金属錯体による可逆的ヘテロリシスに基づく水素の高活性化と水素貯蔵材料開発への展開

• Project Area: HYDROGENOMICS: Creation of Innovative Materials, Devices, and Reaction Processes using Higher-Order Hydrogen Functions
• Project/Area Number: 19H05053
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 藤田 健一 京都大学, 人間・環境学研究科, 教授 (80293843)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2019: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: 水素 / 金属錯体 / ヘテロリシス

Outline of Research at the Start

本研究の目的は、研究代表者がこれまで明らかにしてきた、金属錯体と機能性配位子の協働による水素分子の可逆的ヘテロリシスに関する理解を深化するとともに、この素反応を活用した有機分子の高速水素化反応ならびに高速脱水素化反応を触媒的に実現することである。さらに、上記の基盤成果を発展させ、これまでにない水素貯蔵系を構築し、使用しやすい水素貯蔵材料の開発へと発展させることに挑む。

Outline of Annual Research Achievements

新たな水素科学（ハイドロジェノミクス）の構築へ向けた取り組みの一環として、高度に活性化された水素を創出する基礎原理を確立し、その理解を深化させることは極めて重要といえる。そして、高活性化された水素を活用する新規物質変換プロセスを開発し、反応化学のみならず、材料科学や斬新なデバイス設計へと波及させていくことが、本新学術領域における大きな課題である。
本研究の目的は、研究代表者がこれまで明らかにしてきた、金属錯体と機能性配位子の協働による水素分子の可逆的ヘテロリシスに関する理解を深化し、この素反応を活用する水素貯蔵系の構築や、水素応答性材料の開発に取り組むことである。
本年度は、既に開発していた水素分子のヘテロリシス開裂を速やかに進行させるイリジウム錯体を活用し、水素の可視化技術への展開について調査した。その結果、鉄鋼材料中を透過する水素を検出するための新たな手法の確立に成功し、簡素なデジタルカメラ等を用いるだけで定量性を備えて水素を可視化することに成功した。
また、フルオレノール部位を含有する高分子化合物を水素貯蔵材料として用い、イリジウム錯体触媒による可逆的な脱水素化と水素化によって、新たな有機ハイドライド水素貯蔵システムを構築することにも成功した。
これらはいずれも、本新学術領域内の分野融合的共同研究によって得られた成果であり、研究領域を異にする研究者間の有機的連携により、水素科学の総合的理解、すなわち新しい学理の構築に大いに貢献するものといえる。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Hydrogen Production from Methanol‐Water Mixture over Immobilized Iridium Complex Catalysts in Vapor‐Phase Flow Reaction (2021)
  • Author(s): Yamaguchi Sho、Maegawa Yoshifumi、Fujita Ken‐ichi、Inagaki Shinji
  • Journal Title: ChemSusChem Volume: 14 Issue: 4 Pages: 1074-1081
  • DOI: 10.1002/cssc.202002557
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dimethylamination of Primary Alcohols Using a Homogeneous Iridium Catalyst: A Synthetic Method for N,N-Dimethylamine Derivatives (2021)
  • Author(s): Jeong Jaeyoung、Fujita Ken-ichi
  • Journal Title: The Journal of Organic Chemistry Volume: 86 Issue: 5 Pages: 4053-4060
  • DOI: 10.1021/acs.joc.0c02896
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hydrogen production from cellulose catalyzed by an iridium complex in ionic liquid under mild conditions (2021)
  • Author(s): Toyooka Genki、Tanaka Toshiki、Kitayama Kenji、Kobayashi Naoko、Watanabe Takashi、Fujita Ken-ichi
  • Journal Title: Catalysis Science & Technology Volume: 11 Issue: 6 Pages: 2273-2279
  • DOI: 10.1039/d0cy02419h
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of Dicarboxylic Acids from Aqueous Solutions of Diols with Hydrogen Evolution Catalyzed by an Iridium Complex (2020)
  • Author(s): Toyooka Genki、Fujita Ken‐ichi
  • Journal Title: ChemSusChem Volume: 13 Issue: 15 Pages: 3820-3824
  • DOI: 10.1002/cssc.202001052
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Recent Advances in Homogeneous Catalysis via Metal?Ligand Cooperation Involving Aromatization and Dearomatization (2020)
  • Author(s): Shimbayashi Takuya、Fujita Ken-ichi
  • Journal Title: Catalysts Volume: 10 Issue: 6 Pages: 635-635
  • DOI: 10.3390/catal10060635
  • NAID: 120006996970
