2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of highly efficient non-precious metal catalysts by low-spin design of iron and other 3d metals.
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18H01980
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
永島 英夫 九州大学, グリーンテクノロジー研究教育センター, 特任教授 (50159076)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田原 淳士 九州大学, 先導物質化学研究所, 助教 (50713145)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 3d遷移金属 / 均一系触媒 / 有機・高分子合成 / 低スピン設計 / ヒドロシリル化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、均一系触媒反応の元素戦略の一環として、本研究では、「錯体の幾何構造と配位子を適切に設計し、すべての触媒活性種を低スピン状態に制御する」という考え方を、錯体化学、有機合成化学、計算科学、機能分子開発の4段階で具現化し、貴金属触媒代替反応を鉄および3d金属触媒反応で実現する。昨年度は、イソシアニドを配位子とした低スピン鉄、コバルト錯体の合成、解析、素反応過程の解明と、不飽和化合物の触媒的ヒドロシリル化反応と水素化を達成した。今年度は、低スピン鉄、コバルトーイソシアニド活性種の効率的発生と発生過程の解明を、構造が明確な新規な鉄、コバルトアルコキシド錯体がフルオロアルコールとジアリール鉄またはジアリールコバルトから合成できることを明らかにし、それを前駆体に用いたアルケンのヒドロシリル化反応を実現した。また、触媒的ヒドロシリル化について、鉄、コバルトから他の3d金属への拡張を検討し、マンガン、ニッケル触媒においても、触媒的ヒドロシリル化活性と特異的な選択性を新たに見出した。触媒活性種の低スピン設計の代表例であるイソシアニドを配位子とする鉄、コバルト錯体と、対照的な高活性高スピン鉄錯体である1，4，9-トリアザノナン配位子を持つ鉄錯体について、構造と触媒機能を比較検討し、計算科学への導入の糸口を構築した。また、3d金属の構造と触媒機能の同族貴金属の構造と触媒機能の比較は、貴金属触媒の3d金属化の基盤となる。イリジウム、ロジウムといった貴金属錯体の触媒機能を開拓するとともに、生成物の機能性材料への展開研究を実施し、イリジウムの3d金属化に向けた基盤を構築した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
昨年度、錯体化学、合成化学ともに高く評価された論文を発表し、本研究の研究目的達成に大きな進歩をとげた。今年度は前年の成果を受けて、鉄、コバルトの触媒反応活性種に注目した研究、ニッケル、マンガンに展開した研究を推進し、学会発表2件を実施している。また、北大長谷川教授との共同研究で理論計算論文1報を発表している。一方、3d金属の特性を理解し貴金属の3d金属化を図る基盤研究として、イリジウム触媒を用いるヒドロシリル化・脱水反応の論文3報を発表している。さらに、アルケンのヒドロシリル化はシリコーン工業の鍵技術であることから、これまでの研究成果の反映として、2019年度中に7件の国際特許取得があるように、産学共同研究を継続的に実施している。2019年度の成果として、新規特許出願1件をおこない、社会への成果還元を実施している。このように研究の進展があるが、2019年度末からのコロナ禍の影響と2020年3月定年退職に伴う研究室の移動という特殊要因があり、2019年度科研費を1年間年度を繰り越して研究を実施し、口頭発表済み、または、未発表データに関連した実験および計算結果を集積したが、論文化、あるいは、特許化の鍵になる実験、計算にさらなる時間を要している。
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| Strategy for Future Research Activity |
特殊要因である定年退職に伴う研究室の移動は2021年4月現在でほぼ完了し、実験研究ができる環境が整った。一方、コロナ禍の在宅勤務時間を利用して、PC3台を購入してDFT計算ができる状況を整えた。機器分析等は、2020年3月まで勤務した、共同利用・共同研究拠点の九州大学先導物質化学研究所の研究支援室の協力が得られており、当初目標の達成と、2019年度科研費の成果の論文化に向けた準備ができたことから、今後研究を加速する。
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