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2019 Fiscal Year Annual Research Report

触媒的窒素固定反応における超触媒の開発と機構解明

Research Project

Project/Area Number 17H01201
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

西林 仁昭  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (40282579)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Keywordsアンモニア / 窒素ガス / 水 / ヨウ化サマリウム / ホスフィン
Outline of Annual Research Achievements

2019年度は、開発に成功した架橋窒素分子の切断反応を鍵段階として進行する新しい反応経路による触媒的アンモニア生成反応に関する研究成果を踏まえて、これまで比較的高価で合成する必要があった還元剤やプロトン源を、安価で入手容易な化合物を用いた新たな反応系の開発に取り組んだ。特にプロトン源としては、従来の反応系では窒素錯体との反応で容易に対応するオキソ錯体が生成することが知られている水を適用し、還元剤としては一電子還元剤として有機合成化学の分野で古くから利用されてきた二ヨウ化サマリウムを用いた触媒的アンモニア合成反応の検討を行った。その結果、短時間で超高速的にアンモニアが生成することを見いだした。モリブデン錯体の配位子としては、既に開発済のPCP型ピンサー配位子が最も有効であった。これらに加えて、古くから補助配位子として利用しされてきた単座ホスフィンや二座ホスフィン等の単純な配位子でも適用可能であることを新しく見いだした。触媒能はPCP型ピンサー配位子を用いた場合に比べて低い値に留まったが。古典的な反応経路であるチャットサイクルで触媒的アンモニア生成が進行していることを示す興味深い研究成果である。また、PCP型ピンサー配位子を有するモリブデン錯体を用いた触媒的アンモニア生成反応においては、反応のスケールアップの検討を同時に行った。1Lフラスコを利用したスケールで触媒的アンモニア生成反応を行い、90%に迫る高収率でアンモニウム塩が得られることを確認する事に成功した。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (62 results)

All 2020 2019 Other

All Journal Article (17 results) (of which Peer Reviewed: 17 results) Presentation (43 results) (of which Int'l Joint Research: 11 results,  Invited: 11 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Synthesis of 1,2,4-azadiphosphole derivatives based on vanadium-catalyzed [2+2+1] cycloaddition reactions of azobenzenes with phosphaalkynes2020

    • Author(s)
      Liang Wenbin、Nakajima Kazunari、Nishibayashi Yoshiaki
    • Journal Title

      RSC Advances

      Volume: 10 Pages: 12730~12733

    • DOI

      10.1039/D0RA02503H

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Overviews of the Preparation and Reactivity of Transition Metal-Dinitrogen Complexes2019

    • Author(s)
      Tanabe Yoshiaki、Nishibayashi Yoshiaki
    • Journal Title

      Transition Metal-Dinitrogen Complexes: Preparation and Reactivity

      Volume: 00 Pages: 1~77

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Recent advances in catalytic silylation of dinitrogen using transition metal complexes2019

    • Author(s)
      Tanabe Yoshiaki、Nishibayashi Yoshiaki
    • Journal Title

      Coordination Chemistry Reviews

      Volume: 389 Pages: 73~93

    • DOI

      10.1016/j.ccr.2019.03.004

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Copper‐Catalyzed [3+2] Cycloaddition Reactions of Isocyanoacetates with Phosphaalkynes to Prepare 1,3‐Azaphospholes2019

    • Author(s)
      Liang Wenbin、Nakajima Kazunari、Sakata Ken、Nishibayashi Yoshiaki
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 58 Pages: 1168~1173

    • DOI

      10.1002/anie.201812779

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effect of substituents on molybdenum triiodide complexes bearing PNP-type pincer ligands toward catalytic nitrogen fixation2019

    • Author(s)
      Itabashi Takayuki、Mori Ikki、Arashiba Kazuya、Eizawa Aya、Nakajima Kazunari、Nishibayashi Yoshiaki
    • Journal Title

      Dalton Transactions

      Volume: 48 Pages: 3182~3186

    • DOI

      10.1039/C8DT04975K

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Synthesis and Catalytic Reactivity of Polystyrene-supported Molybdenum Pincer Complexes toward Ammonia Formation2019

    • Author(s)
      Arashiba Kazuya、Itabashi Takayuki、Nakajima Kazunari、Nishibayashi Yoshiaki
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 48 Pages: 693~695

    • DOI

      10.1246/cl.190193

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Catalytic Reactivity of Molybdenum-Trihalide Complexes Bearing PCP‐Type Pincer Ligands2019

