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2013 年度 実績報告書

感応性酸化活性種としての高原子価ルテニウム錯体の合成と反応性

公募研究

研究領域感応性化学種が拓く新物質科学
研究課題/領域番号 25109507
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

研究機関筑波大学

研究代表者

小島 隆彦  筑波大学, 数理物質系, 教授 (20264012)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
キーワード高原子価ルテニウム錯体 / 電子状態 / 酸化反応 / プロトン共役電子移動 / 反応機構解析
研究概要

ルテニウム(IV)-オキソ錯体及び高原子価ルテニウム―ナイトライド(Ru≡N)錯体の反応性及び基質酸化機構の本質に迫ると共に、高効率な酸化触媒系の構築を目指す。これらを通じて、生体内酸化反応で重要な「感応性化学種」としての高原子価金属錯体の反応性を探求する。
1.N4Py (N4Py = N,N-bis(2-pyridyl-methyl)-N-bis(2-pyridyl)-methylamine)を配位子とするRu(II)-アンミン錯体を合成し、結晶構造解析、各種分光分析、電気化学測定によるキャラクタリゼーションを行った。その結果、Ru(II)-アンミン錯体の酸性水溶液中における電解酸化により、Ru(V)-イミド(NH)錯体の生成とそのキャラクタリゼーションを行った。また、そのRu(V)-イミド錯体は、1.5倍モルの2電子供与体であるヒドロキノンと反応して、Ru(II)-アンミン錯体に戻ることが確認された。さらに、Ru(V)-イミド錯体は、ベンジルアルコールをベンズアルデヒドに酸化することを見いだし、速度論解析を行った。
2.Me2Py5 (Me2Py5 = 2,6-bis(1,1-bis(2-pyridyl)ethyl)pyridine)を配位子とするRu(II)-アクア錯体を合成し、その酸化により、酸化活性なRu(III)-ヒドロキソ錯体を合成した。その錯体による緩衝水溶液中での基質酸化反応について、速度論的解析を行った。その結果、基質からの電子移動のドライビングフォースが0.6 eVにおいて、基質酸化機構が、水素移動反応から電子移動反応へと切り替わることを見いだした。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

Ru(II)-アンミン錯体のプロトン共役電子移動(PCET)酸化によるRu(V)-イミド錯体の生成とキャラクタリゼーションについて、世界で初めて成功した。さらに、その反応性について、ベンジルアルコールのベンズアルデヒドへの酸化、2-プロパノールのアセトンへの酸化などを明らかにした。さらに、前者の反応について速度論的解析を行い、速度論的同位体効果が1.2と小さいことを明らかにした。また、その他の基質に関する酸化反応も進行することが明らかとなり、これまで知られていないRu(V)-イミド錯体の反応性と性質を明らかにしつつある。
一方、これまで殆ど知られていない、Ru(III)-ヒドロキソ錯体による水素引き抜き過程を伴う基質酸化反応において、基質の酸化還元電位、すなわち基質からRu(III)中心への電子移動のドライビングフォースに依存して、その反応機構が電子移動律速から水素移動律速へと切り替わることが明らかになった。
これらの成果については、近日中に論文としてまとめて投稿する予定である。

今後の研究の推進方策

Ru(IV)-オキソ錯体によるシクロヘキセンの酸化反応において、C=C二重結合の酸化(エポキシ化)とアリル位C-H酸化の選択性が、どのような要因によって制御されるかについて検討する。特に、溶媒の極性に着目し、生成物の変化、速度論的解析による速度論的パラメータの決定を通じて、溶媒効果の本質に迫りたい。また、プロトンや金属イオンといったルイス酸の相互作用による、Ru(IV)-オキソ錯体の反応性の変化についても明らかにしたい。

  • 研究成果

    (43件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (34件) (うち招待講演 8件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Hydrogen atom abstraction reactions independent of C-H bond dissociation energies of organic substrates in water: Significance of oxidant-substrate adduct formation2014

    • 著者名/発表者名
      T. Ishizuka, S. Ohzu, H. Kotani, Y. Shiota, K. Yoshizawa, T. Kojima
    • 雑誌名

