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2021 Fiscal Year Annual Research Report

Development of Innovative Molecular Transformations from Molecular Dinitrogen Using Super-Catalysts

Research Project

Project/Area Number 20H05671
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)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 吉澤 一成  九州大学, 先導物質化学研究所, 教授 (30273486)
坂田 健  東邦大学, 薬学部, 教授 (90328922)
Project Period (FY) 2020-08-31 – 2025-03-31
Keywordsアンモニア / モリブデン / 窒素分子 / コバルト / マンガン / 触媒反応
Outline of Annual Research Achievements

本研究代表者らは、ごく最近に常温常圧の極めて温和な反応条件下で、窒素ガスから水をプロトン源に用いて触媒的にアンモニアを高効率に合成する手法の開発にごく最近に成功した。これまでに開発した一連の触媒を超える「超触媒」の開発とこれを利用した反応性が極めて低い窒素分子の革新的な分子変換反応の開発を行うことが本研究の主目的である。同時に、アンモニアからエネルギーを取り出す方法の開発に該当するアンモニアの触媒的分解反応の開発にも取り組む。得られる研究成果は、錯体化学や触媒化学などの直接関連する研究分野はもちろん、関連する幅広い研究分野にも大きなインパクトを与えることが期待される。 本年度は3つの研究課題の内、研究課題3について報告する。
研究課題3:アンモニアの触媒的分解反応の開発
ルテニウム錯体を用いたより高活性な反応系を開発することを目的として、軸配位子について詳細な検討を行ったところ、ピリジン誘導体の代わりにフラタジンを用いた場合に、従来の触媒能を大きく凌駕する触媒当たり260当量の窒素ガスの発生が確認された。本研究成果は、近年に世界的に極めて活発な検討が行われている分子触媒として用いた触媒的アンモニア分解反応の報告の中でも、世界最高値を達成したものである。分担者である坂田先生による理論計算により、フラタジン配位子はより強固にルテニウムに配位しており、軸配位子の解離が触媒の失活を防いでいることを明らかにした。本研究成果は既に論文として投稿済である。
貴金属の一種であるルテニウムの代わりに、安価で入手容易な卑金属であるマンガンを含む分子触媒として利用した新しい反応系の開発に成功した。サレン配位子を持つマンガン錯体が触媒的アンモニア分解反応において有効に働くことを明らかにした。これは、マンガン錯体を分子触媒として利用した世界で初めての成功例である。本研究成果は既に論文として発表済である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究課題の進捗は、研究申請書で提案した研究計画に従って、当初の予定通り順調に進捗していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

研究課題2について、次年度以降に検討予定の項目を抜粋して説明する。
研究課題2:実用化可能な触媒的アンモニア合成反応系の開発: 電気化学的還元手法により再生可能なコバルトセンやクロムセンなどのメタロセンを還元剤として用いて電気化学的還元手法による触媒的アンモニア合成反応の開発に取り組む。特に、クロムセンを還元剤として用いた場合には、クロムセンの触媒化に成功した予備的知見を見出している。既に見出している予備的知見を踏まえて、より高活性な反応系の開発に取り組む。当初の申請書に記載している内容についても継続して検討を行う予定である。

  • Research Products

    (45 results)

All 2022 2021 Other

All Journal Article (12 results) (of which Peer Reviewed: 12 results,  Open Access: 2 results) Presentation (32 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 4 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Reactivity of molybdenum-nitride complex bearing pyridine-based PNP-type pincer ligand toward carbon-centered electrophiles2022

    • Author(s)
      Itabashi Takayuki、Arashiba Kazuya、Kuriyama Shogo、Nishibayashi Yoshiaki
    • Journal Title

      Dalton Transactions

      Volume: 51 Pages: 1946~1954

    • DOI

      10.1039/D1DT03952K

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Catalytic Reduction of Dinitrogen into Ammonia and Hydrazine by Using Chromium Complexes Bearing PCP‐Type Pincer Ligands**2022

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

      Chemistry A European Journal

      Volume: 28 Pages: -

    • DOI

      10.1002/chem.202200557

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Catalytic Reduction of Dinitrogen to Ammonia and Hydrazine Using Iron-Dinitrogen Complexes Bearing Anionic Benzene-Based PCP-Type Pincer Ligands2022