    • Author(s)
      Eizawa Aya、Arashiba Kazuya、Egi Akihito、Tanaka Hiromasa、Nakajima Kazunari、Yoshizawa Kazunari、Nishibayashi Yoshiaki
    • Journal Title

      Chemistry An Asian Journal

      Volume: 14 Pages: 2091~2096

    • DOI

      10.1002/asia.201900496

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Catalytic C-H Borylation Using Iron Complexes Bearing 4,5,6,7‐Tetrahydroisoindol‐2‐ide‐Based PNP‐Type Pincer Ligand2019

    • Author(s)
      Kato Takeru、Kuriyama Shogo、Nakajima Kazunari、Nishibayashi Yoshiaki
    • Journal Title

      Chemistry An Asian Journal

      Volume: 14 Pages: 2097~2101

    • DOI

      10.1002/asia.201900501

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Molybdenum-catalysed ammonia production with samarium diiodide and alcohols or water2019

    • Author(s)
      Ashida Yuya、Arashiba Kazuya、Nakajima Kazunari、Nishibayashi Yoshiaki
    • Journal Title

      Nature

      Volume: 568 Pages: 536~540

    • DOI

      10.1038/s41586-019-1134-2

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Catalytic Water Oxidation Reaction with Use of Triarylaminium Radicals as Single-electron Oxidants and Pyridines as Bases2019

    • Author(s)
      Toda Hiroki、Nakajima Kazunari、Nishibayashi Yoshiaki
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 48 Pages: 1006~1008

    • DOI

      10.1246/cl.190333

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Alkylation Reactions of Azodicarboxylate Esters with 4-Alkyl-1,4-Dihydropyridines under Catalyst-Free Conditions2019

    • Author(s)
      Nakajima Kazunari、Zhang Yulin、Nishibayashi Yoshiaki
    • Journal Title

      Organic Letters

      Volume: 21 Pages: 4642~4645

    • DOI

      10.1021/acs.orglett.9b01537

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Synthesis and Catalytic Reactivity of Bis(molybdenum-trihalide) Complexes Bridged by Ferrocene Skeleton toward Catalytic Nitrogen Fixation2019

    • Author(s)
      Itabashi Takayuki、Arashiba Kazuya、Tanaka Hiromasa、Konomi Asuka、Eizawa Aya、Nakajima Kazunari、Yoshizawa Kazunari、Nishibayashi Yoshiaki
    • Journal Title

      Organometallics

      Volume: 38 Pages: 2863~2872

    • DOI

      10.1021/acs.organomet.9b00263

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Copper-catalysed enantioselective intramolecular etherification of propargylic esters: synthetic approach to chiral isochromans2019

    • Author(s)
      Liu Shiyao、Nakajima Kazunari、Nishibayashi Yoshiaki
    • Journal Title

      RSC Advances

      Volume: 9 Pages: 18918~18922

    • DOI

      10.1039/c9ra03880a

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Molybdenum-Catalyzed Ammonia Formation Using Simple Monodentate and Bidentate Phosphines as Auxiliary Ligands2019

    • Author(s)
      Ashida Yuya、Arashiba Kazuya、Tanaka Hiromasa、Egi Akihito、Nakajima Kazunari、Yoshizawa Kazunari、Nishibayashi Yoshiaki
    • Journal Title

      Inorganic Chemistry

      Volume: 58 Pages: 8927~8932

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.9b01340

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Practical Synthesis of Ammonia from Nitrogen Gas, Samarium Diiodide and Water Catalyzed by a Molybdenum?PCP Pincer Complex2019

    • Author(s)
      Ashida Yuya、Kondo Shoichi、Arashiba Kazuya、Kikuchi Takamasa、Nakajima Kazunari、Kakimoto Seizo、Nishibayashi Yoshiaki
    • Journal Title

      Synthesis

      Volume: 51 Pages: 3792~3795

    • DOI

      10.1055/s-0039-1690151

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ruthenium-catalysed oxidative conversion of ammonia into dinitrogen2019

    • Author(s)
      Nakajima Kazunari、Toda Hiroki、Sakata Ken、Nishibayashi Yoshiaki
    • Journal Title

      Nature Chemistry

      Volume: 11 Pages: 702~709

    • DOI

      10.1038/s41557-019-0293-y

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Catalytic reduction of dinitrogen to tris(trimethylsilyl)amine using rhodium complexes with a pyrrole-based PNP-type pincer ligand2019

