PFSAフリーのフッ素分子を設計する新技術を開発、名古屋工大ら：可視光を照射し分子骨格を再構築

名古屋工業大学の研究グループはスペイン・バレンシア大学と共同で、超原子価硫黄フッ化物「ペンタフルオロスルファニル（SF5）基」および、「テトラフルオロスルファニル（SF4）基」を導入したベンゼン誘導体に、可視光（青色LED）を照射するだけで分子骨格を再構築できる「骨格編集反応」を開発した。PFSAフリーのフッ素分子を設計するための基盤技術となる。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

逆方向へ再変換するための骨格再編集にも適用可能

　名古屋工業大学の研究グループは2025年11月、スペイン・バレンシア大学と共同で、超原子価硫黄フッ化物「ペンタフルオロスルファニル（SF₅）基」および、「テトラフルオロスルファニル（SF₄）基」を導入したベンゼン誘導体に、可視光（青色LED）を照射するだけで分子骨格を再構築できる「骨格編集反応」を開発したと発表した。PFSAフリーのフッ素分子を設計するための基盤技術となる。

　フッ素を含む有機化合物は、医薬品や電子材料などさまざまな用途に用いられている。ところが、PFAS（難分解性有機フッ素化合物）と呼ばれる一部のフッ素化合物は、環境中でほとんど分解されない。このため社会問題となっていて、PFASフリーなフッ素化分子の開発が求められている。

　一方、有機合成化学の分野では分子骨格を組み替えて、新しい構造を生み出す分子変換技術として「骨格編集」が注目されている。ただ、従来の手法だと収率が低いなど課題もあった。

　研究グループは今回、SF₅基とSF₄基に着目した。これらの官能基は、トリフルオロメチル基（CP₃）と似た電子的／物理的特性を示しながら、PFASには該当しないフッ素官能基だという。SF₅基は分子末端の高機能置換基として機能する。SF₄基は、直線的な2点連結部位として機能する。これら2つの官能基を組み合わせることで、これまでになかった「PFASフリー分子設計プラットフォーム」が実現する。

左からSF₃化合物、SF₅化合物、SF₄化合物［クリックで拡大］ 出所：名古屋工業大学

　実験では、SF₅基を有するアリールアジドに対し、フェノール存在下で可視光を照射したところ、SF₅置換3H-アゼピン誘導体を、最大83％という高い収率で合成することに成功した。従来手法での収率は最大7％程度だった。

　しかも、得られた3H-アゼピン誘導体に対し、トリフルオロ酢酸無水物（TFAA）あるいは、ジフルオロ酢酸無水物（DFAA）を作用させれば、逆方向（アゼピンからベンゼン）へ再変換可能な骨格再編集にも適用できることを実証した。

　なお、開発した手法は、SF₄基とアセチレン構造を有するアリールアジドに対しても適用でき、3H-アゼピン誘導体が高い効率で得られることを確認した。

PFASフリーベンゼン、アゼピン、ベンゼン骨格編集反応の概要［クリックで拡大］ 出所：名古屋工業大学

SF₅基によって促進される骨格編集反応（一部抜粋）［クリックで拡大］ 出所：名古屋工業大学

SF₄基によって促進される骨格編集反応［クリックで拡大］ 出所：名古屋工業大学

　今回の研究成果は、名古屋工業大学生命・応用化学類のChavakula Nagababu研究員（当時）や生命・応用化学科の村松拓哉研究生、共同ナノメディシン科学専攻3年のMuhamad Zulfaqar Bacho氏、工学専攻生命・物質化学プログラム2年のWu Shiwei氏、同プログラム2年の落合世舟氏、生命・応用化学類の柴田哲男教授および、バレンシア大学のJorge Escorihuela教授らによるものだ。