    • Author(s)
      Kuriyama Shogo、Kato Takeru、Tanaka Hiromasa、Konomi Asuka、Yoshizawa Kazunari、Nishibayashi Yoshiaki
    • Journal Title

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      Volume: 95 Pages: 683~692

    • DOI

      10.1246/bcsj.20220048

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Synthesis and Reactivity of Cobalt-Dinitrogen Complexes Bearing Anionic PCP-Type Pincer Ligands toward Catalytic Silylamine Formation from Dinitrogen2022

    • Author(s)
      Kuriyama Shogo、Wei Shenglan、Tanaka Hiromasa、Konomi Asuka、Yoshizawa Kazunari、Nishibayashi Yoshiaki
    • Journal Title

      Inorganic Chemistry

      Volume: 61 Pages: 5190~5195

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.2c00234

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Catalytic Ammonia Formation with Electrochemically Reduced Samarium Diiodide from Samarium Triiodide and Water from Dinitrogen2021

    • Author(s)
      Arashiba Kazuya、Kanega Ryoichi、Himeda Yuichiro、Nishibayashi Yoshiaki
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 50 Pages: 1356~1358

    • DOI

      10.1246/cl.210152

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Ammonia Formation Catalyzed by a Dinitrogen‐Bridged Dirhenium Complex Bearing PNP‐Pincer Ligands under Mild Reaction Conditions**2021

    • Author(s)
      Meng Fanqiang、Kuriyama Shogo、Tanaka Hiromasa、Egi Akihito、Yoshizawa Kazunari、Nishibayashi Yoshiaki
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 60 Pages: 13906~13912

    • DOI

      10.1002/anie.202102175

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cooperative Photoredox- and Nickel-Catalyzed Alkylative Cyclization Reactions of Alkynes with 4-Alkyl-1,4-dihydropyridines2021

    • Author(s)
      Zhang Yulin、Tanabe Yoshiaki、Kuriyama Shogo、Nishibayashi Yoshiaki
    • Journal Title

      The Journal of Organic Chemistry

      Volume: 86 Pages: 12577~12590

    • DOI

      10.1021/acs.joc.1c01018

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Manganese‐Catalyzed Ammonia Oxidation into Dinitrogen under Chemical or Electrochemical Conditions2021

    • Author(s)
      Toda Hiroki、Kuroki Kaito、Kanega Ryoichi、Kuriyama Shogo、Nakajima Kazunari、Himeda Yuichiro、Sakata Ken、Nishibayashi Yoshiaki
    • Journal Title

      ChemPlusChem

      Volume: 86 Pages: 1511~1516

    • DOI

      10.1002/cplu.202100349

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Enantioselectivity in Ruthenium‐Catalyzed Propargylic Substitution Reactions of Propargylic Alcohols with Acetone: A DFT Study2021

    • Author(s)
      Sakata Ken、Goto Yui、Yoshikawa Takeshi、Nishibayashi Yoshiaki
    • Journal Title

      Chemistry An Asian Journal

      Volume: 16 Pages: 3760~3766

    • DOI

      10.1002/asia.202100984

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ruthenium‐ and Copper‐Catalyzed Propargylic Substitution Reactions of Propargylic Alcohol Derivatives with Hydrazones2021

    • Author(s)
      Liu Shiyao、Tanabe Yoshiaki、Kuriyama Shogo、Sakata Ken、Nishibayashi Yoshiaki
    • Journal Title

      Chemistry A European Journal

      Volume: 27 Pages: 15650~15659

    • DOI

      10.1002/chem.202103287

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hydroboration and Hydrosilylation of a Molybdenum?Nitride Complex Bearing a PNP-Type Pincer Ligand2021

    • Author(s)
      Itabashi Takayuki、Arashiba Kazuya、Tanaka Hiromasa、Yoshizawa Kazunari、Nishibayashi Yoshiaki
    • Journal Title

      Organometallics

      Volume: 41 Pages: 366~373

    • DOI

      10.1021/acs.organomet.1c00597

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Development of Asymmetric Propargylic Substitution Reactions Using Transition Metal Catalysts2021

    • Author(s)
      Nishibayashi Yoshiaki
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 50 Pages: 1282~1288

    • DOI

      10.1246/cl.210126

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Catalytic Nitrogen Fixation by Using Rhenium Complexes2022

    • Author(s)
      Fanqiang MENG, Shogo KURIYAMA, Yoshiaki NISHIBAYASHI
    • Organizer
      日本化学会第102春季年会2022
  • [Presentation] アニオン性 PCP型ピンサー配位子を有する鉄錯体の合成と C-Hホウ素化に対する反応性2022

