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地球大気の約8割を占める豊富な資源である窒素分子は、2個の窒素原子が三重結合という強い共有結合で結ばれているため非常に安定であり、このため、窒素分子を有用な有機化合物（含窒素有機化合物）に直接変換することは非常に困難である。通常、多くのエネルギーを消費する「ハーバー・ボッシュ法」によって、窒素分子から合成されたアンモニアを窒素原料として含窒素有機化合物を合成している。アンモニアを用いずに、温和な条件で窒素分子を含窒素有機化合物に直接変換する手法の開発は、これまであまり進んでいなかった。例えば、化学工業上需要な中間原料である含窒素有機化合物のニトリルは、医農薬中間体、溶剤、アクリル繊維の前駆物質、ナイロンの原料など、その用途は多岐にわたる。合成に関しては、アンモニアを原料とする合成手法にほぼ限られており、これまで報告されている窒素分子からの直接ニトリル合成では、合成できるニトリルが限られていたり、また、多くの添加剤や、何段階もの反応が必要といった実用上の問題点があった。
本申請研究では、新たに開発した四つのチタンを含むチタン化合物から特殊な試薬を用いずに窒素分子を切断した。さらに、切断した窒素種と入手が容易なカルボン酸塩化物から温和な条件で含窒素有機化合物であるニトリルを直接合成することに成功した。また反応で生じたチタン塩化物は、再び原料としてリサイクルできることも判明した。従来の研究では、窒素切断に特殊な金属還元剤が必要であったり、切断した窒素種の変換に多数の添加剤が必要だったりと多くの課題があった。本研究成果は、ハーフサンドイッチ型チタン錯体が窒素分子の活性化と含窒素有機化合物への直接的な変換に有効であることを示しており、今後、この系を用いた様々な窒素分子変換反応の開発が期待される。
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