    • Author(s)
      Kawakami Ryosuke、Kuriyama Shogo、Tanaka Hiromasa、Arashiba Kazuya、Konomi Asuka、Nakajima Kazunari、Yoshizawa Kazunari、Nishibayashi Yoshiaki
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 55 Pages: 14886~14889

    • DOI

      10.1039/C9CC06896A

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] PNP型ピンサー配位子を有するモリブデン触媒を用いた水をプロトン源とした触媒的アンモニア合成反応における置換基効果2020

    • Author(s)
      光本泰知, 芦田裕也, 荒芝和也, 栗山翔吾, 中島一成, 西林仁昭
    • Organizer
      日本化学会第100春季年会2020
  • [Presentation] ピンサー配位子を有する二核モリブデン錯体による窒素固定触媒サイクルの理論的研究2020

    • Author(s)
      江木晃人, 田中宏昌, 許斐明日香, 西林仁昭, 吉澤一成
    • Organizer
      日本化学会第100春季年会2020
  • [Presentation] ピロール骨格PNP型ピンサー配位子を有するモリブデン錯体の合成と反応性2020

    • Author(s)
      田辺資明, 関口義也, 栗山翔吾, 中島一成, 西林仁昭
    • Organizer
      日本化学会第100春季年会2020
  • [Presentation] クロム錯体を用いた温和な条件での触媒的アンモニア合成法の開発2020

    • Author(s)
      芦田裕也, 西林仁昭
    • Organizer
      日本化学会第100春季年会2020
  • [Presentation] Ruthenium-Catalyzed Enantioselective Propargylic Reduction of Propargylic Alcohols with Hantzsch Esters2020

    • Author(s)
      DING, Haowei; NAKAJIMA, Kazunari; SAKATA, Ken; NISHIBAYASHI, Yoshiaki
    • Organizer
      日本化学会第100春季年会2020
  • [Presentation] Ruthenium-Catalyzed Enantioselective Propargylic Substitution Reactions with Phosphine Oxides2020

    • Author(s)
      LIU, Shiyao; TANABE, Yoshiaki; KURIYAMA, Shogo; SAKATA, Ken; NISHIBAYASHI, Yoshiaki
    • Organizer
      日本化学会第100春季年会2020
  • [Presentation] 光誘起電子移動を鍵とするアンモニア酸化反応の開発2020

    • Author(s)
      染森皓介, 戸田広樹, 中島一成, 西林仁昭
    • Organizer
      日本化学会第100春季年会2020
  • [Presentation] Palladium- and Photoredox-Catalyzed Alkylation-Cyclization Reactions of Iodoalkylalkenes with 4-Alkyl-1,4-dihydropyridines2020

    • Author(s)
      ZHANG, Yulin; NAKAJIMA, Kazunari; NISHIBAYASHI, Yoshiaki
    • Organizer
      日本化学会第100春季年会2020
  • [Presentation] Catalytic Nitrogen Fixation Using Rhenium-Dinitrogen Complexes Bearing PNP Pincer Ligands2020

    • Author(s)
      MENG, Fanqiang; KURIYAMA, Shogo; NAKAJIMA, Kazunari; NISHIBAYASHI, Yoshiaki
    • Organizer
      日本化学会第100春季年会2020
  • [Presentation] Synthesis and Reactivity of Manganese Complexes Bearing Anionic Pincer Ligands toward Nitrogen Fixation2020

    • Author(s)
      WEI, Shenglan; KURIYAMA, Shogo; NAKAJIMA, Kazunari; NISHIBAYASHI, Yoshiaki
    • Organizer
      日本化学会第100春季年会2020
  • [Presentation] Manganese-catalyzed oxidative conversion of ammonia into dinitrogen2020

    • Author(s)
      TODA, Hiroki; NAKAJIMA, Kazunari; SAKATA, Ken; NISHIBAYASHI, Yoshiaki
    • Organizer
      日本化学会第100春季年会2020
  • [Presentation] ハーバー・ボッシュ法を超えるアンモニア合成法への挑戦2020

    • Author(s)
      西林仁昭
    • Organizer
      筑波大学理工学群化学類講演会
    • Invited
  • [Presentation] ハーバー・ボッシュ法を超えるアンモニア合成法への挑戦2020

    • Author(s)
      西林仁昭
    • Organizer
      特許庁技術研修
    • Invited
  • [Presentation] ハーバー・ボッシュ法を超えるアンモニア合成法への挑戦 「窒素社会」の実現に向けて2020

