酸素のみを利用し副生成物が水だけとなる化学反応を開発(Creating chemical reactions that run on oxygen, produce only water as waste)

2026-08-06 ペンシルベニア州立大学(Penn State)

ペンシルベニア州立大学(Penn State)の研究チームは、酸素(O₂)を酸化剤として利用し、副生成物として水のみを生成する新しい化学反応を開発した。従来の酸化反応では、過酸化物や重金属試薬などを用いるため有害廃棄物が発生することが多かったが、本手法では触媒を利用して酸素を効率的に活性化し、高い反応選択性を維持しながら目的化合物を合成できる。副生成物は水だけであるため、廃棄物の大幅な削減と環境負荷の低減が可能となり、グリーンケミストリーの理念に沿った持続可能な化学プロセスとして期待される。また、医薬品や機能性材料、ファインケミカルなど幅広い有機合成への応用が見込まれ、工業規模での製造プロセスの効率化やコスト削減にも貢献する可能性がある。本成果は、安全性と環境適合性を両立した次世代酸化反応の実現に向けた重要な一歩である。

<関連情報>

イリジウム上でのエクストラジオールジオキシゲナーゼ反応の模倣 Mimicking Extradiol Dioxygenase Reactivity on Iridium

Alexander G. Arnette;Anant Kumar Jain;Alexey Silakov;Karen I. Goldberg;Jonathan L. Kuo
Journal American Chemical Journal  Published:June 10, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.5c23353

酸素のみを利用し副生成物が水だけとなる化学反応を開発(Creating chemical reactions that run on oxygen, produce only water as waste)

Abstract

Extradiol dioxygenases catalyze the cleavage of benzenediol (catechol) or vicinal aminophenols via oxygen atom insertion into the 2,3-C–C bond. These reactions are most often proposed to proceed through the migratory rearrangement of a d6 alkylperoxide, generating the corresponding d6 ring-expanded product. However, regiospecific insertion remains a rare outcome among synthetic model complexes. Here, a dioxygenated Ir complex (2) converts to (a) the paramagnetic metallatrioxolane (3) and (b) oxygen atom-inserted products (4) and (5); all three complexes are third-row metal analogues of enzymatic intermediates. The conversion of 2 to 3 was triggered by an H• abstraction, generating a third-row metallatrioxolane that is one electron reduced from the canonical d6 alkylperoxide. Alternatively, photolysis of 2 (467 nm) results in ring-expanded product 4, from which an H• can be abstracted to generate 5. This latter complex is also one electron reduced relative to the canonical ring-expansion product. Because extradiol mechanisms were largely defined using Fe(II) metallocofactors, 3 and 5 may be especially relevant to the known Co(II)-accepting variants. We propose these states became synthetically accessible via the incorporation of a catechol-like substrate into the larger, multidentate ligand L1. This perturbation enhances the affinity of L1 (and related intermediates) to the metal. The same perturbation may have also been key in characterizing the first κ2-bound, dianionic ortho ester ligand─the observed binding mode in the X-ray structure of 5. Broadly, we propose that connecting a biological dioxygen complexes to nonheme oxygenase-like intermediates provides useful insights for regiospecific aerobic oxygenations.

0502有機化学製品
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