水素で「止めたいところに止める」有機合成を実現 ー単原子白金触媒により、医薬品関連分子の合成に有用なニトロンを高選択的・連続的に合成ー

2026-06-30 東京大学

東京大学の研究グループは、炭素材料上に白金原子を1個ずつ固定した「単原子白金触媒」を開発し、ニトロ化合物とアルデヒドから医薬品や機能性化学品の合成中間体として重要なニトロンを、水素を用いて高選択的に合成する手法を確立した。従来の白金ナノ粒子触媒では水素化が進みすぎて目的物がさらに還元されてしまうが、本触媒では反応をニトロン段階で精密に停止できる。電子顕微鏡観察や分光解析により白金が単原子状態で安定化されていることを確認し、重水素実験とDFT計算から、水分子が関与する水素活性化とリン添加による白金の電子状態制御が高い選択性の要因であることを明らかにした。本手法は40種類のニトロン合成に適用でき、医薬品関連中間体の製造にも有効であるほか、連続フロー反応では48時間の安定連続生産にも成功した。副生成物は主に水であり、工程短縮や廃棄物削減にもつながることから、医薬品・農薬・機能性材料の持続可能な製造技術への応用が期待される。

水素で「止めたいところに止める」有機合成を実現 ー単原子白金触媒により、医薬品関連分子の合成に有用なニトロンを高選択的・連続的に合成ー
単原子白金触媒による選択的水素化反応

<関連情報>

N,Pドープ炭素上の単原子白金触媒によるニトロ化合物とアルデヒドのカスケード水素化カップリングを介した選択的ニトロン合成 Selective Nitrone Synthesis via Cascade Hydrogenative Coupling of Nitro Compounds and Aldehydes Catalyzed by Single-Atom Platinum on N,P-Doped Carbon

Taisei Senzaki,Tomohiro Yasukawa,Yasuhiro Yamashita,Tei Maki,Muneaki Yamamoto,Tomoko Yoshida,Kai Oshiro,Min Gao,and Shu̅ Kobayashi
Journal of the American Chemical Society  Published: June 26, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.6c08609

Abstract

Single-atom catalysts have emerged as powerful platforms for selective hydrogenation reactions owing to their well-regulated active sites; however, their unique reactivity in cascade hydrogenation processes remains relatively unexplored. Herein, we report that a single-atom platinum catalyst supported on N,P-doped carbon efficiently catalyzes the cascade hydrogenative coupling of nitro compounds and aldehydes, leading to the highly selective synthesis of nitrones. This catalytic system enables the facile production of 40 diverse nitrones, including those derived from aromatic and aliphatic substrates, as well as important intermediates of bioactive compounds. In sharp contrast to nanoparticle catalysts that promote over-reduction, this Pt single-atom platform exhibits broad functional-group tolerance, accommodating reducible C═C and C═O bonds and aryl halides. Furthermore, the catalyst demonstrates robust durability in a continuous-flow system, providing an atom-economical and sustainable methodology for nitrone synthesis.

0505化学装置及び設備
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