• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

電気化学的手法による遷移金属触媒のオンデマンド電子状態制御

Research Project

Project/Area Number 22K19022
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 33:Organic chemistry and related fields
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

岩井 智弘  東京大学, 大学院総合文化研究科, 講師 (30610729)

Project Period (FY) 2022-06-30 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Keywordsロタキサン / 電極触媒 / 光触媒 / 有機無機ハイブリッド材料 / コバルト / イリジウム / シクロデキストリン / 配位子 / 遷移金属錯体 / 電子状態 / 被覆共役分子 / 遷移金属触媒 / 電気化学 / 有機合成化学
Outline of Research at the Start

精密有機合成に有用な遷移金属錯体触媒では、配位子を介した金属中心の電子状態の制御が重要である。本研究では、電気化学的手法を用いて、金属錯体の電子状態をオンデマンドに制御可能な電極固定化触媒の創製を目的とする。電圧印可による金属錯体への直接的な電子効果を利用して、触媒活性の向上や特異な選択性の発現を目指す。本触媒設計法は、分子構造に依存した既存の方法とは異なり、電圧を触媒制御のパラメータとして取り入れる点が新しい。

Outline of Annual Research Achievements

昨年度までに、ジフェニルアセチレン側鎖に導入したメチル化シクロデキストリンからなる[1]ロタキサン型アジド-ホスホン酸分子を合成し、これが金属酸化物担体の表面修飾に有効な足場分子として機能することを明らかにしている。本年度は、この足場分子が、メチル化シクロデキストリンによる被覆構造に基づきアジド基周辺に十分な反応空間を提供し、望まない分子間相互作用を抑制する一方で、末端アルキン分子との銅触媒Huisgen環化付加反応における表面アジド基の高い変換効率を実現することを見出した。こうした固体表面での分子挙動は、高表面積を有する単結晶酸化亜鉛ナノワイヤまたは電気伝導性を有する酸化インジウムスズを担体に用いて、フーリエ変換赤外分光法、原子間力顕微鏡法、サイクリックボルタンメトリー法により確認された。さらに、この足場分子の不均一系触媒としての有用性を、コバルト(II)クロリン修飾フッ素ドープ酸化スズ電極を用いた電気触媒的酸素還元反応と、イリジウム(III)色素増感白金-酸化チタンナノ粒子を用いた光触媒的水素発生反応で示した。いずれの反応でもメチル化シクロデキストリンによる共役部位の被覆構造が重要であり、メチル化シクロデキストリンに代わりエチレングルコール側鎖を有する非被覆型足場分子を用いた場合よりも高い触媒回転数を示した。これら結果をまとめ、国際学術論文誌への投稿準備を進めている。以上の知見は、金属錯体の電子状態をオンデマンドに制御可能な電極固定化触媒の創製に資するものである。

また、当初の研究計画とは異なるが、[1]ロタキサン構造を有する分子性金属錯体触媒の開発にも取り組み、その2,2'-ビピリジン型配位子が可視光駆動ニッケル触媒クロスカップリングに対して優れた性能を示すことを見出した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究で開発した[1]ロタキサン型アジド-ホスホン酸が、金属錯体-担体間の電子移動プロセスを含む有機無機ハイブリッド型金属錯体触媒の足場分子として優れた性能を示すことを明らかにした。また、当初の研究計画とは異なるが、[1]ロタキサン構造を有する2,2'-ビピリジン配位子を新たに設計・合成し、その電子的および立体的性質を活かして可視光駆動ニッケル触媒の高活性化に成功した。

Strategy for Future Research Activity

開発した[1]ロタキサン型アジド-ホスホン酸を修飾電極触媒の足場分子として用い、電圧印加に伴う金属錯体触媒の性能の変化を評価する。反応には、クロスカップリングやC-H結合ホウ素化などを想定している。また、高い導電性を有するグラフェンを用いた修飾電極触媒の創製にも取り組む。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2024 2023 2022

All Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results)

  • [Presentation] 分子を超えた配位子設計と触媒機能の創出2024

    • Author(s)
      岩井智弘
    • Organizer
      第2回武蔵野大学薬学部化学系学術講演会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 金属酸化物表面修飾と水素発生光触媒における共役アンカー分子側鎖の効果2024

    • Author(s)
      徐盛浩・Qichun JIANG・小林厚志・正井宏・滝沢進也・岩井智弘・寺尾潤
    • Organizer
      日本化学会 第104春季年会 (2024)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Synthesis of an Insulated π-Conjugated Bipyridine Ligand and Its Applications in Luminescence and Catalysis2023

    • Author(s)
      Tomohiro Iwai, Jun Terao
    • Organizer
      the 16th International Conference on Cutting-Edge Organic Chemistry in Asia (ICCEOCA-16)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] An Insulated π-Conjugated 2,2’-Bipyridine: Enhanced Properties in Luminescent Materials and Metallaphotoredox Catalysis2023

    • Author(s)
      Tomohiro Iwai, Shinsuke Abe, Hiromichi V. Miyagishi, Hiroshi Masai, Shin-ya Takizawa, Jun Terao
    • Organizer
      The 15th International Kyoto Conference on New Aspects of Organic Chemistry (IKCOC-15)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Synthesis and Properties of Insulated π-Conjugated Bipyridine-Metal Complexes with a Linked Rotaxane Structure2023

    • Author(s)
      安部慎祐・宮岸拓路・正井宏・滝沢進也・岩井智弘・寺尾潤
    • Organizer
      第69回有機金属化学討論会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Synthesis and Photocatalytic Property of Organic-Inorganic Hybrid Ruthenium(II) Complexes with a Linked Rotaxane Structure2023

    • Author(s)
      Qichun Jiang, Yuka Imanishi, Hiromichi Miyagishi, Nobutaka Yoshimura, Atsushi Kobayashi, Hiroshi Masai, Shin-ya Takizawa, Tomohiro Iwai, Jun Terao
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 固体-分子ハイブリッド系による触媒デザイン2022

    • Author(s)
      岩井智弘
    • Organizer
      第130回触媒討論会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Development of Organic-Inorganic Hybrid Catalyst with Linked Rotaxane Structure via Click Strategy2022

    • Author(s)
      Qichun Jiang, Yuka Imanishi, Hiromichi V. Miyagishi, Hiroshi Masai, Tomohiro Iwai・Jun Terao
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] [1]ロタキサン型π共役リンカーを利用した有機無機ハイブリッド触媒の開発2022

    • Author(s)
      今西優果・姜琦春・宮岸拓路・正井宏・岩井智弘・寺尾潤
    • Organizer
      第12回CSJ化学フェスタ2022
    • Related Report
      2022 Research-status Report

URL: 

Published: 2022-07-05   Modified: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi