TEAM

触媒固定化設計チームは、二酸化炭素CO2からポリウレタン原料等の含酸素化合物を中心とする有用化学品を合成する技術開発を進めており、現在は主としてグリーンイノベーション基金事業「CO2等を用いたプラスチック原料製造技術開発」において、カーボンニュートラル社会の実現に向けた研究開発を推進しています。加えて、均質な触媒活性サイトの創出を目指した金属錯体触媒の固定化技術の開発、シロキサン・シリコーンの精密合成・自在配列技術やそれに立脚した物性評価技術の開発などにも取り組んでいます。
チーム員の専門分野である有機合成化学・有機金属化学・錯体化学を基盤としつつも、それらだけに捕われることなく、基礎・応用・実用化のそれぞれのフェーズにあった研究開発を行います。

研究チーム長　松本 和弘 博士（理学）

研究テーマ

  • 二酸化炭素CO2からの有用化学品合成技術の開発（主担当：竹内・小泉・長江・松本）
  • 金属錯体触媒の固定化技術の開発（主担当：松本・藤田）
  • シロキサン化合物の精密合成/物性評価技術の開発（主担当：松本）



二酸化炭素CO2からの有用化学品合成技術の開発

人為的に排出される二酸化炭素（CO2）は地球温暖化の主原因とされており、その削減は喫緊の課題とされています。その対策の一つとして、CO2を原料として化学品を合成するCO2有効利用技術（Carbon Capture and Utilization、CCU）によるCO2再資源化が重要視されています。このCCUによるCO2排出量削減を実現するため、環境調和性と経済性を両立したCO2からの有用化成品合成技術の開発に取り組んでいます。

排気ガス中のCO2を直接利用した有用化成品合成

火力発電所、セメント工場、製鉄所などから排出される排気ガス中のCO2は、人為的に排出されるCO2の中で非常に大きな割合を占めています。しかし、これらの排気ガス中のCO2は低濃度であり、不純物も多く含むため、有用化学品合成に使用するためにはその精製・濃縮・圧縮が必要でした。そこで最近我々は、排気ガス中の低濃度・低品質なCO2を吸着し、ポリウレタン原料などの有用化学品に直接変換する技術を開発しました。本技術によって、排気ガス中のCO2を精製・濃縮・圧縮することなく直接利用できるため、既存のCO2利用反応と比較して、省エネルギーかつ低コストで排気ガス中のCO2を再資源化できることが期待されます。

参考文献

ACS Omega 2024, 9, 25879–25886.
J. Org. Chem. 2023, 88, 5015–5024.
Commun. Chem. 2021, 4, 66.
ACS Sustainable Chem. Eng. 2022, 10, 5507–5516.

関連プレスリリース１
関連プレスリリース２



金属錯体触媒の固定化技術の開発

多種多様な機能性化学品の生産を環境負荷が少なく安全性に優れた連続精密生産（連続フロー）プロセスへと転換することは、生産効率の向上による産業競争力強化を目指すスマート化学生産技術開発の一つにあげられます。当チームでは、反応効率と選択性の向上を目指し、均質な触媒活性サイトを与えうる金属錯体触媒の固定化技術の開発に取り組んでいます。

金属ジシリケート錯体PGPの固定化技術の開発

金属ジシリケート錯体は、金属イオンがシリカゲルに二座で固定化された表面化学種のモチーフと見做すことができます。金属ジシリケート錯体をシリカゲルに固定化する際、シリカの表面シラノール基が配位子のケイ素原子上で置換反応を起こすことで固定化が進行するため、固定化前駆体である金属ジシリケート錯体の中心金属周辺の環境は固定化前後で保持されます。このことから、金属ジシリケート錯体をPre-Grafted Precursor (PGP）と名付けました。PGPの固定化と固定化によって生じる表面化学種の解析、不均一系触媒としての性能評価を行っています。

参考文献

ACS Omega 2022, 7, 47120–47128
Chem. Methods 2022, 2, e202100080.
Chem. Eur. J. 2021, 27, 12069–12077.



