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鈴木, 正樹 ; Suzuki, Masatatsu
概要:
金沢大学理工学域物質科学系<br />生体系にはトルエンをクレゾールへ,またメタンをメタノールへと水酸化する酸素活性化二核或いは多核金属酵素がある。これらアレーン類及びアルカン類の水酸化反応機構は全く異なっている。すなわちアレーン類の水酸化
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反応は親電子的反応で,一方,アルカン類の水酸化反応は水素原子引抜き反応で進行する。しかし,二核鉄酵素であるtoluene monooxygenase (TMO)とmethane monooxygenase (MMO)の活性中心の構造は非常によく似ているが,これら酵素は全く異なった反応性を持っている。本研究では,TMO及びMMOの機能モデル錯体の創製を目的として幅広い酸化反応性を持つ二核鉄(III)及び銅(II)ペルオキソ錯体の創製を目的とした。その結果,下記のことが明らかとなった。キシリル架橋基を有する(μ-η^2:η^2-peroxo)二核銅(II)錯体で,世界に先駆けて親電子的反応によるキシリル基の水酸化及びスチレンのエポキシ化,さらに様々なC-H結合エネルギーを持つ脂肪族炭化水素の水素原子引抜き反応を行うことが可能な幅広い酸化反応性を持つ二核銅ペルオキソ錯体の合成に成功した。また,キシリル架橋基をブチル架橋基に変えることにより,酸化反応性が約100倍程度増大することが明らかになりつつあり,今後更なる酸化反応性の向上を目指し,新規配位子の分子設計と詳細な反応機構の解明を行う予定である。さらに二核鉄(III)ペルオキソ錯体でも配位環境の立体的・電子的制御により,可逆的酸素化に加え,配位子に組込んだフェニル基及びメチル基の水酸化反応,さらに外部基質であるトルエンのメチル基の水酸化反応など,幅広い酸化反応性を見出しており,今後様々な外部基質の酸化反応を調べることが可能になりつつある。<br />研究課題/領域番号:20037025, 研究期間(年度):2008 – 2009
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鈴木, 正樹 ; Suzuki, Masatatsu
概要:
金沢大学理工研究域<br />本研究では,金属中心の合目的配位空間と反応空間の多重構造化により,酸素活性化二核金属酵素の機能モデルとなる二核銅及び二核鉄ペルオキソ錯体の合成に成功した。1.二核銅(II)ペルオキソ錯体によるC-H結合の酸化反
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応:これまでにない多様な酸化反応性を持つ(μ-η^2;η^2-peroxo)Cu_2(II)錯体の合成に成功した。(μ-η^2:η^2-peroxo)Cu(II)_2錯体,[Cu_2(O_2)(H-L)]^<2+>(oxy-1,H-L=1,3-bis[bis(6-methyl-2pyridylmethyl)aminomethyl] benzene)は配位子のキシリル基を水酸化することが明らかとなった。また,このoxy-1は,スチレンをもエポキシ化することがわかった。このエポキシ化反応は銅酸素錯体による初めての例である。さらに,様々なC-H結合解離エネルギーを持つ脂肪族化合物のC-H結合を酸化することができ,これまでにない多様な酸化反応性を持つ(μ-η^2:η^2-peroxo)Cu(II)_2錯体の合成に成功した。2.二核鉄(III)ペルオキソ錯体によるアレーンの水酸化反応:生体系にあるToluene monooxygenase (TMO) は,二つの鉄イオンが酸素分子と反応して(μ-1,2-peroxo)Fe_2(III)種を生成し,このペルオキソ種が水酸化反応の活性種として働いていることが最近報告された。本研究では二核鉄(III)ペルオキソ錯体[Fe_2(LPh4)(Ph_3CCO_2)(O_2)]^<2+>(oxy-2,LPh4=N,N,N',N'-tetrakis[(1-methyl-2-phenyl-4-imidazolyl)methyl]-1,3-diamino-2-propanolate)により配位子に組込んだフェニル基の高収率かつ位置選択的な水酸化に成功した。この水酸化反応はTMOの機能モデル反応の初めての例である。<br />研究課題/領域番号:16074206, 研究期間(年度):2004-2007<br />出典：「合目的反応場の構築による酸素活性種を含む金属錯体の協奏的機能制御」研究成果報告書 課題番号16074206（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所））（https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-16074206/)を加工して作成
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鈴木, 正樹 ; Suzuki, Masatatsu
概要:
金沢大学理工研究域<br />本研究では,生体系での酸素活性化金属タンパクや合成化学的に重要な酸化触媒の機能発現機i構の解明を目的として,三脚型4座配位子(Me_2-tpa=tris(6-methyl-2-pyridylmethyl)ami
