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Elucidation of crystal plane-selective photoasymmetric hydrogenation reaction on shape-controlled titanium oxide nanocrystals

Research Project

Project/Area Number 19K05681
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 36020:Energy-related chemistry
Research InstitutionHyogo University of Health Sciences

Principal Investigator

Shigeru Kohtani  兵庫医療大学, 薬学部, 教授 (00242529)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 宮部 豪人  兵庫医療大学, 薬学部, 教授 (10289035)
川島 祥  兵庫医療大学, 薬学部, 助教 (60775724)
長谷川 靖哉  北海道大学, 工学研究院, 教授 (80324797)
北川 裕一  北海道大学, 化学反応創成研究拠点, 特任講師 (90740093)
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: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords光触媒 / 不斉反応 / 酸化チタン / 有機合成 / エナンチオ選択性 / キラル認識剤 / アナタース / 結晶面 / アナターゼ / エナンチオ選択的 / 結晶面選択性
Outline of Research at the Start

研究代表者らは、芳香族ケトンがTiO2上で共吸着したマンデル酸(MA)によってエナンチオ選択的に水素化され、不斉炭素を有するキラルな2級アルコールを与えることを見出した。この不斉反応は、TiO2の結晶面特有の原子配列と表面構造を反映したものであり、TiO2表面に共吸着したMAと芳香族ケトンの分子間相互作用における相互の立体配置がエナンチオ選択性を決定すると考えられる。このような結晶面選択的な不斉反応のメカニズムは未だ解明されておらず、固体表面科学・界面科学や触媒化学の分野に強いインパクトを与えるものである。将来的には有機合成化学への応用が期待でき、有機化学や医薬品化学への波及効果も期待できる。

Outline of Final Research Achievements

In this study, we investigated the enantioselective asymmetric induction mechanism by chiral organic compounds co-adsorbed to TiO2 in the photoasymmetric hydrogenation reaction from an aromatic ketone such as 2-acetonaphtone (2-NP) to a chiral secondary alcohol (2-NPOH) having an asymmetric carbon.
Achievement (1): The newly discovered chiral co-adsorbent 2-amino-1-phenyethanol (PhEA) was found to be stably acted in the 2-NP hydrogenation reaction, and showed high yield and relatively strong enantioselectivity. Achievement (2): It was clarified that the enantioselectivity of this reaction does not depend only on the proportion of the crystal surface, but is also strongly influenced stereochemically by adsorption of fluoride ions.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

半導体光触媒の固体表面反応場、特にTiO2光触媒を有機合成反応に利用するメリットは、(a) 特有の化学反応を引き起こすことが可能、(b) 生成物の分離・精製が容易、(c) 化学的に安定で回収や再利用が可能、(d) 安価、(e) ヒトや環境にほとんど無害であり、大量に使用したり廃棄しても問題にならない、などが挙げられる。近年、TiO2アナタース微結晶の形状制御と酸化還元反応における面選択性の研究が活発に行われいる。本研究の成果は、半導体光触媒の分野において表面化学と不斉立体化学を融合した新しい概念を当該学術分野に吹き込むと共に、将来的に医薬品合成などへの社会的な波及効果が期待される。

Report

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

    (7 results)

All 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (5 results)

  • [Journal Article] Stereoselective Organic Reactions in Heterogeneous Semiconductor Photocatalysis2019

    • Author(s)
      Shigeru Kohtani, Akira Kawashima, Hideto Miyabe
    • Journal Title

      Frontiers in Chemistry

      Volume: 7 Pages: 1-6

    • DOI

      10.3389/fchem.2019.00630

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Photocatalytic single electron transfer reactions on TiO2 semiconductor2019

    • Author(s)
      Hideto Miyabe, Shigeru Kohtani
    • Journal Title

      Science China Chemistry

      Volume: 62 Issue: 11 Pages: 1439-1449

    • DOI

      10.1007/s11426-019-9626-9

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 酸化チタン上での光不斉水素化反応における共吸着剤の分子構造と結晶面の関連について2022

    • Author(s)
      吉積 愛衣、川島 彩有里、根来 弦輝、川島 祥、宮部 豪人、甲谷 繁
    • Organizer
      日本薬学会第142年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 酸化チタンのエナンチオ選択的反応におけるフッ化物イオンの影響について2022

    • Author(s)
      桑田 恵梨菜、松崎 美香子、川島 祥、宮部 豪人、甲谷 繁
    • Organizer
      日本薬学会第142年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 酸化チタン上での不斉光水素化反応における新規なキラル共吸着剤の特性2021

    • Author(s)
      甲谷 繁、川島 彩有里、三浦 友里華、根来 弦輝、川島 祥、大谷 文章、宮部 豪人
    • Organizer
      2021年光化学討論会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 酸化チタン上での芳香族ケトンの不斉光水素化反応における立体選択性への影響(1):アナターゼTiO2微結晶の調製法2020

    • Author(s)
      長井皐姫、根来弦輝、川島祥、宮部豪人、甲谷繁
    • Organizer
      日本化学会第100春季年会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 酸化チタン上での芳香族ケトンの不斉光水素化反応における立体選択性への影響(2):基質とキラル共吸着剤との関連2020

    • Author(s)
      三浦友里華、小椋茉春、川島祥、宮部豪人、甲谷繁
    • Organizer
      日本化学会第100春季年会
    • Related Report
      2019 Research-status Report

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

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