Iron Catalysts

Chemical reactions are central to industrial processes and manufacturing. The ability to combine atoms into molecules and also break these molecules into various smaller components provides us with the building blocks for countless products and processes. However, not all reactions are efficient and they require energy to be completed. In many cases the amount of energy required to begin the reaction, the activation energy is too high and the rate of the reaction, how quickly it runs, is too slow. Thankfully, there is a solution. Catalysts are substances that can be added to reactions that can increase the rate of a reaction and/or lower the activation energy. They are also re-usable because they are not consumed during the reaction, meaning only a small amount of catalyst is needed to greatly improve a reaction. Chemical engineers have learned how to produce or improve catalysts and hence reactions that are required for industry. Unfortunately, the majority of catalysts come in the form of rare precious metals making them expensive and sometimes difficult to obtain for logistic and even political reasons. To get around this reliance on rare elements our research is focused on the development and application of iron catalysts. see the following link for details.

--- For Japanese ---

当グループでは鉄触媒の開発を中心に、遷移金属錯体の合成や反応性の解明を目指して研究を行っています。

遷移金属ー典型元素結合を持つ錯体の合成、分析

（遷移）金属と炭素との結合を有する化合物の研究は有機金属化学としてこの数十年で目覚ましい発展を遂げました。一方で、遷移金属と炭素以外の典型元素（ｐブロック元素）との結合を有する錯体については未解明の部分が多く残されており、その特異な結合様式、構造、反応性には興味が持たれています。また、これらの錯体は典型元素化合物の変換反応における中間体と考えられるため、研究を進めることで新しい合成反応の発見、反応機構の解明にもつながります。当グループでは、様々な遷移金属と典型元素との結合を持つ錯体を合成し、単結晶 X 線構造解析、分光学的手法をはじめとする各種分析に加え、Gaussian プログラムを利用した理論計算を駆使して遷移金属錯体の解析を行っています。

Chem Commun.2021, 57, 13246-13258.
Organometallics2020, 39, 3535-3539.
Bull. Chem. Soc. Jpn.2018, 91, 588-594.

典型元素化合物の新しい合成法開拓

ケイ素、ゲルマニウム、スズは周期表で炭素の下に位置する重い 14 族元素で、炭素と同様 4 つの置換基から成る四面体構造を最安定構造としてとります。一方で、炭素を主骨格とする有機分子とは異なる化学的?物理的性質を示すことも知られています。例えば、ケイ素と水素との結合は炭素の場合とは異なりヒドリド性を示し、結合エネルギーも低いため比較的容易に切断されます。また、高配位化合物の安定性も大きく異なります。重い 14 族元素を含む化合物の合成、材料の開発には任意の EーE, EーC, EーOーE 結合 (E = Si, Ge, Sn) の形成を選択的に行うことが不可欠ですが、有機化学における炭素化合物に比べると合成手法が限られているのが現状です。当グループでは、ケイ素、ゲルマニウム、スズなどの重い 14 族元素をはじめ、ホウ素やリンなど幅広い典型元素化合物の EーE、EーC、EーOーE 結合形成反応の開発を行っています。

Organometallics2023, 42, 1839-1848.
Chem Commun.2021, 57, 13246-13258.
Chem. Lett.2019, 48, 1196-1198.
Chem. Lett.2019, 48, 898-901.