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固体触媒表面での新規不斉反応場の創成とワンポット精密有機合成反応の開発

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 20H04799
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
研究機関大阪市立大学

研究代表者

田村 正純  大阪市立大学, 人工光合成研究センター, 准教授 (10635551)

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
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2021年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2020年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
キーワード不斉水素化 / ケトン / アルコール / イリジウム / 酸化セリウム / ニッケル / マイケル付加 / 触媒
研究開始時の研究の概要

不斉合成は農薬、医薬等の有用化合物の基本骨格を形成する重要な反応である。生成物との分離、触媒の回収・再利用の観点から、固体不斉触媒の開発が望まれるが、均一系不斉触媒に比べて固体表面は不均一かつキラル配位子を活性金属に的確に導入することが難しいため、圧倒的に開発は遅れている。本研究では、固体金属酸化物表面に担持した水素化活性化金属種を不斉配位子で表面修飾することで、新しい不均一系不斉触媒の構築を目指す。また、構築した触媒系の触媒構造および反応メカニズム解明も行う。

研究実績の概要

均一系触媒に比べ、不均一系触媒である固体触媒を用いた不斉合成反応の例は非常に限られており、さらに、不斉合成をワンポット反応に組込んだ報告例はほとんどない。本研究では、キラル配位子を活性金属ではなく担体である金属酸化物に酸・塩基相互作用により導入し、活性金属周辺に集積させることで、固体表面に新規不斉反応場を形成することを目指している。さらに、金属酸化物の酸・塩基機能と不斉水素化を組み合わせたワンポット合成反応の実現を目指した、C-Cカップリング反応系の開発も行う。
昨年度までの検討により、酸化セリウムにイリジウムを担持させた触媒(Ir/CeO2触媒)にキラル配位子としてNOBIN(2-amino-2'-hydroxy-1,1'-binaphthyl)を組み合わせた金属+金属酸化物+有機配位子からなるハイブリッド触媒系が単純ケトンの不斉水素化に有効であることを見出している。速度論的解析、触媒構造解析及びDFT計算を組み合わせた検討から、イリジウムナノクラスター、酸化セリウム、NOBINの界面から成る不斉反応場を提案し、不斉水素化反応の反応メカニズムを明らかにした(ACS Catal., 12 (2022) 868-876)。また、昨年度までに見出していた、マイケル付加反応に有効な異種金属酸化物ハイブリッド触媒であるモリブデン酸化物担持酸化セリウム触媒(MoOx-CeO2触媒)の速度論解析を行い、触媒構造解析の結果を組み合わせることで、触媒活性サイトを解明し、また、その活性が有機強塩基触媒であるDBU(1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene)よりも1800倍高いことを明らかにした(ChemCatChem, 13 (2021) 4075-4079.)。さらに、前年度までに見出していたオレフィンの水素化に有効な異種金属からなるハイブリッド合金触媒であるNi-Ir alloy触媒がN-ヘテロ芳香族化合物の完全水素化反応にも高活性を示すことを見出し、Catal. Sci. Technol., 12 (2022) 2420-2425にその成果を報告した。

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

    (8件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (1件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Unique catalytic property of Ni-Ir alloy for hydrogenation of N-heteroaromatics2022

    • 著者名/発表者名
      Jiaqi Bai, MasazumiTamura, Yoshinao Nakagawa, Keiichi Tomishige
    • 雑誌名

      Catalysis Science & Technology

      巻: 12 号: 8 ページ: 2420-2425

    • DOI

      10.1039/d2cy00383j

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Heterogeneous Enantioselective Hydrogenation of Ketones by 2-Amino-2'-hydroxy-1,1'-binaphthyl-Modified CeO2-Supported Ir Nanoclusters2022

    • 著者名/発表者名
      Masazumi Tamura, Nao Hayashigami, Akira Nakayama, Yoshinao Nakagawa,Keiichi Tomishige
    • 雑誌名

      ACS Catalysis

      巻: 12 号: 2 ページ: 868-876

    • DOI

      10.1021/acscatal.1c04427

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Model and Terpenoid-Derived exo-Methylene Six-Membered Conjugated Dienes: Comprehensive Studies on Cationic and Radical Polymerizations of Substituted 3-Methylenecyclohexenes2022

    • 著者名/発表者名
      Takenori Nishida, Kotaro Satoh, Masazumi Tamura, Yingai Li, Keiichi Tomishige, Masami Kamigaito
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: 55 号: 6 ページ: 2300-2309

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.2c00099

    • 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] Effective Heterogeneous MoOx-modified CeO2 Catalyst for Michael Addition of Dimethyl Malonate to 2-Cyclohexen-1-one2021

    • 著者名/発表者名
      Masazumi Tamura, Yamato Doi, Yingai Li, Yoshinao Nakagawa, Keiichi Tomishige
    • 雑誌名

      ChemCatChem

      巻: 13 号: 19 ページ: 4075-4079

    • DOI

      10.1002/cctc.202100682

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Comprehensive Study on Ni- or Ir-Based Alloy Catalysts in the Hydrogenation of Olefins and Mechanistic Insight2021

    • 著者名/発表者名
      Bai Jia-qi、Tamura Masazumi、Nakayama Akira、Nakagawa Yoshinao、Tomishige Keiichi
    • 雑誌名

      ACS Catalysis

      巻: 11 号: 6 ページ: 3293-3309

    • DOI

      10.1021/acscatal.0c04615

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Terpenoid-derived conjugated dienes with exo-methylene and a 6-membered ring: high cationic reactivity, regioselective living cationic polymerization, and random and block copolymerization with vinyl ethers2021

    • 著者名/発表者名
      Nishida Takenori、Satoh Kotaro、Tamura Masazumi、Li Yingai、Tomishige Keiichi、Caillol Sylvain、Ladmiral Vincent、Vayer Marylene、Mahut Frederic、Sinturel Christophe、Kamigaito Masami
    • 雑誌名

      Polymer Chemistry

      巻: 12 号: 9 ページ: 1186-1198

    • DOI

      10.1039/d1py00035g

    • NAID

      120007169518

    • 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] Biobased Cycloolefin Polymers: Carvone-Derived Cyclic Conjugated Diene with Reactive exo-Methylene Group for Regioselective and Stereospecific Living Cationic Polymerization2020

    • 著者名/発表者名
      Nishida Takenori、Satoh Kotaro、Nagano Shusaku、Seki Takahiro、Tamura Masazumi、Li Yingai、Tomishige Keiichi、Kamigaito Masami
    • 雑誌名

      ACS Macro Letters

      巻: 9 号: 8 ページ: 1178-1183

    • DOI

      10.1021/acsmacrolett.0c00479

    • NAID

      120006941033

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Asymmetric hydrogenation of ketones by chiral ligand-modified Ir/CeO2 catalyst2021

    • 著者名/発表者名
      Nao Hayashigami, Masazumi Tamura, Yoshinao Nakagawa, Keiichi Tomishige
    • 学会等名
      Pacifichem 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2022-12-28  

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