鉄と銅を基軸とした酸素活性化触媒の理論研究

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16K05725
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 塩田 淑仁 九州大学, 先導物質化学研究所, 准教授 (70335991)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 量子化学計算 / 遷移状態 / 触媒反応 / 酸素活性化

研究実績の概要

酵素触媒反応の原動力となる金属活性種の電子構造およびその反応性について探索するため、量子化学計算による理論研究を展開す る。酵素はメタン活性化などの困難な化学反応を常温常圧で高選択的に触媒しており、これらの生体反応は主にタンパク質環境下にあ る金属活性点で起こる。反応素過程で生成する中間体のスピン状態変化およびタンパク質中の電子移動が、金属の関与する酵素触媒反 応を理解するための鍵となる。量子化学計算は有効な研究手段となる。本研究では、反応性に関する理解を飛躍的に深めるため、金属 活性種の生成およびそれに関与する電子移動について理論的に研究し、反応の活性制御を目指す。本年度までに研究の目的である金属 酵素の二核銅活性点による反応がほぼ明らかとなった。とくにメタン酸化酵素がどのように安定なメタンを活性化させるかを理論的に 解明した。これらの結果は学会発表、論文投稿を通じて公開された。

研究成果

• [雑誌論文] Mechanistic Study on Ring-Contracting Skeletal Rearrangement from Porphycene to Isocorrole by Experimental and Theoretical Methods (2020)
  • 著者名/発表者名: Koide Taro、Maeda Takafumi、Abe Tsukasa、Shiota Yoshihito、Yano Yoshio、Ono Toshikazu、Yoshizawa Kazunari、Hisaeda Yoshio
  • 雑誌名: European Journal of Organic Chemistry 巻: 2020 ページ: 1811～1816
  • DOI: 10.1002/ejoc.201901659
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Iron complex of a quadruply fused porphyrin: Synthesis, structure and redox properties (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishizuka Tomoya、Komamura Keiyu、Saegusa Yuta、Tanaka Shogo、Shiota Yoshihito、Yoshizawa Kazunari、Kojima Takahiko
  • 雑誌名: Journal of Porphyrins and Phthalocyanines 巻: 24 ページ: 252～258
  • DOI: 10.1142/S1088424619500846
  • 査読あり
• [雑誌論文] Computational Study on the Light-Induced Oxidation of Iridium?Aqua Complex to Iridium?Oxo Complex over WO3(001) Surface (2019)
  • 著者名/発表者名: Ikeda Kei、Mahyuddin Muhammad Haris、Shiota Yoshihito、Staykov Aleksandar、Matsumoto Takahiro、Ogo Seiji、Yoshizawa Kazunari
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 59 ページ: 415～422
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b02704
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Cupric-superoxide complex that induces a catalytic aldol reaction-type C?C bond formation (2019)
  • 著者名/発表者名: Abe Tsukasa、Hori Yuta、Shiota Yoshihito、Ohta Takehiro、Morimoto Yuma、Sugimoto Hideki、Ogura Takashi、Yoshizawa Kazunari、Itoh Shinobu
  • 雑誌名: Communications Chemistry 巻: 2 ページ: 12
  • DOI: 10.1038/s42004-019-0115-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Giant anisotropic thermal expansion actuated by thermodynamically assisted reorientation of imidazoliums in a single crystal (2019)
  • 著者名/発表者名: Yao Zi-Shuo、Guan Hanxi、Shiota Yoshihito、He Chun-Ting、Wang Xiao-Lei、Wu Shu-Qi、Zheng Xiaoyan、Su Sheng-Qun、Yoshizawa Kazunari、Kong Xueqian、Sato Osamu、Tao Jun
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 ページ: 4805
  • DOI: 10.1038/s41467-019-12833-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Temperature dependence of spherical electron transfer in a nanosized [Fe14] complex (2019)
  • 著者名/発表者名: Huang Wei、Wu Shuqi、Gu Xiangwei、Li Yao、Okazawa Atsushi、Kojima Norimichi、Hayami Shinya、Baker Michael L.、Bencok Peter、Noguchi Mariko、Miyazaki Yuji、Nakano Motohiro、Nakanishi Takumi、Kanegawa Shinji、Inagaki Yuji、Kawae Tatsuya、Zhuang Gui-Lin、Shiota Yoshihito、Yoshizawa Kazunari、Wu Dayu、Sato Osamu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 ページ: 5510
  • DOI: 10.1038/s41467-019-13279-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Real-space observation of far- and near-field-induced photolysis of molecular oxygen on an Ag(110) surface by visible light (2019)
  • 著者名/発表者名: Lin Chenfang、Ikeda Kei、Shiota Yoshihito、Yoshizawa Kazunari、Kumagai Takashi
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 151 ページ: 144705～144705
  • DOI: 10.1063/1.5112158
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of a Ruthenium(V)?Imido Complex and the Reactivity in Substrate Oxidation in Water through the Nitrogen Non-Rebound Mechanism (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishizuka Tomoya、Kogawa Taichi、Makino Misaki、Shiota Yoshihito、Ohara Kazuaki、Kotani Hiroaki、Nozawa Shunsuke、Adachi Shin-ichi、Yamaguchi Kentaro、Yoshizawa Kazunari、Kojima Takahiko
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 58 ページ: 12815～12824
