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2020 年度 実績報告書

鉄触媒クロスカップリング反応における量子効果制御の応用と検証

研究課題

研究課題/領域番号 20H02740
研究機関京都大学

研究代表者

中村 正治  京都大学, 化学研究所, 教授 (00282723)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード鉄触媒 / 選択的合成 / クロスカップリング反応 / カルボメタル化反応
研究実績の概要

本研究では,スピン多重度の異なるポテンシャルエネルギー表面(PES)間の遷移=系間交差を利用した反応の促進,ならびに,基質分子間および配位子との間に生じるLondon分散力をデザインすることで,合成化学的な魅力に富む高選択的鉄触媒クロスカップリング反応を開発する。研究期間中に,【A】不斉クロスカップリング反応,【B】ジアステレオ選択的クロスカップリング反応の開発とこれらに対する【C】反応機構研究に基づく量子効果の検証を行い,反応経路に対する系間交差と分散力の影響を理論的に明らかにすることを計画し,各年度毎に実行してきた。これまでに,種々の配位子の合成とカップリング反応への応用から研究を行って来た。モデル系に対する大規模DFT計算と反応経路解析を並行し,スピン状態毎の全反応経路のポテンシャルエネルギー表面(PES)を求めることで反応機構の解明をおこない,報告した。(Sharma, et al., Molecules 2020,25,3612). 実験では,同不斉配位子による有機亜鉛化合物のアザビシクロアルケンへの付加反応の検討を進め,エナンチオおよびジアステレオ選択的なカルボメタル化反応の開発に成功した。同反応の反応活性種体の溶液構造を放射光XAS法で求め,計算結果と照らし合わせることで,本反応系ではクロスカップリング反応系と異なり鉄触媒の酸化還元は起こらずFe(II)中間体を嗅ぎ反応活性主として進むことが明らかとなった。この結果は速報として発表した。(Adak et al., Chem. Commun., 2021, 57, 6975-6978)現在大規模DFT計算を行っており,汎関数と分散力補正を系統比較することで量子効果の理論検証を進めている。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

実績の概要に示した様にクロスカップリング系での反応機構解析とカルボメタル化系での反応開発は順調に進んでいる。一方雇用予定であった研究員の来日がキャンセルとなったため,前者での反応開発と後者での理論解析が計画よりやや遅れている。

今後の研究の推進方策

2022年度は,新たに研究補助員を雇用したので,上記遅れを取り戻して研究計画を完遂する。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 5件)

  • [国際共同研究] NTU(シンガポール)

    • 国名
      シンガポール
    • 外国機関名
      NTU
  • [国際共同研究] IIST(インド)

    • 国名
      インド
    • 外国機関名
      IIST
  • [国際共同研究] ICIQ(スペイン)

    • 国名
      スペイン
    • 外国機関名
      ICIQ
  • [雑誌論文] Iron-catalysed enantioselective carbometalation of azabicycloalkenes2021

    • 著者名/発表者名
      Adak, L.; Jin, M.; Saito, S.; Kawabata, T.; Itoh, T.; Ito, S.; Sharma, A. K.; Gower, N. J.; Cogswell, P.; Geldsetzer, J.; Takaya, H.; Isozaki, K*; and Nakamura, M.*
    • 雑誌名

      Chem. Commun.

      巻: 57 ページ: 6975-6978

    • DOI

      10.1039/D1CC02387J

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Iron-Catalyzed Cross-Coupling Reactions Tuned by Bulky<i>Ortho</i>-Phenylene Bisphosphine Ligands2021

    • 著者名/発表者名
      Adak Laksmikanta、Hatakeyama Takuji、Nakamura Masaharu
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      巻: 94 ページ: 1125~1141

    • DOI

      10.1246/bcsj.20200392

  • [雑誌論文] A DFT Study on FeI/FeII/FeIII Mechanism of the Cross-Coupling between Haloalkane and Aryl Grignard Reagent Catalyzed by Iron-SciOPP Complexes2020

    • 著者名/発表者名
      Sharma Akhilesh、Nakamura Masaharu
    • 雑誌名

      Molecules

      巻: 25 ページ: 3612~3612

    • DOI

      10.3390/molecules25163612

  • [学会発表] Iron-Catalyzed Selective Cross-Coupling and Some Related Reactions2021

    • 著者名/発表者名
      Masaharu Nakamura
    • 学会等名
      BASF Crop Protection Team Web Seminar
    • 招待講演
  • [学会発表] 化学資源変革を目指した有機合成: 鐵と森林で明るい未来を!2021

    • 著者名/発表者名
      中村正治
    • 学会等名
      有機合成化学協会九州山口支部 2021年度第2回有機合成化学講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] 化学資源変革を目指した有機合成: 鐵と森林で明るい未来を!2021

    • 著者名/発表者名
      中村正治
    • 学会等名
      近畿化学協会令和3年度第2回合成フォーラム
    • 招待講演
  • [学会発表] 化学資源変革を目指した有機合成: 鐵と森林で明るい未来を!2021

    • 著者名/発表者名
      中村正治
    • 学会等名
      日産化学株式会社 物質科学研究所 講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] 化学資源変革を目指した有機合成: 鐵と森林で明るい未来を!2021

    • 著者名/発表者名
      中村正治
    • 学会等名
      第8回元素戦略に基づく触媒設計シンポジウム
    • 招待講演

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公開日: 2023-12-25  

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