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ne)を含むbis(μ-hydroxo)dinickel(II)錯体([Ni_2(OH)_2(Me_2-tpa)_2]^<2+>(1))と過酸化水素との反応により配位子に組み込んだ6-メチル基がカルボン酸およびアルコールへと酸化される動的過程を調べた。低温での反応により酸素活性種を含む一連の反応中間体の単離,構造解析及び反応性の研究に成功し以下の結果が明らかとなった。すなわち錯体1と過酸化水素との反応でbis(μ-oxo)dinickel(III)錯体([Ni_2(O)_2(Me_2-tpa)_2]^<2+>(2))が生成する。この錯体2は,配位子Me_2-tpaの6-メチル基の水素原子を引抜きラジカル(Me-tpa-CH_2・)を生成し,このラジカルは酸素分子と反応して配位子のペルオキシルラジカル(Me-tpa-CH_2OO・)を生成する。このペルオキシラジカルは,錯体2と過酸化水素との反応で生成したbis(μ-superoxo)dinickel(II)錯体([Ni_2(O_2)_2(Me_2-tpa)_2]^<2+>(3))と反応して,(μ-hydroxo)(μ-alkylperoxo)dinickel(II)錯体([Ni_2(OH)(Me_2-tpa)-(Me-tpa-CH_2OO^-]^<2+>)を生成する。このペルオキソ基(Me-tpa-CH_2OO^-)の酸素-酸素開裂により配位子のアルデヒド(Me-tpa-CHO)が生成し,Cannizzaro反応によるアルデヒドの不均化反応によりカルボン酸とアルコールが生成することが明らかとなった(Inorg.Chem. in press)。<br />研究課題/領域番号:16033222, 研究期間(年度):2004-2005<br />出典：「金属錯体による酸素: 酸素結合の開裂と生成の動的制御」研究成果報告書 課題番号16033222（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所））（https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-16033222/)を加工して作成
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鈴木, 正樹 ; Suzuki, Masatatsu
概要:
金沢大学理工研究域物質化学系<br />本研究では,様々な酸素活性種を持つ二核(μ-η^2-η^2-peroxo)Cu(II)_2,(μ-1,2-peroxo)Fe(III)_2,bis(μ-oxo)Ni(III)_2 およびbis(μ-o
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xo)Co(III)_2 錯体を合成し,酸化反応性を調べた。その結果,二核錯体でCo(III)_2 錯体を除いて様々なC-H結合解離エネルギー(~80 -~92 kcal mol^-1)を持つ脂肪族化合物を水素引き抜き反応で酸化することを見いだした。<br />(μ-η^2:η^2-Peroxo)Cu(II)_2, (μ-1,2-peroxo)Fe(III)_2, bis(μ-oxo)Ni(III)_2, and bis(μ-oxo)Co(III)_2 complexes were prepared using dinucleating ligands. All the complexes except for (μ-oxo)Co(III)_2 complex are capable of initiating the oxidation of aliphatic C-H bonds having BDEsfrom ~80 - ~92 kcal mol^-1 by H-atom abstraction.<br />研究課題/領域番号:22350027, 研究期間(年度):2010-2012
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鈴木, 正樹 ; Suzuki, Masatatsu
概要:
本研究では,様々な架橋基を持つ二核化配位子を含む(μ-η^2-η^2-peroxo)Cu(II)_2,bis(μ-oxo)Ni(III)_2および(μ1,2-peroxo)Fe(III)_2錯体の合成に成功した。その結果,銅錯体は様々なC-
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H結合エネルギーを持つ脂肪族化合物の酸化能を持つことを見出した。またニッケル錯体は架橋キシリル基の水酸化能を持つことが明らかとなった。さらに鉄錯体でも配位子に組込んだメチル基の水酸化および様々な外部基質の酸化反応に成功した。<br />(μ-η^2:η^2-Peroxo)dicopper(II), bis(μ-oxo)dinickel(III), and (μ-1,2-peroxo)Fe(III)_2 complexes having a variety of dinucleating ligands were prepared. The copper complexes are capable of initiating the oxidation of aliphatic C-H bonds having BDEs from ～74-～92 kcal mol^<-1>. The nickel complexes are also capable of hydroxylating the m-xylyl linker of the supporting ligands. Oxidation ability of the diiron complexes was also investigated.<br />研究課題/領域番号:19350029, 研究期間(年度):2007-2009
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鈴木, 正樹 ; Suzuki, Masatatsu
概要:
生体系には,酸素運搬能を有するHemocyanin(Hc)や,チロシンのフェノールを水酸化するTyrosinase(Tyr)などがある。いずれも二核銅中心を持ち酸素分子と反応して(μ-η^2:η^2-peroxo)二核銅(II)錯体を生成す
