Efficient sysnthesis of highly strained conjugated molecules using alloy nnaocluster catalyst

• Project/Area Number: 20K15279
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 33020:Synthetic organic chemistry-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Uetake Yuta 大阪大学, 工学研究科, 助教 (10755440)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2020: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
• Keywords: ナノ粒子触媒 / 脱水素型反応 / 水酸化フラーレン / X線吸収スペクトル / 反応機構解析 / 金/パラジウム合金ナノ粒子 / 脱水素芳香族化 / 合金ナノクラスター触媒 / 高歪み化合物 / LDH

Outline of Research at the Start

歪みを持つ非平面π共役化合物は、これまでにない光特性や半導体特性などを示す可能性があるため次世代の有機分子材料として注目を集めている。一方で、その合成には多量の酸化剤、還元剤を用いる必要があることから、より効率的かつ環境に配慮した反応開発が重要である。
そこで本研究では、金属もしくは合金ナノ粒子触媒を用いた非平面π共役化合物の触媒的合成法の開発を実施する。これまで用いていた酸化剤、還元剤に替えて毒性のないエチレンを水素アクセプターに用いる反応開発を推進することで本研究目的を実現する。

Outline of Final Research Achievements

I have developed alloy nanoparticle catalysts for the catalytic synthesis of highly strained conjugated compounds under mild conditions. A size-selective preparation methods of AuPd nanoparticles were developed and characterized by electron microscopy and spectroscopic analysis using X-rays. The dehydrogenative aromatization of dihydroanthracene was found to proceed under ethylene atmosphere, and anthracene was formed in high yield.
I also improved the X-ray absorption spectroscopy of the solution system. As a result, I succeeded in detemining of the important intermediate of the Lewis acid-medicated Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction in solution.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の遂行により、一般に合成が難しいとされている高い歪みエネルギーをもつ有用な共役系化合物の触媒的な合成が可能になり、今後これまで合成することが困難な化合物を穏和な反応条件で合成できるようになると期待される。また、本研究を通じて高度化を行った放射光X線を用いた分光分析技術は、これまで検出が困難であった溶液中での分子の構造解析を可能にした。そのため、これまでブラックボックスになっていた均一系触媒反応の反応機構の描像をより正確に記述することができるようになったため学術的に極めて重要な成果である。

