人工ペプチドで架橋した金属二核錯体の合成と光化学的CO2還元触媒反応

• 研究課題/領域番号: 17K05815
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 無機化学
• 研究機関: 北里大学
• 研究代表者: 石田 斉 北里大学, 理学部, 准教授 (30203003)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2018年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2017年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 二酸化炭素還元 / ルテニウム / ペプチド / 非天然アミノ酸 / 光触媒 / 分子触媒 / 人工光合成 / 二酸化炭素排出削減 / 錯体化学

研究成果の概要

本研究では、ルテニウム錯体を触媒とする光化学的CO2還元反応について、ルテニウム錯体の配位子に導入した置換基が触媒活性にどのような効果を与えるか検討した。ビピリジン配位子にメチル基を導入した場合、その導入位置によって触媒活性が変化することを見出し、逆電子移動過程の影響について議論した。また錯体触媒の機能化を目指して、非天然アミノ酸を含むペプチド鎖を導入したルテニウム錯体を新規に合成した。とくにペプチド鎖で連結したルテニウム二核錯体は、単核錯体異なる生成物選択性を示すことを見出した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

光化学的CO2還元反応は、将来の化石燃料の枯渇などの資源問題、大気中のCO2濃度増大による地球温暖化などの環境問題に関連した鍵反応であり、その触媒開発は極めて重要である。これまでにいくつかの優れた触媒が知られているが、より高活性、高耐久性の触媒を開発するためには、触媒反応機構を知り、その要件を満たす触媒を探索する必要があるが、CO2還元触媒機構には未だに完全には解明されていない。本研究ではルテニウム錯体触媒の置換基効果を通して触媒反応機構に切り込んでおり、その成果は学術的のみならずCO2資源化にもつながることから社会的意義も大きい。

研究成果

• [雑誌論文] Editorial: Molecular Catalysts for CO2 Fixation/Reduction (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishida Hitoshi、Machan Charles、Robert Marc、Iwasawa Nobuharu
  • 雑誌名: Frontiers in Chemistry 巻: 8 ページ: 1-3
  • DOI: 10.3389/fchem.2020.00059
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Synthesis of 1,2,5-Oxadiazinane Derivatives by Photochemical Cycloaddition of Nitrones with Diaminomethanes (2020)
  • 著者名/発表者名: Itoh K, Takashino A, Ohtsuka A, Kobe M, Sawamura S, Kato R, Hirayama S, Karaki F, Mizuguchi T, Sato N, Tokunaga K, Toda Y, Suga H, Ishida H, Fujii H
  • 雑誌名: ChemPhotoChem 巻: Early view 号: 6 ページ: 388-392
  • DOI: 10.1002/cptc.202000004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Syntheses and Characterization of a Pair of Isomers of Heteroleptic Bis(Bidentate) Ruthenium(II) Complexes with Two Different Monodentate Ligands (2019)
  • 著者名/発表者名: Toyama Mari、Takizawa Takako、Morita Itaru、Nagao Noriharu、Kuramochi Yusuke、Ishida Hitoshi
  • 雑誌名: Chemistry - A European Journal 巻: 25 号: 72 ページ: 16582-16590
  • DOI: 10.1002/chem.201903706
  • 査読あり
• [雑誌論文] 犠牲試薬ってなに？ (2018)
  • 著者名/発表者名: 石田 斉
  • 雑誌名: カーボン・エネルギーコントロール社会協議会(CanApple)ニュース 巻: 47 ページ: 1-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ICCC2018シンポジウム報告：(S07) Molecular catalysts for CO2 fixation/reduction (2018)
  • 著者名/発表者名: 石田 斉、竹田 浩之
  • 雑誌名: Bull. Jpn. Soc. Coord. Chem. 巻: 72 ページ: 91-92
• [雑誌論文] Photochemical CO2 Reduction Catalyzed by Trans(Cl)-[Ru(2,2′-bipyridine)(CO)2Cl2] Bearing Two Methyl Groups at 4,4′-, 5,5′- or 6,6′-Positions in the Ligand (2018)
  • 著者名/発表者名: Kuramochi Yusuke、Itabashi Jun、Toyama Mari、Ishida Hitoshi
  • 雑誌名: ChemPhotoChem 巻: 2 号: 3 ページ: 314-322
  • DOI: 10.1002/cptc.201700201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reaction mechanisms of catalytic photochemical CO 2 reduction using Re(I) and Ru(II) complexes (2017)
