疎水性反応場を導入した金属錯体を担持した固体触媒によるメタン変換触媒系の構築

自然界に存在する酵素は、活性部位近傍に基質を捕捉して酸化効率を上げていることに着想を得て、鉄錯体の第二配位圏に、メシチル基やアントラセニル基からなる疎水場を導入することにより、疎水性有機基質を水中で効率的に捕捉し、二電子酸化の効率と選択性を向上させることを目指した。この高い基質酸化触媒活性を示す、疎水場を有する鉄錯体をガス状アルカンの酸化に応用した結果、メタンの酸化反応において総触媒回転数が500に達した。また、酸化生成物におけるメタノール選択性において、これまでに報告された触媒系を上回る83%を達成した。このキャッチアンドリリース酸化機構をさらに応用し、芳香族化合物の選択的な酸化も達成した(Nature, 2023)。しかし、第二配位圏に疎水場を有する鉄錯体の合成は、合成段階数が多く、大量の試薬と時間が必要であった。そこで、固体触媒に注目し、疎水性置換基を導入した固体に、比較的合成が容易な疎水場を持たない錯体を導入することによって、擬似的に疎水性第二配位圏を形成させ、高活性な触媒系の構築を考案した。パーフルオロ基を疎水基として導入したメソポーラスシリカを調製している神奈川大学の引地研究室と共同研究を行い、アセトニトリル中、過酸化水素を酸化剤とした、シクロヘキサンからシクロヘキサノールへの高効率かつ高選択的でリサイクル可能な酸化反応が出来るFe-NHC錯体含有固体触媒を開発した(Chem.Commun. 2023)。

自然界に存在する酵素は、活性部位近傍に基質を捕捉して酸化効率を上げていることに着想を得て、鉄錯体の第二配位圏に、メシチル基やアントラセニル基からなる疎水場を導入することにより、疎水性有機基質を水中で効率的に捕捉し、二電子酸化の効率と選択性を向上させることを目指した。この高い基質酸化触媒活性を示す、疎水場を有する鉄錯体をガス状アルカンの酸化に応用した結果、メタンの酸化反応において総触媒回転数が500に達した。また、酸化生成物におけるメタノール選択性において、これまでに報告された触媒系を上回る83%を達成した。このキャッチアンドリリース酸化機構をさらに応用し、芳香族化合物の選択的な酸化も達成した(Nature, 2023)。しかし、第二配位圏に疎水場を有する鉄錯体の合成は、合成段階数が多く、大量の試薬と時間が必要であった。そこで、固体触媒に注目し、疎水性置換基を導入した固体に、比較的合成が容易な疎水場を持たない錯体を導入することによって、擬似的に疎水性第二配位圏を形成させ、高活性な触媒系の構築を考案した。パーフルオロ基を疎水基として導入したメソポーラスシリカを調製している神奈川大学の引地研究室と共同研究を行い、アセトニトリル中、過酸化水素を酸化剤とした、シクロヘキサンからシクロヘキサノールへの高効率かつ高選択的でリサイクル可能な酸化反応が出来るFe-NHC錯体含有固体触媒を開発した(Chem.Commun. 2023)。