新規メソポーラス有機シリカPMOの創出と触媒固定化技術の開発

メソポーラス有機シリカ Periodic Mesoporous Organosilica (PMO)は、二次元ヘキサゴナル構造を有する細孔材料で、その細孔壁はT単位シロキサンネットワークを有機基が架橋した構造となっています。この有機基部分に配位性官能基を配置すると固体配位子として利用することができます。当チームでは、稲垣伸二博士（豊田中研）が開発したBPy-PMOを用いた固定化触媒の開発や新規PMO固体配位子の開発を共同で行っています。

参考文献

RSC Adv. 2023, 13, 7828–7833.
New J. Chem. 2021, 45, 9501–9505.



シロキサン化合物の精密合成/物性評価技術の開発

シリコーン材料の基本骨格を成しているシロキサン結合を簡便かつ精密に制御して合成する技術を基盤として、新規シリコーン材料/含シロキサンハイブリッド材料の創出やシロキサンのモノマー配列構造と各種物性との相関を体系化することを目指した研究開発を行なっています。

シロキサンのワンポット配列制御合成技術

ワンポットでの簡便な逐次制御反応によって、シロキサン化合物のモノマー配列構造を精密に制御して合成することができます。この方法により、分子量だけでなく配列構造までもが単一のシロキサン化合物を選択的に得ることができます。

参考文献

Macromol. Rapid Comm. 2021, 42, 2000593.
Chem. Eur. J. 2019, 25, 920–928.
Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 4637–4641.



メンバー

  • 研究チーム長・茨城大学客員准教授

    松本 和弘

    ORCID
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  • 主任研究員

    八木 久彰

    ORCID
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  • 主任研究員

    藤田 賢一

    ORCID
    researchmap

  • 主任研究員

    竹内 勝彦

    ORCID
    researchmap

  • 研究員

    小泉 博基

    ORCID
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  • 研究員

    長江 春樹

    ORCID
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  • テクニカルスタッフ

    南川 博之

    ORCID
    researchmap

  • テクニカルスタッフ

    岡本 康

  • 招聘研究員・筑波大学名誉教授

    関口 章

    researchmap

  • シニアスタッフ

    高橋 利和

  • 技術研修（茨城大学）D1

    中村 彩乃

  • 技術研修（茨城大学）M1

    稲葉 脩

  • 技術研修（茨城大学）B4

    上ノ坊 拓磨

  • アシスタント

    堀池 悦子

* 後ろに“@aist.go.jp”を付けて下さい。

研究成果

“2024”

Haruki Nagae, Hiroki Koizumi, Katsuhiko Takeuchi, Satoshi Hamura, Toshihide Yamamoto, Kazuhiro Matsumoto, Yoshihiro Kamimura, Sho Kataoka, Norihisa Fukaya, and Jun-Chul Choi*
“Zirconium Catalyst Grafted on Ceria-Coated Silica for Transformation of Carbon Dioxide to Diethyl Carbonate”
ChemCatChem, accepted.

Takahiro Kawatsu, Hiroyuki Minamikawa, Kazuhiko Sato, and Kazuhiro Matsumoto*
“Building-block approach to discrete and sequence-specific oligosiloxanes”
Polym. Chem., 15, 2740–2746 (2024).


Hiroki Koizumi,* Haruki Nagae, Katsuhiko Takeuchi, Kazuhiro Matsumoto, Norihisa Fukaya, Yoshiaki Inoue, Satoshi Hamura, Takahiro Masuda, and Jun-Chul Choi*
“Dialkyl Carbonate Synthesis Using Atmospheric Pressure of CO2”
ACS Omega, 9, 25879–25886 (2024).


Katsuhiko Takeuchi,* Hiroki Koizumi, Haruki Nagae, Kazuhiro Matsumoto, Norihisa Fukaya, Kazuhiko Sato, and Jun-Chul Choi*
<Review> “Direct use of low-concentration CO2 in the synthesis of dialkyl carbonates, carbamate acid esters, and urea derivatives”
J. CO2 Util., 83, 102814 (2024).


“2023”

Katsuhiko Takeuchi, Kei Takahashi, Yusuke Ishizaka, Hiroki Koizumi, Haruki Nagae, Kazuhiro Matsumoto, Norihisa Fukaya, Junpei Kuwabara, Takaki Kanbara, and Jun-Chul Choi*
“Effect of Substituent on Phenanthroline Ligands in Zinc Complex-catalyzed Synthesis of Organic Carbamate from CO2 Using Tetramethyl Orthosilicate”
J. Jpn. Petrol. Inst., 66, 185–188 (2023).