    • Author(s)
      菅 雄翔、栗山 翔吾、西林 仁昭
    • Organizer
      日本化学会第102春季年会2022
  • [Presentation] Development of Cobalt-Catalyzed Ammonia Oxidation under Ambient Reaction Conditions2022

    • Author(s)
      AIWEI ZHAO, Hiroki Toda, Shogo KURIYAMA, Yoshiaki NISHIBAYASHI
    • Organizer
      日本化学会第102春季年会2022
  • [Presentation] ルテニウム錯体を用いた電気化学的条件下における触媒的なアンモニア酸化反応の開発2022

    • Author(s)
      黒木 海仁、戸田 広樹、栗山 翔吾、兼賀 量一、姫田 雄一郎、坂田 健、西林 仁昭
    • Organizer
      日本化学会第102春季年会2022
  • [Presentation] 光学活性硫黄架橋二核ルテニウム触媒を用いた不斉プロパルギル位置換反応に関する量子化学的研究2022

    • Author(s)
      坂田 健、後藤 優衣、吉川 武司、西林 仁昭
    • Organizer
      日本化学会第102春季年会2022
  • [Presentation] アニオン性 PCP型ピンサー配位子を有するバナジウム錯体の合成と窒素固定に対する反応性2022

    • Author(s)
      Shenglan WEI、栗山 翔吾、西林 仁昭
    • Organizer
      日本化学会第102春季年会2022
  • [Presentation] モリブデンピンサー錯体による窒素分子の触媒的ボリル化反応2022

    • Author(s)
      田辺 資明、栗山 翔吾、西林 仁昭
    • Organizer
      日本化学会第102春季年会2022
  • [Presentation] ピンサー型配位子を有するモリブデンニトリド錯体を用いた有機アミド合成反応の開発2022

    • Author(s)
      高瀬 颯人、板橋 隆行、栗山 翔吾、西林 仁昭
    • Organizer
      日本化学会第102春季年会2022
  • [Presentation] モリブデン錯体を用いた触媒的アンモニア合成反応における種々のサマリウム還元剤の検討2022

    • Author(s)
      光本 泰知、荒芝 和也、栗山 翔吾、西林 仁昭
    • Organizer
      日本化学会第102春季年会2022
  • [Presentation] 可視光エネルギーを利用した触媒的窒素固定法の開発2022

    • Author(s)
      小野塚 悠斗、上山 和輝、芦田 裕也、荒芝 和也、栗山 翔吾、西林 仁昭
    • Organizer
      日本化学会第102春季年会2022
  • [Presentation] 置換基導入 PCP配位子を用いた触媒的アンモニア生成反応の理論的研究2022

    • Author(s)
      江木 晃人、田中 宏昌、西林 仁昭、吉澤 一成
    • Organizer
      日本化学会第102春季年会2022
  • [Presentation] マンガン錯体を触媒とするアンモニア酸化反応における置換基効果の検討2021

    • Author(s)
      黒木海仁、戸田広樹、西林仁昭
    • Organizer
      第67回有機金属化学討論会
  • [Presentation] キュバン型[Mo3S4Fe]クラスターを用いた触媒的窒素還元2021

    • Author(s)
      谷藤一樹、宗像健一郎、原亮太、内田圭亮、唯美津木、Roger E. Cramer、W. M. C. Sameera、高山努、酒井陽一、栗山翔吾、西林仁昭、大木靖弘
    • Organizer
      第67回有機金属化学討論会
  • [Presentation] ピロール骨格 PN 型ピンサー配位子を有するモリブデン錯体の合成と特異な反応性2021

    • Author(s)
      田辺資明、関口義也、栗山翔吾、西林 仁昭
    • Organizer
      第67回有機金属化学討論会
  • [Presentation] モリブデン錯体を用いた窒素分子から含窒素有機化合物の直接的合成法2021

    • Author(s)
      板橋隆行、荒芝和也、栗山翔吾、西林仁昭
    • Organizer
      第67回有機金属化学討論会
  • [Presentation] PNP 型ピンサー配位子を有するモリブデン触媒およびヨウ化サマリウムを用いた触媒的アンモニア合成反応における置換基効果2021