  • 著者名/発表者名: Kuramochi Yusuke、Ishitani Osamu、Ishida Hitoshi
  • 雑誌名: Coord. Chem. Rev. 巻: 未定 ページ: 333-356
  • DOI: 10.1016/j.ccr.2017.11.023
  • 査読あり
• [学会発表] Ruthenium-Peptide Conjugates for Photocatalytic CO2 Reduction toward Artificial Photosynthesis (2019)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Ishida, Toshiya Motegi, Atsushi Ohtsuka, Chiaki Kojima, Jun Itabashi, Masaya Kamiya
  • 学会等名: 3rd International Solar Fuels Conference (ISF-3), International Conference on Artificial Photosynthesis-2019 (ICARP2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Enhancement of CO2 Reduction Using a Near-Field Excitation (2019)
  • 著者名/発表者名: Takashi Yatsui, Yosuke Suzuki, Tatsuki Morimoto, Yuma Kato, Mamoru Yamamoto, Tomoko Yoshida, Nobuyuki Shimizu, Yuki Kataoka, Yuichi Negishi, Hitoshi Ishida, Kenji Iida
  • 学会等名: 3rd International Solar Fuels Conference (ISF-3), International Conference on Artificial Photosynthesis-2019 (ICARP2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Metal-peptide conjugates for photocatalytic CO2 reduction toward artificial photosynthesis (2019)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Ishida, Toshiya Motegi, Atsushi Ohtsuka, Chiaki Kojima, Jun Itabashi, Masaya Kamiya
  • 学会等名: The 56th Japanese Peptide Symposum
• [学会発表] ルテニウム(II)トリカルボニルダイマーのDMSO中における脱カルボニル化反応 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小田 暁, 内山 洋介, 山村 滋典, 石田 斉
  • 学会等名: 錯体化学会第69回討論会
• [学会発表] 長鎖アルキル基を有するルテニウムトリス(ビピリジン)型錯体の合成:ミセル系における光電子移動反応 (2019)
  • 著者名/発表者名: 神戸 瑞季, 石田 斉
  • 学会等名: 錯体化学会第69回討論会
• [学会発表] 人工光合成を目指した光化学的CO2還元分子触媒の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 石田 斉・小田 暁・大塚 敦史・小島 千明
  • 学会等名: 第13回バイオ関連化学シンポジウム
• [学会発表] ルテニウム-ビピラジン-カルボニル錯体：低過電圧で働くCO2還元錯体触媒 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小田 暁・小堀 誠友・大塚 敦史・内山 洋介・山村 滋典・石田 斉
  • 学会等名: 第31回 配位化合物の光化学討論会(2019)
• [学会発表] 長鎖アルキル基を有するルテニウム錯体触媒の合成： ミセル系における光化学的CO2還元反応を目指して (2019)
  • 著者名/発表者名: 神戸瑞季，石田 斉
  • 学会等名: 第31回 配位化合物の光化学討論会(2019)
• [学会発表] Molecular CO2 Reduction Catalysts Applicable to Nanomaterials for Artificial Photosynthesis (2019)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Ishida
  • 学会等名: International Congress on Advanced Materials Sciences and Engineering 2019 (AMSE-2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Photocatalytic CO2 Reduction by Novel Ruthenium-Peptide Complexes (2019)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Ishida
  • 学会等名: The 23rd International Symposium on the Photochemistry and Photophysics of Coordination Compounds (ISPPCC2019)
  • 国際学会
• [学会発表] ペプチド錯体触媒で人工光合成を目指す (2019)
  • 著者名/発表者名: 石田 斉、小島千明、大塚敦史、板橋 淳
  • 学会等名: 第22回生命化学研究会
• [学会発表] ルテニウム二核ペプチド錯体によるCO2光還元触媒反応におけるCO/ギ酸選択性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 石田 斉・大塚 敦史