Hiroki Koizumi, Katsuhiko Takeuchi,* Kazuhiro Matsumoto, Norihisa Fukaya, Kazuhiko Sato, Masahito Uchida, Seiji Matsumoto, Satoshi Hamura, Junya Hirota, Makoto Nakashige, and Jun-Chul Choi*
“Direct Conversion of Low-Concentration CO2 into N‑Aryl and N‑Alkyl Carbamic Acid Esters Using Tetramethyl Orthosilicate with Amidines as a CO2 Capture Agent and a Catalyst”
J. Org. Chem., 88, 5015–5024 (2023).


Xiao-Tao Lin, Yusuke Ishizaka, Yoshifumi Maegawa, Katsuhiko Takeuchi, Shinji Inagaki,* Kazuhiro Matsumoto,* and Jun-Chul Choi*
“1,10-Phenanthroline-based periodic mesoporous organosilica: from its synthesis to its application in the cobalt-catalyzed alkyne hydrosilylation”
RSC Adv., 13, 7828–7833 (2023).


“2022”

Toshiki Nishitoba, Kazuhiro Matsumoto, Yusuke Ishizaka, Natsumi Arai, Katsuhiko Takeuchi, Norihisa Fukaya, Tadahiro Fujitani, Akira Endo, Hiroyuki Yasuda, Kazuhiko Sato, and Jun-Chul Choi*
“Controlled Growth of Platinum Nanoparticles on Amorphous Silica from Grafted Pt-Disilicate Complexes”
ACS Omega, 7, 47120–47128 (2022).


Katsuhiko Takeuchi, Kazuhiro Matsumoto, Norihisa Fukaya, Kohtaro Osakada, Kazuhiko Sato, and Jun-Chul Choi*
“Synthesis of organic carbamates as polyurethane raw materials from CO2: the quest for metal alkoxides as regenerable reagents”
Dalton Trans., 51, 15631–15643 (2022). PERSPECTIVE


Katsuhiko Takeuchi, Kazuhiro Matsumoto, Norihisa Fukaya, Kazuhiko Sato, and Jun-Chul Choi*
“Synthesis of Glycerol Carbonate from Glycerol and CO2 Using CaO as a Dehydrating Agent”
Asian J. Org. Chem., 11, e202200212 (2022).


Yusuke Ishizaka, Kazuhiro Matsumoto, Kazuhiko Sato, and Jun-Chul Choi*
“Multinuclear rhodium complexes supported by tetra-tert-butoxy disiloxide ligand: Synthesis, structure, and reactivity”
New J. Chem., 46, 16040–16046 (2022).


Masaki Okada, Katsuhiko Takeuchi, Kazuhiro Matsumoto, Tomoharu Oku, Takayoshi Yoshimura, Miho Hatanaka, and Jun-Chul Choi*
“Hydroxycarbonylation of Alkenes with Formic Acid Catalyzed by a Rhodium(III) Hydride Diiodide Complex Bearing a Bidentate Phosphine Ligand”
Organometallics, 41, 1640–1648 (2022).


Hiroki Koizumi, Katsuhiko Takeuchi,* Kazuhiro Matsumoto, Norihisa Fukaya, Kazuhiko Sato, Masahito Uchida, Seiji Matsumoto, Satoshi Hamura, and Jun-Chul Choi*
“One-Pot Synthesis of N-Substituted Carbamic Acid Esters from Low Concentrations of CO2”
ACS Sustainable Chem. Eng., 10, 5507–5516 (2022).


Hideaki Matsuo, Jun-Chul Choi, Tadahiro Fujitani, and Ken-ichi Fujita*
“Carbonylation of o-phenylenediamines with CO2 to 2-benzimidazolones catalyzed by alumina”
Tetrahedron Lett., 96, 153722 (2022).


Yusuke Ishizaka, Kazuhiro Matsumoto, Kazuhiko Sato, and Jun-Chul Choi*
“Phosphonate-Type Pseudo-Grafted Precursor: Efficient Surface Modification of Silica”
Chem. Methods, 2, e202100080 (2022).


