Multi-redox reactions catalyzed by multinuclear metal complexes with open metal sites

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25708011
• Research Institution: Institute for Molecular Science
• Principal Investigator: 正岡 重行 分子科学研究所, 生命・錯体分子科学研究領域, 准教授 (20404048)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 超分子錯体

Outline of Annual Research Achievements

窒素固定や酸素発生などの多電子酸化還元を担う生体酵素の活性中心には、複数の金属イオンが小空間に集約された多核金属錯体が含まれている。本研究では、事前設計した多核錯体を自己集合を利用して精密に合成し、様々な多電子酸化還元反応を促す高機能触媒の創製を行うことを目的とした。特に、配位不飽和構造を有する多核金属錯体に注目し、電子授受能や反応性のファインチューニングを行うことで、小分子の多電子酸化還元を高効率で促進するための新奇な触媒設計指針の確立を目指した。
平成27年度は、平成26年度に引き続き、金属イオンと有機配位子の自己集合により多核金属錯体の合成を行い、その電気化学的性質と触媒機能評価を行った。具体的には、金属イオンの核数は二核～五核、金属イオンの種類は鉄、マンガン、銅、コバルト、ニッケル、亜鉛、ルテニウムを中心に、同一種ならびに複数種の金属イオンを含む多核金属錯体を合成した。合成した多核金属錯体の構造は、単結晶X線構造解析、ESI-TOF-MS、元素分析、1H,13C-NMR、メスバウアー分光などを駆使して決定した。一部の化合物では副生成物の除去が困難であったが、うまく単離できた多核金属錯体に対しては、電気化学測定、分光化学測定、磁気化学測定により、電子構造の評価を行った。さらに、酸素発生反応や水素発生反応、二酸化炭素還元反応に対する触媒機能評価を、電気化学的な手法により行った。その結果、合成した多核金属錯体のうちの複数が、上記の反応に対して有意な触媒活性を示すことを見出した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

種々の多核金属錯体を合成することはできたが、当初の予想に反し、同時に得られる副生成物の除去が困難であった。研究遂行上、電子状態解析や触媒機能評価の前に副生成物を含まない合成方法を確立する必要が生じた。

Strategy for Future Research Activity

副生成物を含まない合成方法を確立する。副生成物が除去された化合物に対して触媒機能評価を行う。

Causes of Carryover

一部の多核金属錯体に関しては、副生成物の除去が困難であることが分かり、触媒機能評価用に大量合成することができかったため、試薬やガラス器具等の合成用消耗品を予定よりも節約して用いることができた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

多核金属錯体合成用の試薬やガラス器具、および触媒機能評価用の消耗品に使用する。

Research Products

• [Journal Article] A pentanuclear iron catalyst designed for water oxidation (2016)
  • Author(s): Masaya Okamura, Mio Kondo, Reiko Kuga, Yuki Kurashige, Takeshi Yanai, Shinya Hayami, Vijayendran K. K. Praneeth, Masaki Yoshida, Ko Yoneda, Satoshi Kawata, and Shigeyuki Masaoka
  • Journal Title: Nature Volume: 530 Pages: 465-468
  • DOI: 10.1038/nature16529
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant