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固体-分子ハイブリッド触媒による電子移動反応の開発

公募研究

研究領域分子合成オンデマンドを実現するハイブリッド触媒系の創製
研究課題/領域番号 20H04793
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関東京大学

研究代表者

岩井 智弘  東京大学, 大学院総合文化研究科, 講師 (30610729)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2020年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード有機無機ハイブリッド触媒 / 共役分子 / 連結型ロタキサン構造 / シクロデキストリン / 光増感剤 / 固体触媒 / 分子触媒 / ハイブリッド触媒 / 電子移動反応 / 遷移金属錯体 / ビピリジン配位子 / イリジウム触媒 / ニッケル触媒
研究開始時の研究の概要

高反応性分子活性種である有機ラジカルは、短寿命で失活しやすく、精密有機合成への利用は限定的である。触媒機能を明確に構造化してラジカル種を空間的に孤立化できれば、その性能を最大限に引き出すとともに、新形式の化学反応の実現が期待できる。本研究では、固体が有する化学的・物理的特性を利用して、ラジカル活性種の高度合成利用を実現する固体-分子ハイブリッド触媒の創製を目的とする。研究代表者が独自に展開してきた「固体の特性を活かした活性サイトの完全孤立化」の知見を基盤とし、固体と分子の協働効果に基づく高効率な電子移動反応を開発する。

研究実績の概要

本課題では、固体と分子の特性を活かした化学反応場を設計し、高効率な電子移動反応の開発を目的としている。本年度は、金属酸化物の無機半導体特性を活かした不均一系触媒の開発を目指して研究を実施した。

有機分子と無機固体からなる有機無機ハイブリッド材料は、デバイスや触媒分野での利用が注目されている。π共役分子は、その電子移動効率から有機無機ハイブリッド材料の有機分子素子として有望であるが、π-π相互作用に起因した凝集体の形成が懸念される。研究代表者の所属グループでは最近、メチル化シクロデキストリンからなる[1]ロタキサン型π共役ホスホン酸アンカーを開発し、その被覆効果に基づき、金属酸化物表面に凝集のない有機無機ハイブリッド界面の形成を実現している。そこで、今回、光増感剤や可視光レドックス触媒への利用を指向して、連結型ロタキサン構造を有する有機無機ハイブリッド型ルテニウムポリピリジル錯体を設計・合成した。具体的には、メチル化シクロデキストリンとトラン骨格からなるアジド基含有ホスホン酸アンカーを酸化インジウムスズ(ITO)基板への担持し、続くエチニル基を有するトリス(2,2’-ビピリジル)ルテニウム錯体との銅触媒クリック反応により調製した。この修飾ITO基板のサイクリックボルタンメトリー測定において、Ru(II)-Ru(III)に帰属される可逆な酸化還元波が観測されたことから、基板上へのルテニウム錯体の導入が確認できた。また、原子間力顕微鏡観察では、基板表面に顕著な凝集体の形成は見られなかった。本修飾方法は、金属酸化物ナノ粒子にも利用できることから、今後の触媒利用が期待される。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 1件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (7件) (うち招待講演 4件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Nickel-Catalyzed Defluorophosphonylation of Aryl Fluorides2022

    • 著者名/発表者名
      You Zhensheng、Masuda Yusuke、Iwai Tomohiro、Higashida Kosuke、Sawamura Masaya
    • 雑誌名

      The Journal of Organic Chemistry

      巻: 87 号: 21 ページ: 14731-14737

    • DOI

      10.1021/acs.joc.2c02048

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photoinduced Copper-Catalyzed Asymmetric Acylation of Allylic Phosphates with Acylsilanes2022

    • 著者名/発表者名
      Ueda Yusuke、Masuda Yusuke、Iwai Tomohiro、Imaeda Keisuke、Takeuchi Hiroki、Ueno Kosei、Gao Min、Hasegawa Jun-ya、Sawamura Masaya
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 144 号: 5 ページ: 2218-2224

    • DOI

      10.1021/jacs.1c11526

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Irradiation with UV Light Accelerates the Migita?Kosugi?Stille Coupling Reaction in Air2022

    • 著者名/発表者名
      Ishikawa Takumi、Murata Mako、Masai Hiroshi、Iwai Tomohiro、Terao Jun
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 51 号: 2 ページ: 124-126

    • DOI

      10.1246/cl.210665

    • NAID

      130008161615

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A Hollow-shaped Caged Triarylphosphine: Synthesis, Characterization and Applications to Gold(I)-catalyzed 1,8-Enyne Cycloisomerization2021