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b01781
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of Amino Acid Residues for Dioxygen Activation in the Second Coordination Sphere of the Dicopper Site of pMMO (2019)
  • 著者名/発表者名: Miyanishi Mayuko、Abe Tsukasa、Hori Yuta、Shiota Yoshihito、Yoshizawa Kazunari
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 58 ページ: 12280～12288
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b01752
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local structures and electronic properties of In atoms in In-doped ZnO (2019)
  • 著者名/発表者名: Hori Yuta、Shiota Yoshihito、Ida Tomonori、Yoshizawa Kazunari、Mizuno Motohiro
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 685 ページ: 428～433
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2019.05.047
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dual Catalytic Cycle of H2 and H2O Oxidations by a Half-Sandwich Iridium Complex: A Theoretical Study (2019)
  • 著者名/発表者名: Ikeda Kei、Hori Yuta、Mahyuddin Muhammad Haris、Shiota Yoshihito、Staykov Aleksandar、Matsumoto Takahiro、Yoshizawa Kazunari、Ogo Seiji
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 58 ページ: 7274～7284
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b00307
  • 査読あり
• [雑誌論文] Methane selective oxidation to methanol by metal-exchanged zeolites: a review of active sites and their reactivity (2019)
  • 著者名/発表者名: Mahyuddin Muhammad Haris、Shiota Yoshihito、Yoshizawa Kazunari
  • 雑誌名: Catalysis Science & Technology 巻: 9 ページ: 1744～1768
  • DOI: 10.1039/c8cy02414f
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanistic Insights into Methane Oxidation by Molecular Oxygen under Photoirradiation: Controlled Radical Chain Reactions (2019)
  • 著者名/発表者名: Hori Yuta、Abe Tsukasa、Shiota Yoshihito、Yoshizawa Kazunari
  • 雑誌名: Bulletin of the Chemical Society of Japan 巻: 92 ページ: 1840～1846
  • DOI: 10.1246/bcsj.20190171
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-Temperature Cooperative Spin Crossover Transitions and Single-Crystal Reflection Spectra of [FeIII(qsal)2](CH3OSO3) and Related Compounds (2019)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Kazuyuki、Yamamoto Kaoru、Yamamoto Takashi、Einaga Yasuaki、Shiota Yoshihito、Yoshizawa Kazunari、Mori Hatsumi
  • 雑誌名: Crystals 巻: 9 ページ: 81～81
  • DOI: 10.3390/cryst9020081
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Visible light-driven cross-coupling reactions of alkyl halides with phenylacetylene derivatives for C(sp3)?C(sp) bond formation catalyzed by a B12 complex (2019)
  • 著者名/発表者名: Chen Li、Kametani Yohei、Imamura Kenji、Abe Tsukasa、Shiota Yoshihito、Yoshizawa Kazunari、Hisaeda Yoshio、Shimakoshi Hisashi
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 55 ページ: 13070～13073
  • DOI: 10.1039/c9cc06185a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Redox behaviour of the β-dihydroporphycene cobalt complex: study on the effect of hydrogenation of the ligand (2019)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto Koichi、Koide Taro、Okawara Toru、Shimakoshi Hisashi、Hori Yuta、Shiota Yoshihito、Yoshizawa Kazunari、Hisaeda Yoshio
  • 雑誌名: Dalton Transactions 巻: 48 ページ: 872～881
  • DOI: 10.1039/c8dt03743d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fundamental electron-transfer and proton-coupled electron-transfer properties of Ru(iv)-oxo complexes (2019)
  • 著者名/発表者名: Kotani Hiroaki、Shimomura Hinatsu、Horimoto Momoka、Ishizuka Tomoya、Shiota Yoshihito、Yoshizawa Kazunari、Yanagisawa Sachiko、Kawahara-Nakagawa Yuka、Kubo Minoru、Kojima Takahiko
  • 雑誌名: Dalton Transactions 巻: 48 ページ: 13154～13161
  • DOI: 10.1039/c9dt02734c
  • 査読あり
• [雑誌論文] An Azulene-Based Chiral Helicene and Its Air-Stable Cation Radical (2019)
  • 著者名/発表者名: Narita Masahiro、Teraoka Takaaki、Murafuji Toshihiro、Shiota Yoshihito、Yoshizawa Kazunari、Mori Shigeki、Uno Hidemitsu、Kanegawa Shinji、Sato Osamu、Goto Kenta、Tani Fumito
  • 雑誌名: Bulletin of the Chemical Society of Japan 巻: 92 ページ: 1867～1873
  • DOI: 10.1246/bcsj.20190219
  • 査読あり / オープンアクセス
• [図書] 高機能性金属錯体が拓く触媒科学 (2020)
  • 著者名/発表者名: 日本化学会
  • 総ページ数: 200
  • 出版者: 化学同人
  • ISBN: 9784759813975