名古屋大学トランスフォーマティブ生命分子研究所（WPI-ITbM＊）・大学院工学研究科の大井 貴史 教授、大松 亨介 特任准教授†（現 慶應義塾大学理工学部 教授）、森 宗一郎 工学部学生†、山口 理恵 技術補佐員、鈴木 隆平 博士、名古屋大学WPI-ITbM・大学院理学研究科の柳井 毅 教授、仙頭志音 博士前期課程学生、およびミュンスター大学（ドイツ）のOlga García Mancheño （オルガ・ガルシア・マンチェーニョ）教授、Lukas-Maximilian Entgelmeier（ルーカス マキシミリアン・エントゲルマイヤー）博士後期課程学生らの研究グループは、青色光の照射下で高い反応性を発現する新しい分子性の光触媒を開発しました。
研究グループは、アクリジニウムカチオン注１）とアミデートアニオン注２）が窒素－窒素結合でつながった分子を新たに設計しました。この分子は、青色光を吸収して励起注３）し、分子内での1電子移動によって生成する窒素ラジカル（アミジルラジカル）注４）を活性種とし、有機化合物の炭素－水素結合から水素原子を引き抜いて炭素ラジカル注４）を発生させる力を備えた光触媒として働きます。アミジルラジカルが水素原子を引き抜く力は非常に優れているため、通常はほとんど反応しないような安定な炭素－水素結合の変換も可能になる点が特徴です。また、触媒分子が溶媒として用いるヘキサフルオロイソプロパノールと水素結合を形成することが、光触媒としての優れた機能を発揮する上で不可欠であることを理論計算によって明らかにしました。
本研究成果は、2024年6月22日付ドイツ化学雑誌「Angewandte Chemie International Edition」電子版に掲載されました。
(† は研究当時)
・分子内にカチオンとアニオンをもつ新しい分子性の光触媒を設計
・光励起によって発生する窒素ラジカルを触媒として利用することに成功
・水素結合を形成することで活性種として働く三重項励起種が効率的に発生
・青色光をエネルギー源として安定な炭素－水素結合を効率的に変換
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注１）アクリジニウムカチオン：
窒素原子を含む芳香族化合物であるアクリジンが、窒素原子のプロトン化やアルキル化等を起こしてプラスの電荷をもった化合物。
注２）アミデートアニオン：
アミドの脱プロトンによって生じるアニオンの総称。アミドはC(=O)N配列をもつ化合物（Cは炭素原子、Oは酸素原子、Nは窒素原子）。
注３）励起：
分子等が外部からエネルギーを吸収して、より高いエネルギー状態になること。光子を吸収して励起する場合は光励起という。
注４）ラジカル：
通常、分子を構成する電子は2つずつ対になって存在しているが（この状態が安定、全体として偶数の電子）、特定の条件下では不対電子（１つの電子、全体として奇数の電子）で存在する場合がある。この状態にある分子をラジカルと呼び、アミド窒素上に不対電子があるものをアミジルラジカル、炭素原子上に不対電子があるものを炭素ラジカルと呼ぶ。
雑誌名：Angewandte Chemie International Edition
論文タイトル：Zwitterionic Acridinium Amidate: A Nitrogen-Centered Radical Catalyst for Photoinduced Direct Hydrogen Atom Transfer
著者：Lukas-Maximilian Entgelmeier、森 宗一郎、仙頭 志音、山口 理恵、鈴木 隆平、柳井 毅*、Olga García Mancheño*、大松 亨介*、大井 貴史* (*は責任著者、下線は本学関係者）
DOI: 10.1002/anie.202404890
URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202404890
※【WPI-ITbMについて】(http://www.itbm.nagoya-u.ac.jp)
名古屋大学トランスフォーマティブ生命分子研究所（ITbM）は、2012年に文部科学省の世界トップレベル研究拠点プログラム（WPI）の1つとして採択されました。
WPI-ITbMでは、精緻にデザインされた機能をもつ分子（化合物）を用いて、これまで明らかにされていなかった生命機能の解明を目指すと共に、化学者と生物学者が隣り合わせになって融合研究をおこなうミックス・ラボ、ミックス・オフィスで化学と生物学の融合領域研究を展開しています。「ミックス」をキーワードに、人々の思考、生活、行動を劇的に変えるトランスフォーマティブ分子の発見と開発をおこない、社会が直面する環境問題、食料問題、医療技術の発展といったさまざまな課題に取り組んでいます。これまで10年間の取り組みが高く評価され、世界トップレベルの極めて高い研究水準と優れた研究環境にある研究拠点「WPIアカデミー」のメンバーに認定されました。
トランスフォーマティブ生命分子研究所／大学院工学研究科 大井 貴史 教授
https://www.chembio.nagoya-u.ac.jp/labhp/organic3/index.html
