精密有機合成、有機金属化学、金属クラスター、担持型触媒、水素化、ヒドロシリル化

金属クラスターの精密設計に基づく実践的な分子変換反応の開発と応用研究

研究背景

プラスチックや医薬品など，我々の身の回りには多くの有機分子が含まれています．これら有機分子を創り出す上で基幹科学技術である有機合成化学において，近年ではグリーンサスティナブルケミストリーや元素戦略を含む持続可能な開発目標(SGDs： Sustainable Development Goals)に立脚した高機能触媒の創製，ならびに反応開発が求められています．

当研究室では，有機金属化学を基盤として金属錯体を精密設計し，これらを前駆体として炭素ナノ繊維(CNF)や活性炭といった炭素材料，さらには様々な金属酸化物上にナノからサブナノサイズ(<1 nm)の金属クラスターを高分散かつサイズ制御して担持する手法を開発しています．さらにこれらを触媒とし，多くの化学者が容易に利用でき，さらに現代社会に求められている地球環境に調和した省資源で省エネルギー型の精密な物質合成，特に医農薬品や機能性材料を指向した合成プロセスの創出を目指しています．

担持型金属クラスターの創製と触媒的水素化反応

一般に担持型金属クラスターは工業的に広く触媒として利用されていますが，触媒活性や化学選択性における再現性の向上，さらには反応系への金属の溶出を抑制する必要があります．当研究室では，有機金属錯体の穏和な分解反応を利用して炭素ナノ繊維(CNF)や活性炭上にナノサイズの金属クラスターを精密に担持することに成功しています．これらは芳香環やニトロ基の水素化反応において，既存の触媒と比較して高い活性かつ耐久性を示すことを明らかにしています．さらに窒素を導入したCNFや活性炭を担体として用いると，導入した窒素が触媒の被毒剤として機能し，従来の触媒では困難であった化学選択性を達成できること，金属/窒素比により触媒活性が容易に調整可能なことを見出しています．

可溶性金属サブナノクラスターの創製と触媒的ヒドロシリル化反応

金属クラスターの触媒機能は，そのサイズに依存することが知られています．当研究室では，担持型金属触媒にヒドロシランを作用させると，サブナノサイズの可溶性金属クラスターが発生し，アミドの還元反応や従来困難であった脱保護反応を安価なヒドロシランで効率的に実現できることを見出しています．

この高活性な金属クラスターは反応の途中で失活して担体上に固定化されますが，反応系中で容易に再発生可能であることから，我々は「再生可能なインテリジェント型触媒」として注目しています．

産学連携について

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