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Aug 29, 2023

明らかにされる触媒の謎: 最初の

基礎科学研究所による2023年8月10日基礎科学研究所（IBS）の研究者らは、遷移金属ニトレノイドの構造と特性を実験的に確認した

基礎科学研究所より2023年8月10日

基礎科学研究所 (IBS) の研究者らは、触媒的アミノ化反応中に生成される遷移金属ニトレノイド中間体の構造と特性を実験的に確認しました。 クレジット: 基礎科学研究所

チャン・ソクボク所長の指揮の下、基礎科学研究所（IBS）の触媒炭化水素機能化センターの研究チームは、触媒反応における重要な中間体の構造と反応性の把握において大幅な進歩を達成した。 遷移金属ニトレノイドと呼ばれるこの中間体は、炭化水素を製薬および材料科学の分野で重要な物質であるアミドに変換する際に重要な役割を果たします。

化学反応において、中間体とは、反応物が生成物に変換される間に形成および消費される物質です。 したがって、これらの中間体を理解することは、反応経路を改善し、効率的な触媒を開発するために重要です。 たとえば、窒素含有化合物は医薬品の約 90% の骨格を形成しており、材料科学には不可欠です。 したがって、窒素ベースの官能基が炭化水素原料に導入されるアミノ化反応に関与する中間体を同定することは非常に重要です。

金属アシルニトレノイド種は、重要な触媒中間体として提案されており、ラクタムやアクリルアミドなどの貴重な窒素含有分子が生成され、医薬品や生理活性天然産物の重要な足場として認識されています。 クレジット: 基礎科学研究所

研究者らは、アミノ化反応における反応中間体の構造と特性を理解することの重要性を認識しました。 特に、遷移金属触媒とジオキサゾロン試薬を利用した反応は、医薬化学や材料科学において非常に有用であることが判明し、世界中で120以上の研究グループがこの分野の発展に貢献しています。

The key to understanding these reactions at the fundamental level lay in the ability to study the reaction intermediate that forms when a transition-metal catalyst binds to the dioxazolone reagent – known as metal-acylnitrenoid. These intermediate speciesA species is a group of living organisms that share a set of common characteristics and are able to breed and produce fertile offspring. The concept of a species is important in biology as it is used to classify and organize the diversity of life. There are different ways to define a species, but the most widely accepted one is the biological species concept, which defines a species as a group of organisms that can interbreed and produce viable offspring in nature. This definition is widely used in evolutionary biology and ecology to identify and classify living organisms." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">種は非常に反応性が高く、ほんの一瞬しか存在できないため、研究が難しいことで知られています。 さらに、従来の触媒反応は溶液中で起こることが多く、中間物質が他の分子と急速に反応するため、研究がさらに困難になります。

ロジウム結合ジオキサゾロン配位錯体の単結晶を使用することにより、研究者らは、光結晶学的分析により、求められているロジウム-アシルニトレノイド種を観察した。 ジオキサゾロンが遷移金属触媒と反応して金属アシルニトレノイドを形成すると、CO2 分子が押し出されます。 ここで、観察された結晶構造では、生成された Rh-ニトレノイドと対アニオンの間に CO2 分子がうまく収まっています。 クレジット: 基礎科学研究所

この課題に取り組むために、IBS チームは X 線光結晶学を使用した実験的アプローチを考案しました。 さらに、彼らは液体溶液ではなく固体での化学反応の追跡にも焦点を当てました。 この目的のために、彼らは二座ジオキサゾロン配位子を備えた新しい発色団ロジウム錯体を開発しました。この錯体では、光誘起金属から配位子への電荷移動により、ベンゼンなどの炭化水素源の触媒的 C-H アミド化が開始されます。