1種類の触媒で4種類の有機反応を自在に切替~全てが偶然の発見(セレンディピティ)~

2026-02-06 理化学研究所,九州大学

理化学研究所九州大学の共同研究グループは、同一の触媒(SiNA-Pd:シリコンナノワイヤーアレイにPd固定化)で、同じ基質・試薬系から4種類の異なる有機反応を選択的に切替できる「四重スイッチング触媒反応系」を開発した。添加剤(アミン類)や温度という小さな条件差だけで、アミノメチル化、sp2 C–Hアリール化、sp3 C–Hアリール化、脱ヨウ素化を高収率で作り分けられ、触媒量は65 mol ppmと極微量でも高活性・再利用性を示し、Pd残渣も医薬品基準を満たした。さらに、マイクロ波照射では電場では反応が進まず磁場成分が必須で、ME-IRと位相敏感検出により磁場がSiナノワイヤー構造を動的に変調して触媒を活性化することを実証。セレンディピティ的発見として、有機合成の多機能化とマイクロ波化学の原理解明を同時に前進させる成果で、ACS Catalysisに掲載。

1種類の触媒で4種類の有機反応を自在に切替~全てが偶然の発見(セレンディピティ)~
ヨードベンゼン類・ブロモベンゼン類とホルムアミドとの四重スイッチング触媒反応系

<関連情報>

四重スイッチ触媒:sp3 C–Hアリール化、アミノメチル化、sp2 C–Hアリール化、および脱ヨウ素化 Quadruple Switchable Catalysis: sp3 C–H Arylation, Aminomethylation, sp2 C–H Arylation, and Deiodination

Abhijit Sen,Yuta Matsukawa,Atsuya Muranaka,Yu Hatakenaka,Abdullah J. Al Abdulghani,Nobutaka Maeda,Aya Ohno,Heeyoel Baek,and Yoichi M. A. Yamada
ACS Catalysis  Published: February 5, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/acscatal.5c08315

Abstract

A quadruple switchable catalysis was developed, enabling sp3 C–H arylation, aminomethylation, sp2 C–H arylation, and deiodination using aryl halides and formamides. The selectivity of this protocol was governed by the amine derivatives, wherein ammonium formate promoted sp3 C–H arylation, triethanolamine favored aminomethylation, and tripropanolamine facilitated sp2 C–H arylation. Additionally, temperature was found to play a crucial role, with aminomethylation occurring at 150 °C and deiodination at 110 °C. All reactions were performed using a reusable silicon nanowire array-supported Pd catalyst with an ultralow Pd loading of 65 mol ppm. The use of microwave irradiation was essential for promoting the catalytic reaction, with the magnetic field component proving more effective than the electric field.

0505化学装置及び設備
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