医薬開拓を見据えた、不活性C-H結合への電気化学的CO2ガス直接導入触媒系の開発

本研究では、「不活性C(sp3)-H結合に対し、電気化学的にCO2ガスを直接挿入し、１段階でカルボン酸を合成する」という前人未到の触媒方法論の創出に向けて取り組んでいる。その中で、本研究構想に基づいた以下に示す4つの世界初の重要成果を得ることができた。1. 当研究室で独自に開発したNi５核金属錯体を触媒とした、低反応性分子である不活性アルケン化合物への電気化学的CO2挿入反応に成功した。Ni５核錯体触媒の2電子還元種とCO2が相互作用し、触媒活性種が生成している知見を電気化学的測定から見出している。本触媒系を用いることで、低印加電圧(2-3 V)、高収率、高ファラデー効率を両立できる電気化学的ヒドロカルボキシレーション反応を世界で初めて達成した。また、本触媒系がスチレン類、多置換アルケン類、マイケルアクセプターアルケン類など多種のアルケン基質に適用可能であることも示した。2. Hydrogen Atom Transfer (HAT)触媒、金属触媒を電気化学的条件下機能させる世界に類を見ない協奏触媒系を確立した。本触媒系を用いることで、本研究構想で基軸としている「不活性ベンジル位C(sp3)-H結合に対する電気化学的CO2ガス直接挿入反応」を世界で初めて達成した。3. CO2ガスのみならず、より安定かつ活性化が最難関であるN2ガスの有機化合物への直接挿入反応も試みた。種々検討の結果、金属錯体とルイス酸を電気化学的条件下機能させる新たな協奏触媒系を開発し、低収率ながらカルボニル化合物への電気化学的N2ガス直接挿入反応を世界で初めて達成した。4. 2の達成をより発展させるべく、新たなHAT触媒の開発に着手した。その中で、報告例が稀有である炭素中心ラジカルHAT剤の独自開発に成功し、不活性ベンジル位C(sp3)-H結合に対する電気化学的アルコキシル化反応を達成した。

本研究では、「不活性C(sp3)-H結合に対し、電気化学的にCO2ガスを直接挿入し、１段階でカルボン酸を合成する」という前人未到の触媒方法論の創出に向けて取り組んでいる。その中で、本研究構想に基づいた以下に示す4つの世界初の重要成果を得ることができた。1. 当研究室で独自に開発したNi５核金属錯体を触媒とした、低反応性分子である不活性アルケン化合物への電気化学的CO2挿入反応に成功した。Ni５核錯体触媒の2電子還元種とCO2が相互作用し、触媒活性種が生成している知見を電気化学的測定から見出している。本触媒系を用いることで、低印加電圧(2-3 V)、高収率、高ファラデー効率を両立できる電気化学的ヒドロカルボキシレーション反応を世界で初めて達成した。また、本触媒系がスチレン類、多置換アルケン類、マイケルアクセプターアルケン類など多種のアルケン基質に適用可能であることも示した。2. Hydrogen Atom Transfer (HAT)触媒、金属触媒を電気化学的条件下機能させる世界に類を見ない協奏触媒系を確立した。本触媒系を用いることで、本研究構想で基軸としている「不活性ベンジル位C(sp3)-H結合に対する電気化学的CO2ガス直接挿入反応」を世界で初めて達成した。3. CO2ガスのみならず、より安定かつ活性化が最難関であるN2ガスの有機化合物への直接挿入反応も試みた。種々検討の結果、金属錯体とルイス酸を電気化学的条件下機能させる新たな協奏触媒系を開発し、低収率ながらカルボニル化合物への電気化学的N2ガス直接挿入反応を世界で初めて達成した。4. 2の達成をより発展させるべく、新たなHAT触媒の開発に着手した。その中で、報告例が稀有である炭素中心ラジカルHAT剤の独自開発に成功し、不活性ベンジル位C(sp3)-H結合に対する電気化学的アルコキシル化反応を達成した。