原子サイズの凹みを持つ金属酸化物クラスターによる分極の誘発とアルカンの臭素化に対する反応性の制御に成功

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2020-06-09 金沢大学,立命館大学,高エネルギー加速器研究機構,科学技術振興機構

金沢大学 理工研究域 物質化学系の菊川 雄司 准教授、林 宜仁 教授の研究グループは、立命館大学 総合科学技術研究機構の片山 真祥 准教授および生命科学部 応用化学科の稲田 康宏 教授、高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所の山下 翔平 助教らと共同で、原子1個分の凹みを持つ半球状バナジウム酸化物クラスターに分極活性化された臭素分子を挿入することで、アルカンの臭素化の反応性を制御することに成功しました。臭素分子の分極を分光学的に観測した世界初の成果です。

天然ガスや原油などに多く含まれるアルカンから有用な化成品原料への変換が容易になれば、化学産業・工業の原料として資源の効率的な利用が可能となります。臭素化によって選択性を高めることが鍵となりますが、アルカンは反応性に乏しいことから、反応性の乏しいアルカンを部分的に官能基化するには、適切な反応場を開発する必要があります。

本研究では、ナノサイズの特異的な電荷分布を持ち、半球状のお椀のような構造がつぶれたり膨らんだりする特徴を持つ半球状バナジウム酸化物クラスターに着目し、凹みの中に臭素分子を挿入することで、臭素分子が分極されることを見いだしました。分極した臭素分子はペンタン、ブタンおよびプロパンといったアルカンを臭素化し、通常の臭素分子による反応とは異なる生成物の選択性を示すことが明らかとなりました。

これらの知見は将来、小分子の分極化材料や高機能性触媒の設計に活用されることが期待されます。

本研究成果は、2020年6月8日付でドイツ化学会誌「Angewandte Chemie International Edition」のオンライン版にAccepted Articleとして掲載されました。

本研究は、JST 戦略的創造研究推進事業 さきがけ「革新的触媒の科学と創製」研究領域(研究総括:北川 宏)における研究課題「環状バナデートによる特異的な酸化剤の活性化」(研究者:菊川 雄司)の支援を受けて実施されました。

詳しい資料は≫

論文タイトル
“Induced-Fitting and Polarization of Bromine Molecule in an Electrophilic Inorganic Molecular Cavity and Its Bromination Reactivity”
(求電子的な無機分子空洞への臭素分子の分極を伴う誘導適合とその臭素化反応性)
DOI:10.1002/anie.202007406
お問い合わせ先
研究に関すること

菊川 雄司(キクカワ ユウジ)
金沢大学 理工研究域 物質化学系 准教授

JST事業に関すること

嶋林 ゆう子(シマバヤシ ユウコ)
科学技術振興機構 戦略研究推進部 グリーンイノベーショングループ

報道担当

金沢大学 総務部 広報室 広報係(本田)
金沢大学 理工系事務部 総務課 総務係(小畠)
立命館大学 総合企画部 広報課(中村、桜井)
高エネルギー加速器研究機構 広報室(引野)
科学技術振興機構 広報課

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