      Chemical Sciences

      巻: 5 ページ: 1429-1436

    • DOI

      10.1039/c3sc53002g

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Complete Photochromic Structural Changes of Ruthenium(II)-Diimine Complexes, Based on Control of the Excited States by Metallation2013

    • 著者名/発表者名
      T. Sawaki, T. Ishizuka, M. Kawano, Y. Shiota, K. Yoshizawa, T. Kojima
    • 雑誌名

      Chemistry - A European Journal

      巻: 19 ページ: 8978-8990

    • DOI

      10.1002/chem.201300437

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis and Characterization of an Azido-Bridged Dinuclear Ruthenium(II)-Polypyridylamine Complex Forming a Mixed-Valence State2013

    • 著者名/発表者名
      M. Makino, T. Ishizuka, S. Ohzu, H. Jiang, H. Kotani, T. Kojima
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry

      巻: 52 ページ: 5507-5514

    • DOI

      10.1021/ic400412f

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multiply-fused porphyrins―Effects of extended π-conjugation on the optical and electrochemical properties2013

    • 著者名/発表者名
      T. Ishizuka, Y. Saegusa, Y. Shiota, K. Ohtake, K. Yoshizawa, and T. Kojima
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 49 ページ: 5939-5941

    • DOI

      10.1039/C3CC42831A

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Directly-Linked Ferrocene-Naphthalenediimide Conjugate: Precise Control of Stacking Structures of π-Systems upon Redox Stimuli2013

    • 著者名/発表者名
      A. Takai, T. Yasuda, T. Ishizuka, T. Kojima, M. Takeuchi
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 52 ページ: 9167-9171

    • DOI

      10.1002/anie.201302587

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Control of the spatial arrangements of supramolecular networks based on saddle-distorted porphyrins by intermolecular hydrogen bonding2013

    • 著者名/発表者名
      T. Ishizuka, M. Sankar, T. Kojima
    • 雑誌名

      Dalton Transactions

      巻: 42 ページ: 16073-16079

    • DOI

      10.1039/c3dt51467f

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 遷移金属錯体のフォトクロミック挙動2013

    • 著者名/発表者名
      石塚智也、小島隆彦
    • 雑誌名

      光化学

      巻: 44 ページ: 65-72

  • [学会発表] 大環状アニオン性配位子を有する中間スピン鉄(III)錯体の合成と酸化剤との反応2014

    • 著者名/発表者名
      荻島郁弥、小谷弘明、石塚智也、小島隆彦
    • 学会等名
      日本化学会第94春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス(愛知)
    • 年月日
      20140330-20140330
  • [学会発表] 周辺部にカルボキシ基を有するドデカフェニルポルフィリンの水素結合ネットワーク形成2014

    • 著者名/発表者名
      梶井宏樹、石塚智也、サンカー ムニアッパン、山田裕介、福住俊一、小島隆彦
    • 学会等名
      日本化学会第94春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス(愛知)
    • 年月日
      20140330-20140330
  • [学会発表] NNN-もしくはNSN-型配位子を有する銅(II)錯体の合成とその反応性2014

    • 著者名/発表者名
      八木智美、石塚智也、小谷弘明、小島隆彦
    • 学会等名
      日本化学会第94春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス(愛知)
    • 年月日
      20140330-20140330
  • [学会発表] Influence of charge of a metal center and characteristics of an ancillary ligand on redox properties of a pterin ligand2014

    • 著者名/発表者名
      MITOME, Hiroumi; ISHIZUKA, Tomoya; KOTANI, Hiroaki; KAWANO, Masaki; KOJIMA Takahiko
    • 学会等名
      日本化学会第94春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス(愛知)
    • 年月日
      20140329-20140329
  • [学会発表] 四重縮環ポルフィリンの電子状態に対する置換基効果2014

    • 著者名/発表者名
      三枝優太、石塚智也、小谷弘明、小島隆彦
    • 学会等名
      日本化学会第94春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス(愛知)
    • 年月日
      20140329-20140329
  • [学会発表] サドル型ポルフィリンジカチオンを光増感部位に持つルテニウム(II)錯体の光誘起電子移動特性と光酸化触媒反応2014

