４重ロタキサン型ポルフィリン／フタロシアニン多重機能性触媒のプログラム構築

本研究は、ポルフィリン金属錯体とフタロシアニン金属錯体をface-to-face型に組織化することで、2つの金属錯体が協同的に働く超分子触媒を構築することを目的とする。本年度は特に、低級アルカン酸化触媒の構築に取り組んだ。メタンやエタンなどの低級アルカンは、天然ガスの大部分を占めるが、その不活性さのため、化成品原料としての利用が難しいことが知られている。このため、低級アルカンを酸化し、直接工業的に有用な化合物を得る触媒の開発は、近年のエネルギー問題解決のための喫緊の課題である。これまでに我々は、ポルフィリンとフタロシアニンが4重のロタキサン結合によりface-to-face型に連結されたダイマーの合成を報告した。ダイマーにFe(II)イオンを作用させ2核Fe(II)錯体とした後、アジドイオンを作用させることで、窒素架橋2核Fe(IV)錯体を得た。窒素架橋2核Fe(IV)錯体をシリカゲルに担持して得た固体触媒に、酸化剤である過酸化水素を添加して、エタン加圧下においてエタンの酸化反応をおこなったところ、窒素架橋2核Fe(IV)錯体はエタンを触媒的に酸化して、エタノール、アセトアルデヒド、酢酸を生成することがわかった。次に、超分子会合体形成反応を利用して、窒素架橋2核Fe(IV)錯体の酸化触媒活性の向上に取り組んだ。これまでに我々は、4つのアンモニウムイオンを持つ4重ロタキサン型ダイマーが、テトラアニオン性ポルフィリンであるTPPSと多重のイオン性相互作用とスタッキング相互作用によりFace-to-Face型に会合することで、電子状態が大きく変化することを見出している。この会合体形成反応を利用すれば、窒素架橋2核Fe(IV)錯体の酸化触媒活性を向上できる可能性があると考え、Cu(II)-TPPSとの1:1会合体を構築した。同様の反応条件で、1:1会合体を触媒として用いてエタンの酸化反応をおこなった結果、Cu(II)-TPPSとの会合体形成により、エタン酸化触媒活性が大きく向上することがわかった。

本研究は、ポルフィリン金属錯体とフタロシアニン金属錯体をface-to-face型に組織化することで、2つの金属錯体が協同的に働く超分子触媒を構築することを目的とする。本年度は特に、低級アルカン酸化触媒の構築に取り組んだ。メタンやエタンなどの低級アルカンは、天然ガスの大部分を占めるが、その不活性さのため、化成品原料としての利用が難しいことが知られている。このため、低級アルカンを酸化し、直接工業的に有用な化合物を得る触媒の開発は、近年のエネルギー問題解決のための喫緊の課題である。これまでに我々は、ポルフィリンとフタロシアニンが4重のロタキサン結合によりface-to-face型に連結されたダイマーの合成を報告した。ダイマーにFe(II)イオンを作用させ2核Fe(II)錯体とした後、アジドイオンを作用させることで、窒素架橋2核Fe(IV)錯体を得た。窒素架橋2核Fe(IV)錯体をシリカゲルに担持して得た固体触媒に、酸化剤である過酸化水素を添加して、エタン加圧下においてエタンの酸化反応をおこなったところ、窒素架橋2核Fe(IV)錯体はエタンを触媒的に酸化して、エタノール、アセトアルデヒド、酢酸を生成することがわかった。次に、超分子会合体形成反応を利用して、窒素架橋2核Fe(IV)錯体の酸化触媒活性の向上に取り組んだ。これまでに我々は、4つのアンモニウムイオンを持つ4重ロタキサン型ダイマーが、テトラアニオン性ポルフィリンであるTPPSと多重のイオン性相互作用とスタッキング相互作用によりFace-to-Face型に会合することで、電子状態が大きく変化することを見出している。この会合体形成反応を利用すれば、窒素架橋2核Fe(IV)錯体の酸化触媒活性を向上できる可能性があると考え、Cu(II)-TPPSとの1:1会合体を構築した。同様の反応条件で、1:1会合体を触媒として用いてエタンの酸化反応をおこなった結果、Cu(II)-TPPSとの会合体形成により、エタン酸化触媒活性が大きく向上することがわかった。