  • 学会等名: 日本化学会第99春季年会(2019)
• [学会発表] Trans(Cl)-[Ru(2,2’-ビピラジン)(CO)2Cl2]： 合成・構造とCO2還元触媒能 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小田 暁・小堀 誠友・大塚 敦史・内山 洋介・山村 滋典・石田 斉
  • 学会等名: 日本化学会第99春季年会(2019)
• [学会発表] Toward Artificial Photosynthesis: Photocatalytic CO2 Reduction by Ruthenium Complexes (2018)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Ishida
  • 学会等名: Baltic Conference Series (BCS) Spring 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ルテニウム錯体による光化学的CO2還元触媒反応： 人工光合成を目指して (2018)
  • 著者名/発表者名: 石田斉・大塚敦史・小島千明・北村恭平・板橋淳・神谷将也
  • 学会等名: 第30回配位化合物の光化学討論会
• [学会発表] ルテニウム錯体の光還元二量化反応と光化学的CO2還元反応におけるCO/HCOO-選択性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大塚敦史・藤村多希・石田 斉
  • 学会等名: 第30回配位化合物の光化学討論会
• [学会発表] Ruthenium 2,2’-Bipyrazine Dicarbonyldichloride: Synthesis, Crystal Structure, Electro- and Photochemical Characterization (2018)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Ishida, Seiyu Kobori, Atsushi Ohtsuka, Yosuke Uchiyama, Shigefumi Yamamura
  • 学会等名: 錯体化学会第68回討論会
• [学会発表] ルテニウム二核ペプチド錯体による光化学的CO2還元反応におけるCO/ギ酸選択性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大塚 敦史, 石田 斉
  • 学会等名: 錯体化学会第68回討論会
• [学会発表] Ruthenium-Peptide Conjugates for CO2 Reduction Catalysts toward Artificial Photosynthesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Ishida
  • 学会等名: the 43rd International Conference on Coordination Chemistry (ICCC 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Photochemical CO2 Reduction Catalyzed by Dinuclear Ruthenium Bipyridyl Complexes (2018)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Ohtsuka, Taki Fujimura, Hitoshi Ishida
  • 学会等名: the 43rd International Conference on Coordination Chemistry (ICCC 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] ルテニウム錯体触媒による光化学的CO2還元反応機構における議論 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石田 斉・大塚敦史・小島千明・北村恭平・板橋 淳
  • 学会等名: 2018年光化学討論会
• [学会発表] ペプチド超分子光触媒による光化学的二酸化炭素還元反応 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石田 斉・大塚 敦史・小島 千明・板橋 淳
  • 学会等名: 第12回バイオ関連シンポジウム
• [学会発表] Artificial Metal-Peptide Conjugates for Photocatalytic CO2 Reduction (2018)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Ishida, Atsushi Ohtsuka, Chiaki Kojima, Jun Itabashi and Masaya Kamiya
  • 学会等名: 10th International Peptide Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Photocatalytic CO2 Reduction by Ruthenium Bipyridyl Complexes toward Artificial Photosynthesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Ishida
  • 学会等名: The 10th Asian Photochemistry Conference (APC)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ペプチド鎖で連結したルテニウム二核錯体： CO2光還元触媒反応における生成物（CO/ギ酸）選択性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大塚敦史・松浦功祐・倉持悠輔・石田 斉
  • 学会等名: 日本化学会第98春季年会(2018)
• [学会発表] ペプチド鎖で連結したルテニウム多核錯体： 光電子移動効率がCO2光還元触媒反応に及ぼす効果 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石田 斉・小島千明