    • 著者名/発表者名
      Iwai Tomohiro、Goto Yuto、You Zhensheng、Sawamura Masaya
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 50 号: 6 ページ: 1236-1239

    • DOI

      10.1246/cl.210176

    • NAID

      130008053391

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phosphinylation of Non‐activated Aryl Fluorides through Nucleophilic Aromatic Substitution at the Boundary of Concerted and Stepwise Mechanisms2021

    • 著者名/発表者名
      You Zhensheng、Higashida Kosuke、Iwai Tomohiro、Sawamura Masaya
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 60 号: 11 ページ: 5778-5782

    • DOI

      10.1002/anie.202013544

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dumbbell‐Shaped 2,2’‐Bipyridines: Controlled Metal Monochelation and Application to Ni‐Catalyzed Cross‐Couplings2020

    • 著者名/発表者名
      Kim Yongjoon、Iwai Tomohiro、Fujii Sho、Ueno Kosei、Sawamura Masaya
    • 雑誌名

      Chemistry ? A European Journal

      巻: 27 号: 7 ページ: 2289-2293

    • DOI

      10.1002/chem.202004053

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Polystyrene-Cross-Linking Triphenylphosphine on a Porous Monolith: Enhanced Catalytic Activity for Aryl Chloride Cross-Coupling in Biphasic Flow2020

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto Hikaru、Hoshino Yu、Iwai Tomohiro、Sawamura Masaya、Miura Yoshiko
    • 雑誌名

      Industrial & Engineering Chemistry Research

      巻: 59 号: 34 ページ: 15179-15187

    • DOI

      10.1021/acs.iecr.0c02404

    • NAID

      120007126251

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Ir-Catalyzed Reversible Acceptorless Dehydrogenation/Hydrogenation of N-Substituted and Unsubstituted Heterocycles Enabled by a Polymer-Cross-Linking Bisphosphine2020

    • 著者名/発表者名
      Zhang Deliang、Iwai Tomohiro、Sawamura Masaya
    • 雑誌名

      Organic Letters

      巻: 22 号: 13 ページ: 5240-5245

    • DOI

      10.1021/acs.orglett.0c01905

    • NAID

      120007053061

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Synthesis and Photocatalytic Property of Organic-Inorganic Hybrid Ruthenium(II) Complexes with a Linked Rotaxane Structure2023

    • 著者名/発表者名
      Qichun Jiang, Yuka Imanishi, Hiromichi Miyagishi, Nobutaka Yoshimura, Atsushi Kobayashi, Hiroshi Masai, Shin-ya Takizawa, Tomohiro Iwai, Jun Terao
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 固体材料と金属錯体のハイブリッド化による機能性不均一系触媒の開発2022

    • 著者名/発表者名
      岩井智弘
    • 学会等名
      ハイブリッド触媒 若手道場Online
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 固体-分子ハイブリッド系による触媒デザイン2022

    • 著者名/発表者名
      岩井智弘
    • 学会等名
      第130回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of Organic-Inorganic Hybrid Catalyst with Linked Rotaxane Structure via Click Strategy2022

    • 著者名/発表者名
      Qichun Jiang, Yuka Imanishi, Hiromichi V. Miyagishi, Hiroshi Masai, Tomohiro Iwai・Jun Terao
    • 学会等名
      第12回サブウェイセミナー
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] [1]ロタキサン型π共役リンカーを利用した有機無機ハイブリッド触媒の開発2022

    • 著者名/発表者名
      今西優果・姜琦春・宮岸拓路・正井宏・岩井智弘・寺尾潤
    • 学会等名
      第12回 CSJ化学フェスタ2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 固体および分子の空間特性を活かした遷移金属錯体触媒の設計2021

    • 著者名/発表者名
      岩井智弘
    • 学会等名
      第37回有機合成化学セミナー
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 固相多点担持ホスフィン配位子の設計・合成・触媒機能2021

    • 著者名/発表者名
      岩井智弘
    • 学会等名
      日本化学会 第101春季年会 若い世代の特別講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] 東京大学 寺尾研究室

    • URL

      http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/terao/concept4.html

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [産業財産権] ビピリジン骨格を有する配位子、それを含む錯体及びそれを含む触媒2020

    • 発明者名
      澤村正也,岩井智弘,金容俊
    • 権利者名
      国立大学法人北海道大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2020-182709
    • 出願年月日
      2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

URL: 

公開日: 2020-04-28   更新日: 2023-12-25  

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