Research Products

• [Journal Article] Synthesis of the C70 Fragment Buckybowl, Homosumanene, and Heterahomosumanenes via Ring-Expansion Reactions from Sumanenone (2022)
  • Author(s): Nishimoto Mikey、Uetake Yuta、Yakiyama Yumi、Ishiwari Fumitaka、Saeki Akinori、Sakurai Hidehiro
  • Journal Title: The Journal of Organic Chemistry Volume: 87 Issue: 5 Pages: 2508-2519
  • DOI: 10.1021/acs.joc.1c02416
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis and Pyrolysis of Fullerenol‐stabilized Pt Nanocolloids as a unique Approach to Pt‐doped Carbon (2021)
  • Author(s): Cabello Mark Kristan Espejo、Uetake Yuta、Yao Yu、Kuwabata Susumu、Sakurai Hidehiro
  • Journal Title: Chemistry - An Asian Journal Volume: 16 Issue: 16 Pages: 2280-2285
  • DOI: 10.1002/asia.202100495
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of Benzoisoselenazolones via Rh(III)‐Catalyzed Direct Annulative Selenation by Using Elemental Selenium (2021)
  • Author(s): Xu‐Xu Qing‐Feng、Nishii Yuji、Uetake Yuta、Sakurai Hidehiro、Miura Masahiro
  • Journal Title: Chemistry - A European Journal Volume: 27 Issue: 71 Pages: 17952-17959
  • DOI: 10.1002/chem.202103485
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chemo- and regioselective cross-dehydrogenative coupling reaction of 3-hydroxycarbazoles with arenols catalyzed by a mesoporous silica-supported oxovanadium (2021)
  • Author(s): Kasama Kengo、Kanomata Kyohei、Hinami Yuya、Mizuno Karin、Uetake Yuta、Amaya Toru、Sako Makoto、Takizawa Shinobu、Sasai Hiroaki、Akai Shuji
  • Journal Title: RSC Advances Volume: 11 Issue: 56 Pages: 35342-35350
  • DOI: 10.1039/d1ra07723f
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Lewis acid-mediated Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction (2021)
  • Author(s): Niwa Takashi、Uetake Yuta、Isoda Motoyuki、Takimoto Tadashi、Nakaoka Miki、Hashizume Daisuke、Sakurai Hidehiro、Hosoya Takamitsu
  • Journal Title: Nature Catalysis Volume: 4 Issue: 12 Pages: 1080-1088
  • DOI: 10.1038/s41929-021-00719-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Volcano-type correlation between particle size and catalytic activity on hydrodechlorination catalyzed by AuPd nanoalloy (2021)
  • Author(s): Uetake Yuta、Mouri Sachi、Haesuwannakij Setsiri、Okumura Kazu、Sakurai Hidehiro
  • Journal Title: Nanoscale Advances Volume: 3 Issue: 5 Pages: 1496-1501
  • DOI: 10.1039/d0na00951b
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Convergent Synthesis of Fluoroalkenes Using a Dual-Reactive Unit (2021)
  • Author(s): Isoda Motoyuki、Uetake Yuta、Takimoto Tadashi、Tsuda Junpei、Hosoya Takamitsu、Niwa Takashi
  • Journal Title: The Journal of Organic Chemistry Volume: 86 Issue: 2 Pages: 1622-1632
  • DOI: 10.1021/acs.joc.0c02474
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Size-Controlled Preparation of Gold Nanoparticles Deposited on Surface-Fibrillated Cellulose Obtained by Citric Acid Modification (2020)
  • Author(s): Chutimasakul Threeraphat、Uetake Yuta、Tantirungrotechai Jonggol、Asoh Taka-aki、Uyama Hiroshi、Sakurai Hidehiro
  • Journal Title: ACS Omega Volume: 5 Issue: 51 Pages: 33206-33213
  • DOI: 10.1021/acsomega.0c04894
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dual roles of cellulose monolith in the continuous-flow generation and support of gold nanoparticles for green catalyst (2020)
  • Author(s): Xie Zheng-Tian、Asoh Taka-Aki、Uetake Yuta、Sakurai Hidehiro、Uyama Hiroshi
  • Journal Title: Carbohydrate Polymers Volume: 247 Pages: 116723-116723
  • DOI: 10.1016/j.carbpol.2020.116723
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ルイス酸を用いる鈴木・宮浦クロスカップリング反応の開発 (2021)
  • Author(s): 丹羽 節, 植竹 裕太, 磯田紀之, 中岡光妃, 瀧本正, 櫻井英博, 細谷 孝充
  • Organizer: 第67回有機金属化学討論会
• [Presentation] 亜鉛を活性化剤として用いる鈴木・宮浦クロスカップリングの反応機構 (2021)
  • Author(s): 植竹裕太、丹羽 節、細谷孝充、櫻井英博
  • Organizer: 第１２７回触媒討論会
• [Presentation] Intramolecular cycloamination of primary amines using gold nanocluster deposited on citric acid-modified surface-fibrillated cellulose (2021)
