Dinitrogen activation and ammonia synthesis by chromium hydride complexes

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05534
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 34010:Inorganic/coordination chemistry-related
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Shima Takanori 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (60391976)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 窒素分子活性化 / クロムヒドリド錯体 / チタンヒドリド錯体 / イミド錯体 / アルキルアミン

Outline of Final Research Achievements

N2 reduction and hydrogenation by using transition metal hydride complexes is of great interest. We have achieved synthesis of the C5Me4SiMe3-ligatged multimetallic Group 6 chromium polyhydride complexes, which enabled to split and hydrogenate N2 to afford imide complexes. Further hydrogenolysis with H2 provided a trinuclear monoimide/trihydride complex and a pentanuclear tetraimide/trihydride complex through the formation of amide species and ammonia. In addition, the reactions of the dichromium hydride complex with alkynes afforded coupling products via C(sp3)-C(sp) bond formation. While further reactions of the products with N2 did not take place, the reaction of a trinuclear titanium hydride complex with alkene/N2 afforded alkyl amines via N-N, C-H bond cleavage and N-C bond formation. The results demonstrate that multimetallic hydride complexes can serve as a unique platform for N2 activation and functionalization with commodity chemicals.

Free Research Field

有機金属化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究成果は、窒素分子のような不活性小分子の活性化、および含窒素有機化合物などへの官能基化に際して、多核ヒドリド錯体が良好な反応場として利用できることを示している。従来、4族、5族の遷移金属ヒドリド錯体を用いた窒素分子活性化反応に限られていたのに対し、6族遷移金属クロムヒドリド錯体も有用であることを見いだしたことは大きな成果である。引き続き多核ヒドリド錯体の研究を進めることで、省エネ・省資源で進行する新しい物質変換反応プロセスの開発が期待できる。