媒を組み合わせることで、カルボニル化合物を事前に活性化することなく、アミドおよびエステルの特定部位に重水素を導入する手法の開発に成功しました。本反応は天然物や医薬品に加えて、これまで重水素導入が困難とされてきたペプチドやポリマーへの適用にも成功しています。さらに、ルイス酸と塩基が付加体を形成することなく、互いに独立して高い反応性を保ったまま「フラストレーティッド・ルイスペア（FLP）」として機能していることが明らかになりました。今回開発されたアミドとエステルの触媒的重水素化法により、多様な重水素化合物を迅速かつ効率的に合成することが可能となり、今後、低分子から高分子まで幅広い機能性分子への応用が期待されます。

本研究成果は、2025年10月24日（金）（日本時間）に、英国の科学雑誌「Nature Catalysis」に掲載されました。