    • 著者名/発表者名
      松崎弘平、石塚智也、大久保敬、小谷弘明、福住俊一、小島隆彦
    • 学会等名
      日本化学会第94春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス(愛知)
    • 年月日
      20140329-20140329
  • [学会発表] Oxidation Reactions of Organic Substrates with a Ru(III)-Hydroxo Complex as a Functional Model of Lipoxygenase2014

    • 著者名/発表者名
      OHZU, Shingo; ISHIZUKA, Tomoya; KOTANI, Hiroaki; KOJIMA, Takahiko
    • 学会等名
      日本化学会第94春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス(愛知)
    • 年月日
      20140329-20140329
  • [学会発表] Photocatalytic hydrogen evolution by a ruthenium(II)-palladium(II)hetero-dinuclear complex2014

    • 著者名/発表者名
      SAWAKI, Takuya; ISHIZUKA, Tomoya; KOTANI, Hiroaki; KOJIMA, Takahiko
    • 学会等名
      日本化学会第94春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス(愛知)
    • 年月日
      20140329-20140329
  • [学会発表] ケト連結縮環構造形成によるπ拡張キノン型ポルフィリンの合成2014

    • 著者名/発表者名
      板垣怜、石塚智也、小谷弘明、小島隆彦
    • 学会等名
      日本化学会第94春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス(愛知)
    • 年月日
      20140329-20140329
  • [学会発表] モノアニオン性配位子を有するクロム(V)-オキソ錯体の電子移動特性2014

    • 著者名/発表者名
      改田鈴枝、小谷弘明、石塚智也、小島隆彦
    • 学会等名
      日本化学会第94春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス(愛知)
    • 年月日
      20140327-20140327
  • [学会発表] Synthesis and Characterization of a Water-Soluble and Saddle-Distorted Porphyrin2014

    • 著者名/発表者名
      OCHIAI, Hidemi; ISHIZUKA, Tomoya; KOTANI, Hiroaki; KOJIMA, Takahiko
    • 学会等名
      日本化学会第94春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス(愛知)
    • 年月日
      20140327-20140327
  • [学会発表] ルテニウム錯体を用いた有機基質の高効率酸化触媒反応2014

    • 著者名/発表者名
      小島隆彦
    • 学会等名
      2014年研究会「金属新機能場の開発をめざして」(大阪大学)
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス(大阪)
    • 年月日
      20140203-20140203
    • 招待講演
  • [学会発表] 人工光合成を指向した超分子電荷分離系の構築と光触媒反応の開発2014

    • 著者名/発表者名
      小島隆彦
    • 学会等名
      つくばイノベーションアリーナ(TIA)参画機関交流会「人工光合成とソ―ラー水素」
    • 発表場所
      エポカルつくば(茨城)
    • 年月日
      20140123-20140123
    • 招待講演
  • [学会発表] CPET過程を伴う有機化合物酸化反応におけるクロム(V)-オキソ錯体の反応性の制御2013

    • 著者名/発表者名
      改田鈴枝、小谷弘明、石塚智也、小島隆彦
    • 学会等名
      第46回酸化反応討論会
    • 発表場所
      筑波大学(茨城)
    • 年月日
      20131116-20131116
  • [学会発表] ルテニウム(IV)-オキソ錯体によるアルコール酸化反応における基質とのアダクト形成の重要性2013

    • 著者名/発表者名
      大図慎吾、石塚智也、小谷弘明、小島隆彦
    • 学会等名
      第46回酸化反応討論会
    • 発表場所
      筑波大学(茨城)
    • 年月日
      20131116-20131116
  • [学会発表] Molecular Bistability of Ruthenium(II)-Pyridylamine Complexes2013

    • 著者名/発表者名
      Takahiko Kojima
    • 学会等名
      4th Asian Conference on Coordination Chemistry(ACCC4)
    • 発表場所
      International Convention Center, Jeju, Korea
    • 年月日
      20131105-20131105
    • 招待講演
  • [学会発表] Synthesis of Ru(II) Pyrroloquinolinequinone (PQQ) Complexes Showing Control of the Redox Potentials of the PQQ Ligand2013