“2021”

Katsuhiko Takeuchi, Ming-Yu Chen, Hao-Yu Yuan, Hiroki Koizumi, Kazuhiro Matsumoto, Norihisa Fukaya, Yoong-Kee Choe, Shinji Shigeyasu, Seiji Matsumoto, Satoshi Hamura, and Jun-Chul Choi*
“N-Aryl and N-Alkyl Carbamates from 1 Atmosphere of CO2”
Chem. Eur. J., 27, 18066–18073 (2021).


Masaki Okada, Katsuhiko Takeuchi, Kazuhiro Matsumoto, Tomoharu Oku, and Jun-Chul Choi*
“Hydroxycarbonylation of alkenes with formic acid using rhodium iodide complex and alkylammonium Iodide”
Org. Biomol. Chem., 19, 8727–8734 (2021).


Yuto Seo, Wahyu S. Putro, Vladimir Ya. Lee, Tomoteru Mizusaki, Yukio Takagi, Yoong-Kee Choe, Kazuhiro Matsumoto, Jun-Chul Choi,* and Norihisa Fukaya*
“[Pd(4-R3Si-IPr)(allyl)Cl]/K2CO3/EtOH: A Highly Effective Catalytic System for the Suzuki-Miyaura Cross-Coupling Reaction”
J. Organomet. Chem., 954–955, 122096 (2021).


Yusuke Ishizaka, Natsumi Arai, Kazuhiro Matsumoto, Hiroki Nagashima, Katsuhiko Takeuchi, Norihisa Fukaya, Hiroyuki Yasuda, Kazuhiko Sato, and Jun-Chul Choi*
“Bidentate Disilicate Framework for Bis-Grafted Surface Species”
Chem. Eur. J., 27, 12069–12077 (2021).


H. Matsuo, J.-C. Choi, T. Fujitani, K. Fujita
“Carboxylative cyclization of a propargylic amine with CO2 catalyzed by a silica-coated magnetite”
Chem. Pharm. Bull., 69, 698–701 (2021).


S. Yamamoto, Z. Y. Zhou, G. Hiruta, K. Takeuchi, J.-C. Choi, T. Yasuda, T. Kanbara, J. Kuwabara
“One-pot synthesis of triazatriphenylene using the Povarov reaction”
J. Org. Chem., 86, 7920–7927 (2021).

Xiao-Tao Lin, Kazuhiro Matsumoto, Yoshifumi Maegawa, Katsuhiko Takeuchi, Norihisa Fukaya, Kazuhiko Sato, Shinji Inagaki,* and Jun-Chul Choi*
“Immobilized Zn(OAc)2 on bipyridine-based periodic mesoporous organosilica for N-formylation of amines with CO2 and hydrosilanes”
New J. Chem., 45, 9501–9505 (2021).


Hiroki Koizumi, Katsuhiko Takeuchi,* Kazuhiro Matsumoto, Norihisa Fukaya, Kazuhiko Sato, Masahito Uchida, Seiji Matsumoto, Satoshi Hamura, and Jun-Chul Choi*
“One-pot catalytic synthesis of urea derivatives from alkyl ammonium carbamates using low concentrations of CO2”
Commun. Chem., 4, 66 (2021).


Takahiro Kawatsu, Sho Kataoka, Norihisa Fukaya, Jun-Chul Choi, Kazuhiko Sato, and Kazuhiro Matsumoto*
“Fluoride ion-initiated decarboxylation of silyl alkynoates to alkynylsilanes”
ACS Omega, 6, 12853–12857 (2021).


Koya Inomata, Yuki Naganawa, Zhi An Wang, Kei Sakamoto, Kazuhiro Matsumoto, Kazuhiko Sato, and Yumiko Nakajima*
“Selective hydrosilylation of allyl chloride with trichlorosilane”
Commun. Chem., 4, 63 (2021).

Takahiro Kawatsu, Keita Fuchise, Katsuhiko Takeuchi, Jun-Chul Choi, Kazuhiko Sato, and Kazuhiro Matsumoto*
Well-defined hydrogen and organofunctional polysiloxanes with spiro-fused siloxane backbones
Polym. Chem., 12, 2222–2227 (2021).


Takahiro Kawatsu, Jun-Chul Choi, Kazuhiko Sato, and Kazuhiro Matsumoto*
“Facile synthesis of sequence-defined oligo(dimethylsiloxane-co-diphenylsiloxane)s”
Macromol. Rapid Comm., 42, 2000593 (2021).