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Anti-Markovnikov Hydroamination of Alkenes with Aqueous Ammonia by Metal-Loaded Titanium Oxide Photocatalyst (2020)
  • Author(s): Park Soyeong、Jeong Jaeyoung、Fujita Ken-ichi、Yamamoto Akira、Yoshida Hisao
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 142 Issue: 29 Pages: 12708-12714
  • DOI: 10.1021/jacs.0c04598
  • NAID: 120006876585
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Application of an iridium complex for detecting hydrogen permeation through pure iron (2020)
  • Author(s): Ajito Saya、Hojo Tomohiko、Koyama Motomichi、Fujita Ken-ichi、Akiyama Eiji
  • Journal Title: International Journal of Hydrogen Energy Volume: 45 Issue: 46 Pages: 25580-25586
  • DOI: 10.1016/j.ijhydene.2020.06.113
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Polymer Sheet‐Based Hydrogen Carrier (2020)
  • Author(s): Kouki Oka; Yusuke Kaiwa; Miho Kataoka; Ken‐ichi Fujita; Kenichi Oyaizu
  • Journal Title: European Journal of Organic Chemistry Volume: 36 Issue: 36 Pages: 5876-5879
  • DOI: 10.1002/ejoc.202001004
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Iridium-Catalyzed C-Alkylation of Methyl Group on N-Heteroaromatic Compounds using Alcohols (2020)
  • Author(s): Onoda Mitsuki、Fujita Ken-ichi
  • Journal Title: Organic Letters Volume: 22 Issue: 18 Pages: 7295-7299
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.0c02635
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Iridium Complex Immobilized on Custom-Designed Periodic Mesoporous Organosilica as Reusable Catalyst for the Dehydrogenative Oxidation of Alcohols (2020)
  • Author(s): Shimizu, M.; Michikawa, K.; Maegawa, Y.; Inagaki, S.; Fujita, K.
  • Journal Title: ACS Appl. Nano Mater. Volume: 3 Issue: 3 Pages: 2527-2535
  • DOI: 10.1021/acsanm.9b02607
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Metal-Catalyzed Hydrogenation and Dehydrogenation Reactions for Efficient Hydrogen Storage (2020)
  • Author(s): Shimbayashi, T.; Fujita, K.
  • Journal Title: Tetrahedron Volume: 76 Issue: 11 Pages: 130946-130946
  • DOI: 10.1016/j.tet.2020.130946
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Iridium-Catalyzed Transfer Hydrogenation of Ketones and Aldehydes Using Glucose as a Sustainable Hydrogen Donor (2019)
  • Author(s): Yoshida, M.; Hirahata, R.; Inoue, T.; Shimbayashi, T.; Fujita, K.
  • Journal Title: Catalysts Volume: 9 Issue: 6 Pages: 503-503
  • DOI: 10.3390/catal9060503
  • NAID: 120006786925
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effect of a Substituent in Cyclopentadienyl Ligand on Iridium-Catalyzed Acceptorless Dehydrogenation of Alcohols and 2-Methyl-1,2,3,4-tetrahydroquinoline (2019)
  • Author(s): Jeong, J.; Shimbayashi, T.; Fujita, K.
  • Journal Title: Catalysts Volume: 9 Issue: 10 Pages: 846-846
  • DOI: 10.3390/catal9100846
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Iridium-Catalyzed Dehydrogenative Lactonization of 1,4-Butanediol and Reversal Hydrogenation: New Hydrogen Storage System Using Cheap Organic Resources (2019)
  • Author(s): Onoda, M.; Nagano, Y.; Fujita, K.