    • 著者名/発表者名
      Hiroumi Mitome, Tomoya Ishizuka, Hiroaki Kotani, Yoshihito Shiota, Kazunari Yoshizawa, Takahiko Kojima
    • 学会等名
      4th Asian Conference on Coordination Chemistry(ACCC4)
    • 発表場所
      International Convention Center, Jeju, Korea
    • 年月日
      20131105-20131105
  • [学会発表] Complete Photochromic Structural Changes of Ruthenium(II)-Pyridylamine-Diimine Complexes2013

    • 著者名/発表者名
      Takuya Sawaki, Tomoya Ishizuka, Masaki Kawano, Yoshihito Shiota, Kazunari Yoshizawa, Takahiko Kojima
    • 学会等名
      4th Asian Conference on Coordination Chemistry(ACCC4)
    • 発表場所
      International Convention Center, Jeju, Korea
    • 年月日
      20131105-20131105
  • [学会発表] Significance of Formation of Oxidant-Substrate Adducts in Hydrogen Abstraction Reactions from Organic Substrates by Ruthenium(IV)-Oxo Complexes in Water2013

    • 著者名/発表者名
      Shingo Ohzu, Tomoya Ishizuka, Hiroaki Kotani, Takahiko Kojima
    • 学会等名
      4th Asian Conference on Coordination Chemistry(ACCC4)
    • 発表場所
      International Convention Center, Jeju, Korea
    • 年月日
      20131105-20131105
  • [学会発表] Rh(III)錯体上におけるピリジルアミン配位子のプロトン脱着2013

    • 著者名/発表者名
      杉山拓巳、小谷弘明、石塚智也、小島隆彦
    • 学会等名
      錯体化学会第63回討論会
    • 発表場所
      琉球大学(沖縄)
    • 年月日
      20131102-20131102
  • [学会発表] プロトン共役電子移動を用いた高原子価ルテニウム(V)-ニトリド錯体の合成と反応性2013

    • 著者名/発表者名
      牧野美咲、石塚智也、小谷弘明、小島隆彦
    • 学会等名
      錯体化学会第63回討論会
    • 発表場所
      琉球大学(沖縄)
    • 年月日
      20131102-20131102
  • [学会発表] 2核化ピリジルメチルアミン配位子を有するルテニウム4核錯体の合成と性質2013

    • 著者名/発表者名
      大図慎吾、石塚智也、小谷弘明、小島隆彦
    • 学会等名
      錯体化学会第63回討論会
    • 発表場所
      琉球大学(沖縄)
    • 年月日
      20131102-20131102
  • [学会発表] Oxidations of Organic Substrates by Ruthenium(IV)-Oxo Complexes in Water2013

    • 著者名/発表者名
      Takahiko Kojima
    • 学会等名
      The 2nd Canada-Japan Joint Symposium on Coordination Chemistry
    • 発表場所
      Hotel Nikko Naha Grand Castle(沖縄)
    • 年月日
      20131101-20131101
    • 招待講演
  • [学会発表] Control of the Redox Potentials of Pyrroloquinolinequinone (PQQ) by Ru<sup>II</sup> Coordination2013

    • 著者名/発表者名
      Hiroumi Mitome, Tomoya Ishizuka, Hiroaki Kotani, Takahiko Kojima
    • 学会等名
      International Symposium for the 70th Anniversary of Tohoku Branch of Chemical Society of Japan
    • 発表場所
      東北大学川内北キャンパス(宮城)
    • 年月日
      20130929-20130929
  • [学会発表] Complete Photochromic Interconversion of Bistable Ruthenium(II)-Diimine Complexes2013

    • 著者名/発表者名
      Takuya Sawaki, Tomoya Ishizuka, Masaki Kawano, Yoshihito Shiota, Kazunari Yoshizawa, Takahiko Kojima
    • 学会等名
      International Symposium for the 70th Anniversary of Tohoku Branch of Chemical Society of Japan
    • 発表場所
      東北大学川内北キャンパス(宮城)
    • 年月日
      20130929-20130929
  • [学会発表] Mechanistic Insights into Substrate Oxidations by Ruthenium(IV)-Oxo Complexes2013

