2023 Fiscal Year Annual Research Report
グリーン物質合成を志向した超原子価化合物を利用する電極メディエータ系の開発
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22H02118
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
信田 尚毅 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (20839972)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | 電解合成 / 超原子価化合物 / 電極メディエータ / グリーンケミストリー / 触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本申請研究は、超原子価化合物の電解発生とメディエータとしての利用を鍵とする物質合成に挑戦することで、安全性・経済性・環境調和性の電解反応システムを提案する。二年度目は、様々な置換基を有するヨードアントラセン類を用い、foot-of-the-wave（FOWA）による定量的な解析と、バルクスケールでのC-Nカップリング反応を実施した。
FOWAにより、一連の触媒の中で10位に電子吸引性の置換基を導入することで、メディエータの活性が顕著に向上することが明らかとなった。特に、3,5-bis(trifluoro)phenyl基を有するメディエータにおいては、初年度に合成したmesityl基を有するものに比べて、約50倍の反応速度を示した。続いて、合成した一連のメディエータを用い、バルクスケールでの電気化学的C-Nカップリング反応を行った。N-Boc-aminobiphenylを基質とした場合、いずれの触媒を用いた場合でも良好な収率で反応が進行したものの、収率の序列は、FOWAによって得られた序列と完全には一致しなかった。この原因として、触媒の分解が考えられる。FOWAは触媒の分解や基質の直接酸化などの副反応が生じない理想的な環境での純粋な触媒性能を評価する手法であるが、バルクスケールでの反応では、触媒が分解が伴い、差異を生じたものと解釈できる。以上から、FOWAで良好な値を示した触媒に対し、分解を生じずらい骨格を付与することで、真に機能性の高い触媒が設計できることが示唆された。
有機電解合成のメディエータ系において、反応速度定数と反応効率（収率）の相関が議論されることは稀であり、本研究は有機電解分野における分子触媒開発の重要な実験指針を示すものである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
初年度に合成した触媒を用い、速度論的解析、ならびにC-Nカップリング反応による収率評価を網羅的に実施した。これらの数値の相関を評価することで、メディエータ分子の設計における明確な指針を得ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
より高い性能を示すメディエータの開発に取り組む。さらに、電解液の設計が反応効率に影響を与えることも見出されつつあるため、支持電解質や溶媒を検討することでより効率的な反応系の構築を目指す。量子計算や分光分析を通じて、反応中間体や反応機構に関する知見を深める。
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