    • Author(s)
      西林仁昭
    • Organizer
      応用化学科談話会
    • Invited
  • [Presentation] ハーバー・ボッシュ法を超えるアンモニア合成法への挑戦2020

    • Author(s)
      西林仁昭
    • Organizer
      分子研コロキウム
    • Invited
  • [Presentation] ハーバー・ボッシュ法を超えるアンモニア合成法への挑戦2020

    • Author(s)
      西林仁昭
    • Organizer
      豊田工業大学シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] Ruthenium-Catalyzed Oxidative Conversion of Ammonia into Dinitrogen2019

    • Author(s)
      Hiroki Toda, Kazunari Nakajima, Ken Sakata, Yoshiaki Nishibayashi
    • Organizer
      Nature 150th Anniversary Sympodium
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] レニウム窒素錯体を用いた窒素分子からの触媒的アンモニアおよびシリルアミン生成反応の開発2019

    • Author(s)
      孟凡強,栗山翔吾,中島一成, 西林仁昭
    • Organizer
      第8回JACI/GSCシンポジウム
  • [Presentation] 4-アルキル-1,4-ジヒドロピリジンをアルキル化試薬として用いたアゾジカルボン酸エステルとのアミノ化反応の開発2019

    • Author(s)
      張煜林, 中島一成, 西林仁昭
    • Organizer
      第8回JACI/GSCシンポジウム
  • [Presentation] Synthesis and Catalytic Reactivity of Dimolybdenum Trihalide Complexes Bridged by Ferrocene Skeleton toward Catalytic Nitrogen Fixation2019

    • Author(s)
      Takayuki Itabashi, Kazuya Arashiba, Hiromasa Tanaka, Akihito Egi, Aya Eizawa, Kazunari Nakajima, Kazunari Yoshizawa, Yoshiaki Nishibayashi
    • Organizer
      The 20th IUPAC International Symposium on Organometallic Chemistry Directed Towards Organic Synthesis
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Ammonia Formation with Alcohols and Water as Proton Sources by Using Molybdenum Catalysts2019

    • Author(s)
      Yuya Ashida, Kazuya Arashiba, Kazunari Nakajima, Yoshiaki Nishibayashi
    • Organizer
      The 20th IUPAC International Symposium on Organometallic Chemistry Directed Towards Organic Synthesis
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Copper-catalyzed enantioselective intramolecular etherification of propargylic esters: Synthetic approach to chiral isochromans2019

    • Author(s)
      Shiyao Liu, Kazunari Nakajima, Yoshiaki Nishibayashi
    • Organizer
      The 20th IUPAC International Symposium on Organometallic Chemistry Directed Towards Organic Synthesis
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Synthesis of 1,3-Azaphospholes Based on Copper-Catalyzed [3+2] Cycloaddition Reactions of Phosphaalkynes with Isocyanoacetates2019

    • Author(s)
      Wenbin Liang, Kazunari Nakajima, Ken Sakata, Yoshiaki Nishibayashi
    • Organizer
      The 20th IUPAC International Symposium on Organometallic Chemistry Directed Towards Organic Synthesis
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Ruthenium-Catalyzed Oxidative Conversion of Ammonia into Dinitrogen2019

    • Author(s)
      Hiroki Toda, Kazunari Nakajima, Ken Sakata, Yoshiaki Nishibayashi
    • Organizer
      The 20th IUPAC International Symposium on Organometallic Chemistry Directed Towards Organic Synthesis
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] モリブデン錯体を触媒とした直接的 N≡N 結合切 断による窒素固定機構の理論的研究2019

    • Author(s)
      田中宏昌, 荒芝和也, 永澤彩, 中島一成, 西林仁昭, 吉澤一成
    • Organizer
      第66回有機金属化学討論会
  • [Presentation] 銅触媒を用いたプロパルギルエステルのエナンチオ選択的分子内エーテル化反応2019

    • Author(s)
      劉詩堯, 中島一成, 西林 仁昭
    • Organizer
      第66回有機金属化学討論会
  • [Presentation] ルテニウム触媒を用いたアンモニア酸化反応に関するDFT計算2019

    • Author(s)
      坂田 健, 戸田 広樹, 中島 一成, 西林 仁昭
    • Organizer
      第13回分子科学討論会
  • [Presentation] PNP 型ピンサー配位子を有するロジウム窒素錯体を用いた窒素分子の触媒的シリル化反応2019