    • 著者名/発表者名
      Shingo Ohzu, Tomoya Ishizuka, Yuichirou Hirai, Hiroaki Kotani, Shunichi Fukuzumi
    • 学会等名
      International Symposium for the 70th Anniversary of Tohoku Branch of Chemical Society of Japan
    • 発表場所
      東北大学川内北キャンパス(宮城)
    • 年月日
      20130929-20130929
  • [学会発表] A Chemistry of Rutheniumu-Pyridylamine Complexes2013

    • 著者名/発表者名
      Takahiko Kojima
    • 学会等名
      International Symposium for the 70th Anniversary of Tohoku Branch of Chemical Society of Japan
    • 発表場所
      東北大学川内北キャンパス(宮城)
    • 年月日
      20130928-20130928
    • 招待講演
  • [学会発表] ルイス酸金属塩を利用したポルフィリン-フラビン連結分子における超長寿命電荷分離状態の形成2013

    • 著者名/発表者名
      小林遼介、石塚智也、中西達昭、大久保敬、小谷弘明、塩田淑仁、吉澤一成、福住俊一、小島隆彦
    • 学会等名
      2013年光化学討論会
    • 発表場所
      愛媛大学城北地区(愛媛)
    • 年月日
      20130911-20130911
  • [学会発表] アミド結合で架橋した新規非平面ポルフィリン-ルテニウム(II)錯体二元系の光誘起電子移動特性2013

    • 著者名/発表者名
      松崎弘平、石塚智也、大久保敬、小谷弘明、福住俊一、小島隆彦
    • 学会等名
      2013年光化学討論会
    • 発表場所
      愛媛大学城北地区(愛媛)
    • 年月日
      20130911-20130911
  • [学会発表] 四重縮環ポルフィリンの電子状態に対する考察2013

    • 著者名/発表者名
      三枝優太、石塚智也、小谷弘明、小島隆彦
    • 学会等名
      第24回基礎有機化学討論会
    • 発表場所
      学習院大学目白キャンパス(東京)
    • 年月日
      20130906-20130906
  • [学会発表] ルテニウム-TPA錯体を基盤とする生体関連化学2013

    • 著者名/発表者名
      小島隆彦
    • 学会等名
      第26回生物無機化学夏季セミナー
    • 発表場所
      阿字ケ浦クラブ(茨城)
    • 年月日
      20130825-20130825
    • 招待講演
  • [学会発表] 励起状態の制御によるルテニウム(II)-ジイミン錯体のフォトクロミックな構造変化の完全制御2013

    • 著者名/発表者名
      沢木拓也、石塚智也、河野正規、塩田淑仁、吉澤一成、小島隆彦
    • 学会等名
      第25回配位化合物の光化学討論会
    • 発表場所
      唐津ロイヤルホテル(佐賀)
    • 年月日
      20130807-20130807
  • [学会発表] Reactivity of Ruthenium(IV)-Oxo Complexes: Mechanistic Insights into Oxidation Reactions of Organic Substrates and Application to Photocatalytic Oxidations2013

    • 著者名/発表者名
      Takahiko Kojima
    • 学会等名
      ICBIC 16
    • 発表場所
      The Alpexpo center of Grenoble (France, Grenoble)
    • 年月日
      20130724-20130724
    • 招待講演
  • [学会発表] Metal-Assisted Formation of an Extremely Long-Lived Charge-Separated State in a Porphyrin-Flavin Dyad2013

    • 著者名/発表者名
      T. Kojima
    • 学会等名
      223rd. ECS Meeting (Electrochemical Society)
    • 発表場所
      The Sheraton Centre Toronto Hotel (Canada, Toronto)
    • 年月日
      20130514-20130514
    • 招待講演
  • [図書] Organic Nanomaterials2013

    • 著者名/発表者名
      S. Fukuzumi and T. Kojima
    • 総ページ数
      601 (pp131-147)
    • 出版者
      John Wiley & Sons
  • [備考] Kojima Laboratory

    • URL

      http://www.chem.tsukuba.ac.jp/kojima/

URL: 

公開日: 2015-05-28  

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