The Development of metal-free and visible-light-driven polymer catalyst materials

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K15640
• Research Institution: Kyushu Institute of Technology
• Principal Investigator: 岡本 衆資 九州工業大学, 分子工学研究所, 特任助教 (50828100)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 高分子触媒 / 光レドックス触媒 / メタルフリー / 可視光

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、可視光で駆動するメタルフリーな高分子触媒の開発および有機合成反応への応用である。本研究を達成するために３つのテーマ（テーマ①：可視光条件でレドックス能を示す有機触媒の合成、テーマ②：光レドックス触媒能を示すモノマーの合成および重合、テーマ③：テーマ②で合成したポリマーの触媒活性の評価）を設定し、これらを達成していくことで研究を遂行してきた。本年度では「テーマ①：可視光条件でレドックス能を示す有機触媒の合成」に取り組んだ。
まず、新たな光レドックス触媒の合成として光捕集能をもつクマリン構造に着目し、対応する可視光吸収可能な誘導体の合成を目指した。当該年度の研究実績として、サリチルアルデヒド類とカルボン酸あるいはニトリル化合物との脱水縮合を利用することで、目的の可視光吸収可能なクマリン誘導体までの合成ルートを確立することができた。同様の手法を用いることで水素結合能（水酸基やウレタン結合）を有する別の誘導体の合成にも成功した。
本研究では触媒反応への展開として、触媒と電子ドナーの共存下で光照射を行うことで生成するアニオンラジカル種の還元力を、芳香族アルデヒド類の還元的カップリング反応へと応用することを考えた。実験検討として、4-クロロベンズアルデヒド（基質）、クマリン誘導体（触媒）、トリエチルアミン（電子ドナー）をN,N’-ジメチルホルムアミド中に溶解させ、この溶液にLED光源の照射を試みたが、いずれのクマリン誘導体を用いた場合においても反応効率は低かった。なお、このカップリング反応の進行の難しさは、研究計画段階から予想されており、今後の研究においては反応条件の最適化と新しい触媒設計を行うことで、課題解決に取り組む予定である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初の計画通り種々の可視光吸収可能なクマリン誘導体を合成でき、これらが低い反応効率ながら光レドックス触媒として機能することを明らかにしたことから、研究はおおむね順調に進展していると自己評価した。

Strategy for Future Research Activity

触媒反応を円滑に進行させるうえで重要な反応条件（溶媒、犠牲試薬、光源）の最適化を優先的に行う。同時に、理論計算ソフトを駆使して、触媒と基質の分子軌道を計算することで、新しい触媒の分子設計の検討を推進する。また、テーマ②である高分子触媒のためのモノマー合成を目指す。

Causes of Carryover

当該年度ではまず基礎的な研究に注力していたため、学会および機器分析装置などへ資金を充てることがなかったため差額が生じた。次年度は研究をより推進するための装置等の購入を検討しているため、そちらに予算を回したいと考えている。