“2020”

H. Matsuo, J.-C. Choi, T. Fujitani, K. Fujita
“Silica-catalyzed carboxylative cyclization of propargylic amines with CO2”
Tetrahedron Lett., 61, 152557–152560 (2020).

K. Takeuchi, K.-W. Kim, Y.-J. Kim, N. Fukaya, K. Sato, J.-C. Choi
“Synthesis and structure of multinuclear Pd(II) complexes bridged by phosphide or azide ligands”
ACS Omega, 5, 29706–29713 (2020).

Takahiro Kawatsu, Keiya Aoyagi, Yumiko Nakajima, Jun-Chul Choi, Kazuhiko Sato, and Kazuhiro Matsumoto*
“Catalytic decarboxylation of silyl alkynoates to alkynylsilanes”
Organometallics, 39, 2947-2950 (2020).

K. Takeuchi, Y. Tanaka, I. Tanigawa, F. Ozawa, J.-C-Choi
“Cu(I) complex bearing a PNP-pincer-type phosphaalkene ligand with a bulky fused-ring Eind group: properties and applications to FLP-type bond activation and catalytic CO2 reduction”
Dalton Trans., 49, 3630–3637 (2020).

“2019”

H. Matsuo, A. Fujii, J.-C. Choi, T. Fujitani, K. Fujita
“Carboxylative cyclization of propargylic amines with carbon dioxide-catalyzed by poly(amidoamine)-dendrimer-encapsulated gold nanoparticles”
Synlett, 30, 1914–1918 (2019).

Tomoteru Mizusaki, Kazuhiro Matsumoto, Katsuhiko Takeuchi, Norihisa Fukaya, Yukio Takagi, and Jun-Chul Choi*
“Direct installation of a silyl linker on ready-made NHC ligands: immobilized NHC-Pd complex for Buchwald-Hartwig amination”
Organometallics, 38, 1872–1876 (2019).

Norihisa Fukaya,* Tomoteru Mizusaki, Kouhei Hatakeyama, Yuto Seo, Yuuya Inaba, Kazuhiro Matsumoto, Vladimir Ya. Lee, Yukio Takagi, Junpei Kuwabara, Takaki Kanbara, Yoong-Kee Choe, and Jun-Chul Choi*
“[Pd(4-R3Si-IPr)(allyl)Cl], a family of silyl-substituted Pd-NHC complexes: catalytic systems for the Buchwald-Hartwig amination”
Organometallics, 38, 375–384 (2019).

Kazuhiro Matsumoto,* Shigeru Shimada, and Kazuhiko Sato
“Sequence‐controlled catalytic one‐pot synthesis of siloxane oligomers”
Chem. Eur. J., 25, 920–928 (2019).

“2018”

A. Fujii, H. Matsuo, J.-C. Choi, T. Fujitani, K. Fujita
“Efficient synthesis of 2-oxazolidinones and quinazoline-2,4(1H,3H)-diones from CO2 catalyzed by tetrabutylammonium fluoride”
Tetrahedron, 74, 2914–2920 (2018).

Kazuhiro Matsumoto,* Yuki Oba, Yumiko Nakajima, Shigeru Shimada,* and Kazuhiko Sato*
“One‐pot sequence‐controlled synthesis of oligosiloxanes”
Angew. Chem. Int. Ed., 57, 4637–4641 (2018).

“2017”

Kazuhiro Matsumoto, Kappam Veettil Sajna, Yasushi Satoh, Kazuhiko Sato, and Shigeru Shimada*

“By-Product-Free Siloxane-Bond Formation and Programmed One-Pot Oligosiloxane Synthesis”
Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 3168–3171 (Front Cover).

A. Fujii, J.-C. Choi, K. Fujita
“Quaternary ammonium salt-catalyzed carboxylative cyclization of propargylic amines with CO2”
Tetrahedron Lett., 58, 4483–4486 (2017).

A. Fujii, J.-C. Choi, K. Fujita
“Synthesis of magnetically recoverable imidazolium hydrogen carbonate and its application as an N-heterocyclic carbene catalyst to cyanosilylation of aldehydes and ketones”
Tetrahedron Lett., 58, 1515–1518 (2017).