  • 学会等名: 日本化学会第98春季年会(2018)
• [学会発表] Trans(Cl)-Ru(bpy)(CO)2Cl2の光還元二量化反応 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石田 斉・佐藤裕亮
  • 学会等名: 第29回配位化合物の光化学討論会
• [学会発表] ペプチド架橋ルテニウム二核錯体による光化学的CO2還元触媒反応におけるCO／ギ酸選択性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大塚敦史・松浦功祐・倉持悠輔・石田 斉
  • 学会等名: 第29回配位化合物の光化学討論会
• [学会発表] 光増感部位二分子をペプチドで架橋した超分子光触媒の開発とCO2還元触媒能 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小島千明・石田 斉
  • 学会等名: 第29回配位化合物の光化学討論会
• [学会発表] ルテニウム－ペプチド錯体による光化学的二酸化炭素還元触媒反応 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石田 斉・小島 千明・大塚 敦史・板橋 淳・神谷将也・倉持 悠輔
  • 学会等名: 2017年光化学討論会
• [学会発表] 人工ルテニウム－ペプチドによる光化学的CO2還元触媒反応 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石田 斉・小島 千明・大塚 敦史・板橋 淳・神谷 将也
  • 学会等名: 第11回バイオ関連化学シンポジウム
• [学会発表] Photocatalytic CO2 Reduction by Bipyridyl Periodic Mesoporous Organosilica (BPy-PMO) Containing Two Different Ruthenium Complexes as Photosensitizing and Catalytic Sites (2017)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Ishida, Yusuke Kuramochi, Masato Sekine, Kyohei Kitamura, Yoshifumi Maegawa, Yasutomo Goto, Soichi Shirai, Shinji Inagaki
  • 学会等名: 錯体化学会第67回討論会
• [学会発表] 光増感剤と触媒をペプチド鎖で接続した超分子光触媒による光化学的CO2還元反応 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小島千明・石田 斉
  • 学会等名: 錯体化学会第67回討論会
• [学会発表] ペプチド鎖で連結したルテニウム錯体触媒による光化学的CO2還元反応 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大塚敦史・松浦功祐・倉持悠輔・石田 斉
  • 学会等名: 錯体化学会第67回討論会
• [学会発表] Photocatalytic CO2 Reduction by Ruthenium Complexes: Toward Artificial Photosynthesis (2017)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Ishida
  • 学会等名: Japan‐Italy Bilateral Symposium on Artificial Photosynthesis Using Metal Complexes
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] An applicable molecular CO2 reduction catalyst to nanomaterials for artificial photosynthesis (2017)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Ishida
  • 学会等名: 5th International Conference on Nanotechnology and Materials Science
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Synthesis of Novel Ruthenium-Peptide Complexes toward Artificial Metalloenzymes for Photochemical CO2 Reduction (2017)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Ishida, Chiaki Kojima, Atsushi Ohtsuka, Jun Itabashi, Masaya Kamiya, Yusuke Kuramochi
  • 学会等名: 第54回ペプチド討論会
• [図書] CSJカレントレビュー 『光エネルギー変換における分子触媒の新展開』 (2020)
  • 著者名/発表者名: 石田 斉（分担）
  • 出版者: 化学同人
• [図書] Carbon Dioxide Chemistry (2018)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Ishida
  • 総ページ数: 25
  • 出版者: InTech
  • ISBN: 9789535156758
• [備考]
  • URL: https://researchmap.jp/read0073741
• [備考]
  • URL: http://kerid-web.kitasato-u.ac.jp/Profiles/35/0003489/profile.html
• [備考] 北里大学 理学部 化学科 反応機構学 石田 斉
  • URL: http://kerid-web.kitasato-u.ac.jp/Profiles/35/0003489/profile.html