  • Journal Title: Int. J. Hydrogen Energy Volume: 44 Issue: 53 Pages: 28514-28520
  • DOI: 10.1016/j.ijhydene.2019.03.219
  • Peer Reviewed
• [Presentation] イリジウム錯体触媒による含窒素複素環上のメチル基のアルコールによるC-C結合形成反応 (2021)
  • Author(s): 小野田光貴, 藤田健一
  • Organizer: 日本化学会第101春季年会
• [Presentation] 含窒素複素環カルベン配位子を有するイリジウム触媒を用いたアルコールの高効率的ジメチルアミノ化反応 (2021)
  • Author(s): 丁在瑛, 藤田健一
  • Organizer: 日本化学会第101春季年会
• [Presentation] 金属錯体による水素の高活性化 －水素社会の基盤技術開発を目指して－ (2021)
  • Author(s): 藤田健一
  • Organizer: 日本化学会第101春季年会
• [Presentation] イリジウム錯体触媒による含窒素複素環メチル基のアルコールによるC-アルキル化反応 (2020)
  • Author(s): 小野田光貴, 藤田健一
  • Organizer: 第9回JACI/GSCシンポジウム
• [Presentation] 実用化を目指したイリジウム錯体触媒を用いる2,5-ジメチルピペラジンの高速脱水素化反応 (2020)
  • Author(s): 丁在瑛, 藤田健一
  • Organizer: 第9回JACI/GSCシンポジウム
• [Presentation] 水素の発生を伴う水中でのジオールからのジカルボン酸合成 (2020)
  • Author(s): 豊岡源基, 藤田健一
  • Organizer: 第9回JACI/GSCシンポジウム
• [Presentation] イリジウム触媒を用いた脱水素化反応における触媒活性評価と触媒再利用の検討 (2020)
  • Author(s): 桑葉達広, 安村優澄, 藤田健一
  • Organizer: 第10回CSJ化学フェスタ2020
• [Presentation] ビピリドナート配位子を持つイリジウム錯体の金属-配位子協働作用による水素分子のヘテロリシス型活性化および逆反応 (2020)
  • Author(s): 早﨑直哉, キョウコウツウ, 藤田健一
  • Organizer: 第10回CSJ化学フェスタ2020
• [Presentation] 機能性配位子を有する新規ルテニウム錯体の合成と脱水素化反応における活性評価 (2020)
  • Author(s): 伊東初, 清水嶺之, 新林卓也, 藤田健一
  • Organizer: 第10回CSJ化学フェスタ2020
• [Presentation] イリジウム錯体触媒を用いた含窒素複素環上のメチル基におけるアルコールによるアルキル化反応 (2020)
  • Author(s): 小野田光貴, 藤田健一
  • Organizer: 第10回CSJ化学フェスタ2020
• [Presentation] イリジウム触媒を用いる環境調和性に優れたジメチルアミン誘導体の合成反応 (2020)
  • Author(s): 丁在瑛, 藤田健一
  • Organizer: 第10回CSJ化学フェスタ2020
• [Presentation] 機能性高分子配位子を持つイリジウム触媒によるアルコールの脱水素化反応 (2020)
  • Author(s): 久野太希, 丁在瑛, 森田柊平, 森崎泰弘, 藤田健一
  • Organizer: 第10回CSJ化学フェスタ2020
• [Presentation] イリジウム錯体の触媒的脱水素化能を活用する水素製造ならびに貯蔵法の開発 (2020)
  • Author(s): 藤田健一
  • Organizer: 大阪市立大学大学院理学研究科物質分子系専攻談話会
  • Invited
• [Presentation] Delopment of Efficient Systems for Hydrogen Production Based on Catalytic Activity of Iridium Complexes in Dehydrogenative Reactions (2020)
  • Author(s): Fujita, K.
  • Organizer: 1st International Symposium “Hydrogenomics” combined with 14th International Symposium Hydrogen & Energy
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Transfer Hydrogenation of Carbonyl Compounds Catalyzed by Cp*Iridium Complex Bearing a Functional Ligand Using Glucose as a Sustainable Hydrogen Donor (2020)
  • Author(s): Yoshida, M.; Hirahata, R.; Inoue, T.; Shimbayashi, T.; Fujita, K.
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
• [Presentation] Synthesis of Dicarboxylic Acids by Iridium-Catalyzed Dehydrogenation of Aqueous Solution of Diols (2020)
  • Author(s): Fujita, K.; Toyooka, G.
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
• [Presentation] Iridium Complex-Catalyzed Rapid Dehydrogenation of 2,5-Dimethylpiperazine (2020)
  • Author(s): Jeong, J.; Fujita, K.
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
• [Presentation] 触媒的脱水素化に基づく効率的有機合成ならびに水素製造と貯蔵 (2019)
  • Author(s): 藤田健一
  • Organizer: ファインケミカルズ合成触媒研究会セミナー
  • Invited
• [Presentation] Development of Efficient Systems for Hydrogen Production Based on Catalytic Activity of Iridium Complexes in Dehydrogenative Reactions (2019)
  • Author(s): Fujita, K.
  • Organizer: International Congress on Pure & Applied Chemistry Yangon
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Synthesis of Acetic Acid Based on Dehydrogenation of an Ethanol-Water Solution Catalyzed by an Iridium Complex Bearing a Functional Ligand (2019)
  • Author(s): Fujita, K.
