Development of Multifunctional Metal Complexes That Enable Direct CO2 Insertion into Unactivated C-H Bonds and Application for Diversity-Oriented Synthesis

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K15955
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 47010:Pharmaceutical chemistry and drug development sciences-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Saga Yutaka 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (20785521)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 不活性C-H結合 / CO2挿入 / 光触媒 / 電気触媒 / 金属錯体

Outline of Final Research Achievements

We have developed four metal-complex-based catalyst systems that enable highly difficult chemical transformations using unreactive organic molecules and CO2 gas.
1. We developed a new function-integrated Ru complex bearing a light-harvesting moiety and a CO2 activation moiety, and succeeded in the photocatalytic CO2 reduction reaction with excellent catalytic activity. 2. We reported the photocatalytic hydroacylation reaction of unactivated alkenes using benzimidazolines (BIs) as new acyl donors. 3. We achieved the first 3-component acylcarboxylation reaction using BIs and CO2 gas. 4. We developed a new Electron-Donor-Acceptor (EDA)complex catalyst system, and achieved the first hydroacylation of alkenes under green LED irradiation conditions.
Moreover, we have also developed three electrochemical catalyst systems that achieve the relevant important chemical transformations.

Free Research Field

有機合成化学、光化学、錯体化学、電気化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

アルカン・アルケン類は石油資源から入手容易であるが、安定な化学結合を有しその化学変換は困難である。また、CO2ガスは温室効果ガスとして削減が望まれるが、安定ガスでありその変換は容易ではない。我々は本研究において、そのような低反応性有機化合物とCO2ガスからの高難度変換を実現する、光化学的+電気化学的新規金属錯体触媒系の開発に成功した。一般に本化学変換には、過酷条件を必要としていたが、我々は光・電気エネルギーを駆動力とする独自の協奏触媒系を開発することで、温和条件における化学変換を達成した。加えて、今回構築される化合物群は有用医薬候補であり、医薬リードの迅速供給につながりうると考える。