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Mechanism of Stereoselsctivity of Flexible Catalytic Reaction Systems

Publicly Offered Research

Project AreaScience on Function of Soft Molecular Systems by Cooperation of Theory and Experiment
Project/Area Number 16H00853
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionNara Institute of Science and Technology (2017)
Kindai University (2016)

Principal Investigator

畑中 美穂  奈良先端科学技術大学院大学, 研究推進機構, 特任准教授 (80616011)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2018-03-31
Project Status Discontinued (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
Fiscal Year 2017: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2016: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Keywords自動反応経路探索 / 不斉触媒 / 人工力誘起反応法 / 触媒 / 化学物理
Outline of Annual Research Achievements

本年度は、酵素を模倣して設計された亜鉛錯体を触媒とする不斉アルドール反応に着目した。多くの不斉触媒は不斉点近傍にかさ高い置換基を持ち、その置換基が基質の接近方向を制御することで立体選択性が発現するとされている。しかし、本触媒の場合、不斉点近傍の置換基がメチル基やエチル基のような小さなものでも、高い立体選択性が発現するという特徴がある。また、配位子の中でも亜鉛を取り囲む12員環の部分を15員環に変えることで、立体選択性がほとんど消失することも報告されているが、その機構は明らかになっていない。そこで、本触媒系の立体選択性発現機構を明らかにするため、自動反応経路探索(GRRM)を用いる解析を行った。
まず、亜鉛錯体の構造を調べるため、GRRMの一つである非調和下方歪追跡法を用いたコンフォメーションの探索を行ったところ、本錯体は非常に柔らかな構造を持ち、複数のコンフォマーが共存していることが分かった。また、多数のコンフォメーションが存在する理由が、配位子の12員環に対して亜鉛のイオン半径が小さ過ぎることにあると分かった。
得られたコンフォマーのうち、特に安定な4つの構造を触媒とした反応経路の探索を、GRRMのもう一つの方法、人工力誘起反応法を用いて行った。特に、立体選択性を決める炭素―炭素結合生成段階の遷移状態に着目し、網羅的に探索したところ、亜鉛錯体の配位子は基質の接近方向をほとんど制御しないが、基質の接近方向によって異なる水素結合を形成するために、遷移状態のエネルギーに差が生じ、一方の立体異性体のみが生成されやすくなっていることが分かった。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2017 2016

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 4 results)

  • [Journal Article] Cleavage of a P=P Double Bond Mediated by N-Hetrocyclic Carbenes2017

    • Author(s)
      N. Hayakawa, K. Sadamori, S. Tsujimoto, M. Hatanaka, T. Wakabayashi, T. Matsuo
    • Journal Title

      Angew. Chem. Int. Ed.

      Volume: 印刷中 Issue: 21 Pages: 5765-5769

    • DOI

      10.1002/anie.201701201

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Multinuclear Cobalt-salen Complexes with Phenylene Linker for Epoxide Polymerizations2017

    • Author(s)
      Y. Hiranoi, M. Hatanaka, K. Nakano
    • Journal Title

      J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem.

      Volume: 印刷中 Issue: 13 Pages: 2150-2159

    • DOI

      10.1002/pola.28590

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Organic linkers control the thermosensitivity of the emission intensities from Tb(III) and Eu(III) in a chameleon polymer2017

    • Author(s)
      M. Hatanaka, Y. Hirai, Y. Kitagawa, T. Nakanishi, Y. Hasegawa, K. Morokuma
    • Journal Title

      Chem. Sci.

      Volume: 8 Issue: 1 Pages: 423-429

    • DOI

      10.1039/c6sc03006h

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Computational SN2-Type Mechanism for the Difluoromethylation of Lithium Enolate with Fluoroform through Bimetallic C-F Bond Dual Activation2016

    • Author(s)
      K. Honda, T.V. Harris, M. Hatanaka, K. Morokuma, K. Mikami
    • Journal Title

      Chem. Eur. J.

      Volume: 22 Issue: 26 Pages: 8796-8800

    • DOI

      10.1002/chem.201601090

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Global Reaction Route Mapping Study on Asymmetric C-C Bond Formation2017

    • Author(s)
      Miho Hatanaka
    • Organizer
      4th Challenges in Computational Homogeneous Catalysis
    • Place of Presentation
      Nasby Slott, Stockholm, Sweden
    • Year and Date
      2017-06-15
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 不斉亜鉛触媒を用いるアルドール反応の立体選択性発現機構2017

    • Author(s)
      畑中美穂、日下部彩、青木伸
    • Organizer
      第20回 理論化学討論会
    • Place of Presentation
      京都大学時計台国際交流ホール (京都府京都市)
    • Year and Date
      2017-05-16
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 自動反応経路探索を用いる不斉触媒反応の機構解明と機械学習による解析2017

    • Author(s)
      畑中美穂
    • Organizer
      第11回 革新的量子化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      京都キャンパスプラザ (京都府京都市)
    • Year and Date
      2017-05-13
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 自動反応経路探索を用いる触媒・発光材料の機構解析と機械学習の利用2017

    • Author(s)
      ○畑中美穂
    • Organizer
      1st AICS materials informatics school
    • Place of Presentation
      理化学研究所計算科学研究機構、神戸
    • Year and Date
      2017-03-22
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Finding the key to determine the luminescent characteristics from the database of the quenching pathways of lanthanide luminescent materials2017

    • Author(s)
      ○Miho Hatanaka
    • Organizer
      日本化学会 第97春季年会 (2017)
    • Place of Presentation
      慶應義塾大学 日吉キャンパス、横浜
    • Year and Date
      2017-03-16
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] P=P double bond cleavage by N-heterocyclic carbenes2017

    • Author(s)
      Naoki Hayakawa, Kazuya Sadamori, Shota Tsujimoto, ○Miho Hatanaka, Tomonari Wakabayashi, Tsukasa Matsuo
    • Organizer
      第14回京都大学福井謙一記念研究センターシンポジウム
    • Place of Presentation
      京都大学福井謙一記念研究センター、京都
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Metal-free P=P bond cleavage by N-hetrocyclic carbenes. An experimental and computational study2016

    • Author(s)
      Shota Tsujimoto, Naoki Hayakawa, Kazuya Sadamori, ○Miho Hatanaka, Tomorari Wakabayashi, Tsukasa Matsuo
    • Organizer
      Japan-France-Spain Joint-Symposium on Theoretical and Computational Science of Complex Systems
    • Place of Presentation
      京都大学福井謙一記念研究センター、京都
    • Year and Date
      2016-10-26
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ランタノイド発光材料の消光過程に関する理論的研究2016

    • Author(s)
      ○畑中美穂
    • Organizer
      第10回分子科学討論会2016
    • Place of Presentation
      神戸ファッションマート、神戸
    • Year and Date
      2016-09-13
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] ランタノイド発光材料の消光経路のデータベース化と発光特性を決定する因子の抽出2016

    • Author(s)
      ○畑中美穂
    • Organizer
      第19回理論化学討論会
    • Place of Presentation
      早稲田大学 西早稲田キャンパス、東京
    • Year and Date
      2016-05-23
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 水中における不斉触媒反応の機構解析2016

    • Author(s)
      ○畑中美穂
    • Organizer
      化学反応経路探索のニューフロンティア2016
    • Place of Presentation
      京都教育文化センター、京都
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Invited

URL: 

Published: 2016-04-26   Modified: 2020-01-20  

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