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るが,その機能は全く異なっている。また,メタンをメタノールに酸化するParticulate methane monooxygenase(pMMO)の反応中間体でも二核銅-酸素錯体の可能性が示唆されているが,現在のところ詳細は不明である。本研究では,このような銅酵素で見出されている活性中間体を小分子で再現し,その反応性を調べることを目的とした。二核化配位子1,3-bis[bis(6-methyl-2-pyridylmethyl)aminomethyl]benzene(L)を含む二核銅(I)錯体は,-80℃の低温で酸素分子と反応して(μ-η^2:η^2-peroxo)二核銅(II)錯体を生成する。このペルオキソ錯体は,低温でも反応性に富み配位子に組込んだキシリル基を親電子的置換反応で水酸化し,Tyrと類似の反応性を有している。本錯体のDFT計算により推定される構造から,ペルオキソ基への外部基質の接近が可能であることが分かった。そこで,本錯体と様々なC-H結合解離エネルギー(75-89kcal mol^<-1>)を持つ脂肪族化合物との反応性を調べた。その結果,ペルオキソ基は水素原子引き抜き能を持つことが分かった。速度論的研究により,この水素原子引抜き反応はラジカル的反応であることを明らかにし,pMMOと同様にC-H結合を活性化する能力を持つことが明らかとなった。さらに,本錯体のペルオキソ基の反応性をクミルペルオキシドラジカルと比較検討した結果,これら両者は非常に良く似た反応性を持つことが明らかとなった。<br />The purpose of this project is the development of the peroxo-dicopper(II) and diiron(III) complexes as functional models for tyrosinase and toluene monooxygenase.We have succeeded in synthesis of (μη^2:η^2-peroxo)Cu(II)_2 complexes, [Cu_2(O_2)(R-L)]^<2+> (oxy-R-1: R = H, MeO, t-Bu, and NO_2), where R-L = 1,3-Bis[bis(6-methyl-2pyridylmethyl)aminomethy1]-5-R-benzene, which can perform not only hydroxylation of the m-xylyl linker of R-L, but also epoxidation of styrene via an electrophilic addition of the peroxide to the C=C bond, the latter of which is the first example of the epoxidation of styrene by a discrete (μη^2:η^2-peroxo)Cu(II)_2 species. In addition, oxy-H-1 can oxidize various aliphatic C-H bonds via H-atom abstraction. A linear correlation between log k (the second order rate constants of oxidation) and the bond dissociation energies of the C-H bonds was observed. The results provide new insights into the reactivity of (μη^2:η^2 peroxo) Cu(II)_2 complexes.(μ-Peroxo)diiron(III) Complex: A Functional Model for Toluene Monooxygenase. We have succeeded in synthesis of two types of peroxodiiron(III) complexes, [Fe2(L^<Ph4>)(RCO_2)(O_2)]^<2+> (R = Ph_3C (oxy-1) and Ph (oxy-2)), the former leads to regioselective hydroxylation of a phenyl group of L^<Ph4> and the latter exhibits reversible deoxygenation (L^<Ph4> = N, N, N',N'-tetrakis[(1-methyl-2-pheny1-4-imidazolyl)methy1]-1,3-diamino-2-propanolate). This is the first example of the peroxodiiron(III) complex which is capable of arene hydroxylation. The reactions mimic toluene monooxygenase and hemerythrin reactivity, respectively. They provide new insights into the reactivity of the peroxodiiron(III) complexes having a nitrogen-rich coordination environment like alkane arhydroxylase and hemerythrin.<br />研究課題/領域番号:16350030, 研究期間(年度):2004-2006<br />出典：「酸素活性種を含む金属錯体の創製と機能制御」研究成果報告書 課題番号16350030 (KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）) 本文データは著者版報告書より作成
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