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Development of homogeneous catalysis mediated by highly active Ni(I) key intermediate

Research Project

Project/Area Number 19K05489
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 33020:Synthetic organic chemistry-related
Research InstitutionFukuoka University

Principal Investigator

Matsubara Kouki  福岡大学, 理学部, 教授 (00294984)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 古賀 裕二  福岡大学, 理学部, 助教 (60373148)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywords触媒反応 / ニッケル錯体 / 触媒サイクル / クロスカップリング / 反応中間体 / 反応開発 / 均一系触媒 / 反応機構 / 有機金属錯体 / 均一系触媒反応 / 高活性中間体
Outline of Research at the Start

本研究は、従来提唱されている均一系ニッケル触媒における0価と2価の酸化還元過程とは異なる、新たな1価と3価の酸化還元を経由する触媒プロセスの創生、すなわちニッケル1価⇔3価触媒サイクルに特徴づけられる新たな有機合成反応開発を目指します。均一系触媒反応へのニッケル1価錯体の関与は、国内外を問わず活発に議論がされていますが、実験的な論拠は未だ明確なものはありません。鍵となるのは3価中間体の関与の実験的な証明とニッケル0価錯体では実現の難しい触媒反応の発見であると考えています。従って、本研究では、まず既存の触媒反応における機構解明を推進し、併せて反応開発研究に取り組みます。

Outline of Final Research Achievements

In a cross-coupling reaction using a normal magnetic nickel monovalent complex as a catalyst, we succeeded in detecting the nickel trivalent complex from the mixed solution during the reaction, and we were able to experimentally prove the expected reaction mechanism. I did. We have discovered that this nickel complex can be applied to other cross-coupling reactions and exhibits high activity in the Negishi coupling reaction of aryl halides using alkyl zinc reagents.
We have newly synthesized a nickel divalent complex with a different structure and clarified that it catalyzes the Suzuki coupling reaction of aryl halides. As a result of investigating the pathway of this catalytic reaction in detail, it was clarified that the nickel divalent complex is reduced to the monovalent complex in the presence of a base.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

触媒は、生活に有用な様々な有機化合物を合成原料から合成するために、無くてはならない存在です。触媒によりエネルギーやコストを押さえたり、有害物質が出ない化学反応を選択することができるようになるためです。また触媒がなければ実現できない化学反応もあり、これによって新たな物質群が作られ、私たちの生活をより豊かにします。例えばクロスカップリング反応はその1例です。本研究では、その触媒に使われる金属の一つであるニッケルをもつ触媒を開発し、それが従来提唱されていた反応の仕組みとは全く異なる仕組みで反応を起こすことを実験的に初めて証明することに成功しました。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2022 2021 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] ウィーン工科大学(オーストリア)

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  • [Journal Article] Pincer-type Mesoionic Carbene Nickel(II) Complexes: Synthesis, Properties, Reactions, and Catalytic Application to the Suzuki-Miyaura Coupling Reaction of Aryl Bromides2022

    • Author(s)
      Kouki Matsubara, Kanta Tomomatsu, Ayame Tajiri, Arisa Watanabe, Yuji Koga, Ryuta Ishikawa, Yuji Yamada
    • Journal Title

      European Journal of Inorganic Chemistry

      Volume: 2022 Issue: 10

    • DOI

      10.1002/ejic.202100870

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Well-Defined NHC-Ni Complexes as Catalysts: Preparation, Structures and Mechanistic Studies in Cross-Coupling Reactions2021

    • Author(s)
      Kouki Matsubara
    • Journal Title

      The Chemical Record

      Volume: 21 Issue: 12 Pages: 3925-3952

    • DOI

      10.1002/tcr.202100204

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Homoleptic Cobalt(II) Phenoxyimine Complexes for Hydrosilylation of Aldehydes and Ketones without Base Activation of Cobalt(II)2021

    • Author(s)
      Kouki Matsubara, Tomoaki Mitsuyama, Sayaka Shin, Momoko Hori, Ryuta Ishikawa, and Yuji Koga
    • Journal Title

      Organometallics

      Volume: 26 Issue: 9 Pages: 1379-1387

    • DOI

      10.1021/acs.organomet.1c00151

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] ニッケル1価錯体による触媒的クロスカップリング反応機構の解明2020

    • Author(s)
      松原公紀
    • Journal Title

      Bull. Jpn. Soc. Coord. Chem.

      Volume: 75 Issue: 0 Pages: 66-75

    • DOI

      10.4019/bjscc.75.66

    • NAID

      130007879408

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Fluorine-Substituted Arylphosphine for an NHC-Ni(I) System, Air-Stable in a Solid State but Catalytically Active in Solution2019

    • Author(s)
      Matsubara、Fujii、Hosokawa、Inatomi、Yamada、Koga
    • Journal Title

      Molecules

      Volume: 24 Issue: 18 Pages: 3222-3222

    • DOI

      10.3390/molecules24183222

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  • [Presentation] クロスカップリング反応におけるニッケル(II)メソイオン性カルベン錯体の反応挙動2021

    • Author(s)
      友松寛太、古賀裕二、松原公紀
    • Organizer
      第67回有機金属化学討論会
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  • [Presentation] Initial Processes in Suzuki-Miyaura Reaction Using Ni(II) Mesoionic Carbene Complex As Catalyst Precursor2021

    • Author(s)
      Kanta Tomomatsu, Yuji Koga, Kouki Matsubara
    • Organizer
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2021
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 三座メソイオン性カルベンニッケル(II)錯体を用いた鈴木・宮浦クロスカップリング反応における反応機構研究2020

    • Author(s)
      友松寛太、古賀裕二、松原公紀
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      藤井崇博・古賀裕二・松原公紀
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      池田駿・古賀裕二・松原公紀
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      第66回有機金属化学討論会
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    • Author(s)
      光山知諒・古賀裕二・松原公紀
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      第66回有機金属化学討論会
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  • [Presentation] かさ高いNHCをもつNHC/PPh3混合配位Ni(II)錯体と不活性アリールハライドの熊田クロスカップリング反応2019

    • Author(s)
      細川璃苑・古賀裕二・松原公紀
    • Organizer
      錯体化学会第69回討論会
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      2019 Research-status Report
  • [Book] Monovalent Group 10 Organometallic Complexes in Comprehensive Organometallic Chemistry IV, Section 52022

    • Author(s)
      Kouki Matsubara, section editor: Timothy H. Warren
    • Total Pages
      55
    • Publisher
      Elevier
    • ISBN
      9780128202067
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      2021 Annual Research Report
  • [Remarks] Published Papers - 福岡大学理学部化学科 松原研究室

    • URL

      https://sites.google.com/fukuoka-u.ac.jp/matsubara-lab/matsubara-lab/published-papers

    • Related Report
      2021 Annual Research Report

URL: 

Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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