  • Organizer: The 2nd Japan Germany Singapore Trilateral Symposium on Precision Synthesis and Catalysis
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] アルコール類を原料とする高効率水素製造触媒系の開発 (2019)
  • Author(s): 藤田健一
  • Organizer: あいち産業科学技術総合センター産業技術センターセミナー
  • Invited
• [Presentation] Sustainable Hydrogen Production Based on Dehydrogenation of Alcoholic Substrates in Water Catalyzed by Iridium Complexes Bearing a Functional Ligand (2019)
  • Author(s): Fujita, K.
  • Organizer: The 47th Naito Conference on C-H Bond Activation and Transformation
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Synthesis of 2-Methylquinoxaline Derivatives from Glycerol and Diamines Catalyzed by Iridium Complex (2019)
  • Author(s): Enomoto, A.; Tanaka, T.; Inoue, T.; Shimbayashi, T.; Fujita, K.
  • Organizer: 27th International Society of Heterocyclic Chemistry Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Hydrogen Production Based on Catalytic Activity of Iridium Complexes in Dehydrogenative Reactions (2019)
  • Author(s): Fujita, K.
  • Organizer: The 2nd JGP Chem & ChemEn International Workshop: Sustainability-Oriented Organic Synthesis
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Synthesis of 2-Methylquinoxaline Derivatives from Glycerol and Diamines Catalyzed by Iridium Complex (2019)
  • Author(s): Enomoto, A.; Tanaka, T.; Fujita, K.
  • Organizer: 4th International Symposium on Precisely Designed Catalysts with Customized Scaffolding
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Iridium-Catalyzed Rapid Conversion of 2,5-Dimethylpiperazine into 2,5-Dimethylpyrazine Accompanying the Evolution of Hydrogen (2019)
  • Author(s): Jeong, J.; Fujita, K.
  • Organizer: 4th International Symposium on Precisely Designed Catalysts with Customized Scaffolding
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 機能性PMOとイリジウム錯体の協働効果に基づく触媒的脱水素化反応 (2019)
  • Author(s): 清水嶺之, 道川功実子, 前川佳史, 稲垣伸二, 藤田健一
  • Organizer: 第8回JACI/GSCシンポジウム
• [Presentation] 電子的及び立体的特性の異なるシクロペンタジエニル配位子を持つイリジウム錯体を用いた脱水素化反応 (2019)
  • Author(s): 丁在瑛, 新林卓也, 藤田健一
  • Organizer: 第8回JACI/GSCシンポジウム
• [Presentation] 機能性PMOに固定化されたイリジウム錯体によるアルコールの触媒的脱水素化 (2019)
  • Author(s): 清水嶺之, 道川功実子, 前川佳史, 稲垣伸二, 藤田健一
  • Organizer: 第66回有機金属化学討論会
• [Presentation] 電子的及び立体的特性が異なるCp配位子を有するイリジウム触媒の合成と脱水素化反応における活性調査 (2019)
  • Author(s): 丁在瑛, 新林卓也, 藤田健一
  • Organizer: 錯体化学会第69回討論会
• [Presentation] Synthesis of Dicarboxylic Acids from Diols Accompanying the Evolution of Hydrogen Catalyzed by an Iridium Complex Bearing a Functional Bipyridonate Ligand (2019)
  • Author(s): Toyooka, G.; Fujita, K.
  • Organizer: The 69th Conference of Japan Society of Coordination Chemistry
• [Presentation] イリジウム錯体触媒を用いる2,5-ジメチルピペラジンの高速脱水素化反応 (2019)
  • Author(s): 丁在瑛, 新林卓也, 藤田健一
  • Organizer: 第9回CSJ化学フェスタ2019
• [Presentation] イリジウム錯体の触媒的脱水素化機能に基づく効率的水素製造法の開発 (2019)
  • Author(s): 藤田健一
  • Organizer: 第13回物性科学領域横断研究会
• [Book] Iridium-Catalyzed Dehydrogenative Reactions, Topics in Organometallic Chemistry (2021)
  • Author(s): Shimbayashi Takuya、Fujita Ken-ichi
  • Total Pages: 464
  • Publisher: Springer
  • ISBN: 9783030690830
• [Patent(Industrial Property Rights)] 水素の製造方法 (2020)
  • Inventor(s): 藤田健一、北山健司
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人京都大学、株式会社ダイセル
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2020-032631
  • Filing Date: 2020