  • Author(s): Butsaratip Suwattananuruk, Threeraphat Chutimasakul, Yuta Uetake, Taka-aki Asoh, Hiroshi Uyama, Hidehiro Sakurai
  • Organizer: 第127回触媒討論会
• [Presentation] Preparation of silver nanoparticles stabilized by fullerenol (2021)
  • Author(s): Wildatus Sa’diyah Sugianto, Mark Kristan Espejo Cabello, Yuta Uetake, Hidehiro Sakurai
  • Organizer: 第102回日本化学会春季年会
• [Presentation] 窒素上にホスフィンオキシドを導入したN-ヘテロ環状カルベンとB(C6F5)3を配位子とするニッケル錯体の合成 (2021)
  • Author(s): 水取 宥敬、山内 泰宏、植竹 裕太、櫻井 英博、星本 陽一、生越 専介
  • Organizer: 第102回日本化学会春季年会
• [Presentation] Intramolecular cycloamination of primary amines using gold nanoparticles deposited on fibrillated citric acid-modified cellulose (2021)
  • Author(s): Butsaratip Suwattananuruk, Yuta Uetake, Hidehiro Sakurai
  • Organizer: 第102回日本化学会春季年会
• [Presentation] 溶液XAS実験のための低温計測システムの高度化とin situ XAS計測によるボリル銅種の局所構造解析 (2021)
  • Author(s): 植竹 裕太, 小澤 友, 松本 一希, 本間 徹生, 久保田 浩司, 伊藤 肇
  • Organizer: 第102回日本化学会春季年会
• [Presentation] Low-temperature synthesis of britholite-(La) by co-precipitation method and its properties (2021)
  • Author(s): Thanyarat Phutthaphongloet, Yuta Uetake, Naoyoshi Nunotani, Nobuhito Imanaka, Hidehiro Sakurai
  • Organizer: 第102回日本化学会春季年会
• [Presentation] ブリトライト-(La) フルオロケイ酸担持金ナノ粒子の調製と触媒反応への応用 (2021)
  • Author(s): 三田 寛人, Thanyarat Phutthaphongloet, 植竹 裕太, 布谷 直義, 今中 信人, 櫻井 英博
  • Organizer: 第102回日本化学会春季年会
• [Presentation] 塩基を用いない鈴木・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): 植竹 裕太、丹羽 節、細谷 孝充、櫻井 英博
  • Organizer: 日本化学会 第101回春季年会
• [Presentation] 塩基を用いない鈴木・宮浦クロスカップリング反応の開発 (2020)
  • Author(s): 丹羽 節、植竹 裕太、中岡 光妃、瀧本 正、櫻井 英博、細谷 孝充
  • Organizer: 日本化学会 第101回春季年会
• [Presentation] Fullerenol-Stabilized Pt Nanoparticles as Oxygen Reduction Reaction Electrocatalyst (2020)
  • Author(s): Mark Kristan Espejo Cabello, Yu Yao, Yuta Uetake, Susumu Kuwabata, Hidehiro Sakurai
  • Organizer: 第125回触媒討論会
• [Presentation] Hydrogen transfer-type aromatization catalyzed by Au/Pd nanoalloy supported on layered double hydroxyde (2020)
  • Author(s): 王 超宇、櫻井英博、植竹裕太
  • Organizer: 第9回JACI/GSCシンポジウム
• [Presentation] Preparation of Polymer-Stabilized Gold Nanoparticles in Organic Solvents by Laser Ablation (2020)
  • Author(s): Hettiarachchi Barana, Yuta Uetake, Yumi Yakiyama, Hidehiro Sakurai
  • Organizer: 第9回JACI/GSCシンポジウム
• [Presentation] Size-Controlled Gold Nanocluster Deposited on Citric Acid-Modified Cellurose Nanobiber and their Catalytic Activity in Intramolecular Hydroamination (2020)
  • Author(s): Butsaratip Suwattananuruk, Threeraphat Chutimasakul, Yuta Uetake, Taka-aki Asho, Jonggol Tantirungrotechai、Hiroshi Uyama, Hidehiro Sakurai
  • Organizer: 第9回JACI/GSCシンポジウム
• [Presentation] クエン酸変性セルロースナノファイバーを担持個体に用いた合金ナノクラスターおよび金属固定化触媒の調製と反応開発 (2020)
  • Author(s): 河村卓哉、麻生隆彬、宇山 浩、植竹裕太、櫻井英博、Threeraphat Chutimasakul、Jonggol Tantirungrotechai
  • Organizer: 第9回JACI/GSCシンポジウム
• [Presentation] クエン酸変性 CNF 担持金ナノ粒子のサイズ選択的調製 (2020)
  • Author(s): 植竹裕太、Chutimasakul Threeraphat、Suwattananuruk butsaratip、Jonggol Tantirungrotechai、麻生隆彬、宇山 浩、櫻井英博
  • Organizer: ナノ学会第１８回大会
• [Book] 金属ナノ粒子、微粒子の合成、調製と最新応用技術 (2021)
  • Author(s): 佐藤正秀, 高橋幸奈, 小寺喬之, 椎木弘, 山名一成, 山田直輝, 満留敬人, 八重真治, 大高敦, 酒井俊郎, 田辺真, 相川達男, 山元公寿, 笹川和彦, 森浩亮, 藤﨑和弘, 桒原泰隆, 森崇充, 山下弘巳, 陳伝トウ, 古南博, 長澤浩, 北嶋武, 川戸祐一, 植竹裕太, 三好健太朗, 清野智史, 小山真司, 吉田朋子, 桒原彰太, 田中賢二, 岡本晃一, 波多野諒
  • Total Pages: 558
  • Publisher: 技術情報協会
  • ISBN: 9784861048623
• [Book] 触媒 (2020)
  • Author(s): 植竹裕太、櫻井英博
  • Total Pages: 7
  • Publisher: 触媒学会
• [Remarks] 櫻井研究室ホームページ
  • URL: https://www-chem.eng.osaka-u.ac.jp/~sakurai-lab/publications.html
• [Remarks] Researchmap
  • URL: https://researchmap.jp/yutauetake
• [Remarks] ORCiD
  • URL: https://orcid.org/my-orcid?orcid=0000-0002-4742-8085
• [Remarks] 大阪大学 櫻井研究室 ホームページ
  • URL: https://www-chem.eng.osaka-u.ac.jp/~sakurai-lab/
• [Patent(Industrial Property Rights)] ランタンシリケートの低温製造法 (2022)
  • Inventor(s): 植竹裕太、櫻井英博、布谷直義、今中信人
  • Industrial Property Rights Holder: 植竹裕太、櫻井英博、布谷直義、今中信人
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2022-035539
  • Filing Date: 2022