    • Author(s)
      光本泰知、芦田裕也、荒芝和也、栗山 翔吾、西林仁昭
    • Organizer
      第67回有機金属化学討論会
  • [Presentation] マンガン錯体を用いたアンモニアの触媒的酸化反応2021

    • Author(s)
      戸田広樹、兼賀量一、姫田雄一郎、坂田健、西林仁昭
    • Organizer
      第128回触媒討論会
  • [Presentation] モリブデン触媒およびヨウ化サマリウムを用いたアンモニア合成反応におけるPNP型ピンサー配位子上の置換基効果2021

    • Author(s)
      光本 泰知、芦田 裕也、荒芝 和也、栗山 翔吾、西林 仁昭
    • Organizer
      錯体化学会 第71回討論会
  • [Presentation] Photoredox- and Nickel-Catalyzed Hydroalkylation of Alkynes with 4-Alkyl-1,4-dihydropyridines: Ligand-Controlled Regioselectivity2021

    • Author(s)
      Yulin Zhang, Yoshiaki Tanabe, Shogo Kuriyama, Yoshiaki Nishibayashi
    • Organizer
      錯体化学会 第71回討論会
  • [Presentation] Catalytic Nitrogen Fixation Using Cobalt Dinitrogen Complexes Bearing Anionic PCP-Type Pincer Ligands under Mild Reaction Conditions2021

    • Author(s)
      Shenglan WEI, Shogo KURIYAMA, Yoshiaki NISHIBAYASHI
    • Organizer
      錯体化学会 第71回討論会
  • [Presentation] マンガン錯体を用いた触媒的アンモニア分解反応に関するDFT計算2021

    • Author(s)
      坂田 健、戸田 広樹、栗山 翔吾、西林 仁昭
    • Organizer
      第15回分子科学討論会
  • [Presentation] Substituent effect at PNP-pincer ligand for catalytic reduction of dinitrogen into ammonia with samarium diiodide as reductant2021

    • Author(s)
      Taichi Mitsumoto, Yuya Ashida, Kazuya Arashiba, Shogo Kuriyama, Yoshiaki Nishibayashi
    • Organizer
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Investigation of substituent effects on manganese-catalyzed ammonia oxidation reaction2021

    • Author(s)
      Kaito Kuroki, Hiroki Toda, Yoshiaki Nishibayashi
    • Organizer
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Ruthenium-catalyzed oxidative conversion of ammonia into dinitrogen2021

    • Author(s)
      Hiroki Toda, Ken Sakata, Yoshiaki Nishibayashi
    • Organizer
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Catalytic nitrogen fixation using rhenium-dinitrogen complex bearing PNP pincer ligands2021

    • Author(s)
      Fanqiang Meng, Shogo Kuriyama, Yoshiaki Nishibayashi
    • Organizer
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Synthesis and reactivity of bis(molybdenum trihalide) complexes bridged by ferrocene skeleton toward catalytic nitrogen fixation2021

    • Author(s)
      Takayuki Itabashi, Kazuya Arashiba, Hiromasa Tanaka, Asuka Konomi, Kazunari Yoshizawa, Yoshiaki Nishibayashi
    • Organizer
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Cooperative photoredox- and nickel-catalyzed alkylative cyclization reactions of alkynes with 4-alkyl-1,4-dihydropyridines2021

    • Author(s)
      Yulin Zhang, Yoshiaki Tanabe, Shogo Kuriyama, Yoshiaki Nishibayashi
    • Organizer
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Molybdenum-Catalyzed Reduction of Molecular Dinitrogen into Ammonia under Ambient Conditions2021

    • Author(s)
      Yoshiaki Nishibayashi
    • Organizer
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2021
    • 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2021

    • Author(s)
      西林仁昭
    • Organizer
      令和3年度有機合成セミナー
    • 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2021

    • Author(s)
      西林仁昭
    • Organizer
      第13回スマートエネルギー技術研究センターシンポジウム
    • 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2021

    • Author(s)
      西林仁昭
    • Organizer
      令和3年度分析イノベーション交流会
    • Invited
  • [Presentation] 遷移金属錯体を利用した触媒的アンモニア合成反応の開発2021

    • Author(s)
      西林仁昭
    • Organizer
      新学術領域「精密制御反応場」終了後公開シンポジウム
  • [Remarks] 東京大学 大学院工学系研究科 応用化学専攻

    • URL

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

URL: 

Published: 2023-12-25  

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