    • Author(s)
      川上亮祐, 荒芝和也, 栗山翔吾, 中島一成, 西林仁昭
    • Organizer
      第23回ケイ素化学協会シンポジウム
  • [Presentation] ルテニウム錯体を用いた触媒的なアンモニア酸化反応2019

    • Author(s)
      戸田 広樹, 中島 一成, 坂田 健, 西林 仁昭
    • Organizer
      第52回酸化反応討論会
  • [Presentation] Catalytic Reduction of Dinitrogen to Ammonia and N(SiMe3)3 Using Rhenium Complexes2019

    • Author(s)
      Fanqiang Meng, Shogo Kuriyama, Kazunari Nakajima, Yoshiaki Nishibayashi
    • Organizer
      4th International Symposium on Precisely Designed Catalysts with Customized Scaffolding
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] モリブデン触媒を用いたアルコール及び水をプロトン源とするアンモニア合成反応の開発2019

    • Author(s)
      芦田裕也, 荒芝和也, 中島一成, 西林 仁昭
    • Organizer
      第66回有機金属化学討論会
  • [Presentation] モリブデン錯体を用いたアルコール及び水をプロトン源とする触媒的アンモニア合成反応の開発2019

    • Author(s)
      芦田裕也, 荒芝和也, 中島一成, 西林仁昭
    • Organizer
      第124回触媒討論会
  • [Presentation] Nickel- and Photoredox-Catalyzed Alkylation Cyclization Reactions of Alkynes with 4-Alkyl-1,4-dihydropyridines2019

    • Author(s)
      Yulin Zhang, Kazunari, Nakajima, Yoshiaki Nishibayashi
    • Organizer
      錯体化学会 第69回討論会
  • [Presentation] Ruthenium-Catalyzed Oxidative Conversion of Ammonia into Dinitrogen2019

    • Author(s)
      Hiroki Toda, Kazunari Nakajima, Ken Sakata, Yoshiaki Nishibayashi
    • Organizer
      錯体化学会 第69回討論会
  • [Presentation] Synthesis of heterophospholes based on transition metal catalyzed cycloaddition reactions2019

    • Author(s)
      Wenbin Liang, Kazunari Nakajima, Yoshiaki Nishibayashi
    • Organizer
      錯体化学会 第69回討論会
  • [Presentation] 水をプロトン源とする触媒的アンモニア合成反応における置換基効果2019

    • Author(s)
      水島拓郎, 永澤彩, 芦田裕也, 荒芝和也, 中島一成, 西林仁昭
    • Organizer
      錯体化学会 第69回討論会
  • [Presentation] 遷移金属触媒を用いた新規ヘテロホスホール合成法の開発2019

    • Author(s)
      梁 聞斌, 中島一成, 西林 仁昭
    • Organizer
      第46回有機典型元素化学討論会
  • [Presentation] Transition Metal-Catalyzed Reduction of Molecular Dinitrogen into Ammonia under Ambient Conditions2019

    • Author(s)
      Yoshiaki Nishibayashi
    • Organizer
      錯体化学会第69回討論会
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ハーバー・ボッシュ法を超えるアンモニア合成法への挑戦2019

    • Author(s)
      西林仁昭
    • Organizer
      CREST講演会
    • Invited
  • [Presentation] ハーバー・ボッシュ法を超えるアンモニア合成法への挑戦2019

    • Author(s)
      西林仁昭
    • Organizer
      近畿化学協会有機金属部会第3回例会
    • Invited
  • [Presentation] Transition Metal-Catalyzed Reduction of Molecular Dinitrogen into Ammonia under Ambient Conditions2019

    • Author(s)
      Yoshiaki Nishibayashi
    • Organizer
      12th China-Japan Joint Symposium on Metal Cluster Compounds
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Molybdenum-Catalyzed Reduction of Molecular Dinitrogen into Ammonia under Ambient Conditions2019

    • Author(s)
      Yoshiaki Nishibayashi
    • Organizer
      4th International Symposium on Precisely Designed Catalysts with Customized Scaffolding
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Transition Metal-Catalyzed Reduction of Molecular Dinitrogen into Ammonia under Ambient Conditions2019

    • Author(s)
      Yoshiaki Nishibayashi
    • Organizer
      Materials Research Meeting 2019
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Book] Transition Metal-Dinitrogen Complexes: Preparation and Reactivity2019

    • Author(s)
      Yoshiaki Nishibayashi
    • Total Pages
      481
    • Publisher
      Wiley-VCH
  • [Remarks] 東京大学 西林研究室

    • URL

      http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/nishiba/

URL: 

Published: 2021-12-27  

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