2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of New Photocatalytic Reactions by Cerium-containing Multi-metallic Clusters
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22J21165
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
玉木 颯太 大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2022-04-22 – 2025-03-31
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| Keywords | 金属クラスター錯体 / カルボン酸 / 脱炭酸 / ラジカル / セリウム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、光触媒特性に優れたクラスター錯体の合成と、それらを用いた高活性かつ高選択的な新規有機合成反応の開発を目的としている。
本研究者は、これまで開発したセリウム１つとジルコニウム５つからなる新規６核金属クラスター光触媒が、従来のセリウムのみからなる同種金属錯体に比べて格段に触媒活性が高いことを見出し、カルボン酸の脱炭酸－酸素酸化反応において、セリウムの触媒量を従来の１０分の１にまで低減することに成功した。さらに、この錯体に対して２当量のマンガン塩を添加することにより、反応系中で３つの金属からなる異種金属クラスターが形成され、カルボン酸の脱炭酸によって生じた炭素ラジカルとアゾ化合物の付加反応が効率よく進行することが明らかになった。現在、基質適用範囲の拡大を検討しており、特に天然カルボン酸の適用可能であるかを確認している。
また、アセトニトリル溶媒中でカルボン酸と鉄アルコキシドを反応させることにより３核鉄クラスター錯体が速やかに形成されることを明らかにし、この錯体がカルボン酸の脱炭酸により生じる炭素ラジカルと電子不足アルケンの付加反応が触媒的に進行することを見出した。本反応は、セリウムを含むクラスター光触媒では当量的にしか進行しない反応であり、金属の種類によって適用できる基質が大きく異なることが明らかになった。さらに、酸化されやすい官能基であるフェノール基を有するカルボン酸やアミン部位を保護したアミノ酸を本反応に適用することができるため、基質適用範囲を大きく拡大する計画である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
セリウムや鉄といった卑金属アルコキシドが、カルボン酸と少量の水の存在下で容易にクラスター形成を起こすことに着目し、これらの金属からなるクラスター錯体の合成とそれらの光触媒特性を見出している。すなわち、酸素架橋クラスター錯体の光触媒機能に着目し、カルボン酸の脱炭酸－官能基化反応の開発に成功しており、クラスター錯体を構成する金属の種類によって、使用できる基質の種類が大きく異なることを発見した。さらに、アミノ酸や糖カルボン酸などの天然カルボン酸を基質として用いることができる予備的結果が得られ始めていることから、本研究をさらに継続して進めることで、多種多様な有機合成反応の開発につなげられると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで見出してきたセリウムとジルコニウムからなる異種金属クラスター錯体や鉄からなる同種金属クラスター錯体の異なる光触媒特性に着目し、金属クラスター錯体ならではの光触媒反応の開発に向けて研究を展開するとともに、鉄と他の金属からなる異種金属クラスター錯体の開発に挑戦する計画である。
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Research Products
(1 results)
