2023 Fiscal Year Annual Research Report

Synthesis and Reactivity of Coordinatively Unsaturated Transition Metal Carbide Clusters

Research Project

Project/Area Number	20H02758
Research Institution	Osaka Metropolitan University
Principal Investigator	竹本真大阪公立大学, 大学院理学研究科, 准教授 (20347511)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords	カーバイド / クラスター / ニトロゲナーゼ / フィッシャートロプシュ
Outline of Annual Research Achievements	金属触媒上で CO と水素から鎖状炭化水素を合成する Fischer-Tropsch (FT) 反応は、CO2を燃料油等に再資源化するカーボンリサイクルの中核を担うコア技術の一つであるが、そのメカニズムには未解明な部分が多く残されている。私は、金属表面のモデルとなる配位不飽和な二核または三核の金属サイトに CHx 基（x = 0, 1, 2）を配位させた多金属反応場の構築法を確立し、これらの反応場においてカーバイド C とメチレン CH2 から形成されるビニリデン C=CH2 を開始基とする CH2 の逐次付加により炭素鎖成長が進行することを明らかにした。これは、FT 反応について推定されてきた炭素鎖生成機構を、実在系で分子レベルで初めて実証したものである。これらの研究の過程で、世界初となる三方平面型 sp2カーバイド錯体、一重項カルベンとアイソローバルな電子状態を持つカーバイド錯体など、新しい結合状態を持つ金属カーバイド活性種を見出し、それらの性質を解明した。これらの成果は以下に示すようなインパクトの高い学術誌に掲載され、国際的にも高く評価されている。また、カーバイドを架橋配位子とする多金属反応場は、窒素固定酵素ニトロゲナーゼの活性部位にも存在が確認されており、その生成機構および活性発現機構の解明は触媒科学分野の重要な研究課題となっている。私は、ニトロゲナーゼにおけるカーバイドの供給源S-アデノシルメチオニンのモデルとなるメチルスルホニウムイオンからの炭素移動を経て、ニトロゲナーゼの部分構造である炭素配位子を頂点に持つキュバン型金属硫黄クラスターを合成することに成功しており、今後この研究を進めることでこれまでに展開してきた遷移金属カーバイド錯体の化学をさらにインパクトの大きなプロジェクトに拡張できるものと考えている。
Research Progress Status	令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	令和5年度が最終年度であるため、記入しない。