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Research研究内容

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研究紹介

私たちの研究グループでは、安価で豊富に存在する二酸化炭素やエチレンのような小分子から付加価値の高い化合物を供給可能な新しい合成反応の創成を目指しています。特に、可視光・電気化学・遷移金属触媒を用いるカルベン反応やラジカル反応の開発に取り組んでいます。また、北海道大学前田研究室との融合研究により、量子化学計算による反応経路探索を取り入れて、化学反応の解析や未知反応の予測をしながら合理的に研究を進めています。教育にも重点を置き、国際色豊かな研究環境で、学生さんと博士研究員と共に最先端の研究を通して、未来の科学を牽引できる研究者の輩出を目指しています。

研究テーマ

1.1 ラジカル反応


価電子7個で反応性の高いラジカル種の新たな反応性を量子化学計算によって予測して新反応開発に繋げます。ラジカル種を発生させるための紫外光から赤色までの各種LED光源、各種光触媒、電解反応装置、加えて、ラジカルを制御するためのフローシステムを駆使して反応を設計しています。現在、気体分子の固定化を目指し、エチレンのラジカル二官能基化反応や二酸化炭素（CO2）のラジカル固定化反応に焦点を当てて研究を行っています。このように、安価で豊富に存在する気体分子から有用分子を生み出す分子変換手法の開発は、持続可能な社会の実現に大きく貢献することが期待されます。

プレリリースおよび研究紹介記事

代表論文

  1. Trans-Selective Carboxylative Cyclization of 1,6-Dienes Using the CO2 Radical Anion

    Song, Y.; Hayashi, H.*; Mangaonkar, S.; Mita, T.* Chem. Lett. 2024, 53, upae149.

    DOI : 10.1093/chemle/upae149

  2. Strain-Releasing Ring-Opening Diphosphinations for the Synthesis of Diphosphine Ligands with Cyclic Backbones

    Krishnan, C. G.; Takano, H.; Katsuyama, H.; Kanna, W.; Hayashi, H.; Mita, T.* JACS Au 2024, 4, in press.

    DOI : 10.1021/jacsau.4c00347

  3. γ-Butyrolactone Synthesis from Allylic Alcohols Using the CO2 Radical Anion

    Mangaonkar, S. R.; Hayashi, H.; Kanna, W.; Debbarma, S.; Harabuchi, Y.; Maeda, S.*; Mita, T.* Precis. Chem. 2024, 2, 88 - 95.

    DOI : 10.1021/prechem.3c00117

  4. Synthesis of Bicyclo[1.1.1]pentane (BCP)-Based Straight-Shaped Diphosphine Ligands

    Takano, H.; Katsuyama, H.; Hayashi, H.; Harukawa, M.; Tsurui, M.; Shoji, S.; Hasegawa, Y.; Maeda, S.; Mita, T.* Angew. Chem., Int. Ed. 2023, 62, e202303435.

    DOI : 10.1002/anie.202303435

  5. Oxidation and Reduction Pathways in the Knowles Hydroamination via a Photoredox-Catalyzed Radical Reaction

    Harabuchi, Y.*; Hayashi, H.; Takano, H.; Mita, T.; Maeda, S.* Angew. Chem., Int. Ed. 2023, 62, e202211936.

    DOI : 10.1002/anie.202211936

  6. Photoredox/HAT-Catalyzed Dearomative Nucleophilic Addition of the CO2 Radical Anion to (Hetero)Aromatics

    Mangaonkar, S. R.; Hayashi, H.; Takano, H.; Kanna, W.; Maeda, S.; Mita, T.* ACS Catal. 2023, 13, 2482 - 2488.

    DOI : 10.1021/acscatal.2c06192

  7. A Theory-driven Synthesis of Symmetric and Unsymmetric 1,2-Bis(diphenylphosphino)ethane Analogues via Radical Difunctionalization of Ethylene

    Takano, H.; Katsuyama, H.; Hayashi, H.; Kanna, W.; Harabuchi, Y.; Maeda, S.*; Mita, T.* Nat. Commun. 2022, 13, 7034.

    DOI : 10.1038/s41467-022-34546-5

  8. Electrochemical Dearomative Dicarboxylation of Heterocycles with Highly Negative Reduction Potentials

    You, Y.; Kanna, W.; Takano, H.; Hayashi, H.; Maeda, S.*; Mita, T.* J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 3685 - 3695.

    DOI : 10.1021/jacs.1c13032

1.2 イオン反応


価電子が6つでオクテット則を満足していない反応性の高いカルベン、ナイトレン、ベンザイン、カルボカチオンなどを基盤とした反応開発を行っています。この研究では、反応経路自動探索技術「AFIR法」を用いた反応経路予測を指針として研究を推進しています。これまでにジフルオロカルベンを活性種とするジフルオログリシンやフッ素化含窒素ヘテロ環化合物の新たな合成手法の開発に成功しました。

プレスリリースおよび研究紹介記事

代表論文

  1. In Silico Reaction Screening with Difluorocarbene for N-Difluoroalkylative Dearomatization of Pyridines

    Hayashi, H.; Katsuyama, H.; Takano, H.; Harabuchi, Y.; Maeda, S.*; Mita, T.* Nat. Synth. 2022, 1, 804 - 814.

    DOI : 10.1038/s44160-022-00128-y

  2. Synthesis of Difluoroglycine Derivatives from Amines, Difluorocarbene, and CO2: Computational Design, Scope, and Application

    Hayashi, H.; Takano, H.; Katsuyama, H.; Harabuchi, Y.; Maeda, S.*; Mita, T.* Chem. Eur. J. 2021, 27, 10040 - 10047.

    DOI : 10.1002/chem.202100812

  3. Discovery of a Synthesis Method for a Difluoroglycine Derivative Based on a Path Generated by Quantum Chemical Calculations

    Mita, T.*; Harabuchi, Y.; Maeda, S.* Chem. Sci. 2020, 11, 7569 - 7577.

    DOI : 10.1039/D0SC02089C

1.3 遷移金属触媒反応


C-H結合やC-C結合など、遷移金属触媒を用いないと切断しにくい結合を官能基化するための新反応開発を行い、二酸化炭素の触媒的な固定化反応に繋げています。そのための触媒設計などにも力を入れています。また、遷移金属錯体の光励起による新しい反応性の創出にも取り組んでいます。さらに、人工金属酵素を用いた新しい反応の開発も行っています。

プレスリリースおよび研究紹介記事

代表論文

  1. Carboxylation of a Palladacycle Formed via C(sp3)-H Activation: Theory-Driven Reaction Design

    Kanna, W.; Harabuchi, Y.; Takano, H.; Hayashi, H.; Maeda, S.*; Mita, T.* Chem. Asian J. 2021, 16, 4072 - 4080.

    DOI : 10.1002/asia.202100989

  2. Cobalt-Catalyzed Allylic C(sp3)-H Carboxylation with CO2

    Michigami, K.; Mita, T.*; Sato, Y.* J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 6094 - 6097.

    DOI : 10.1021/jacs.7b02775

  3. Highly Regioselective Palladium-Catalyzed Carboxylation of Allylic Alcohols with CO2

    Mita, T.*; Higuchi, Y.; Sato, Y.* Chem. Eur. J. 2015, 21, 16391 - 16394.

    DOI : 10.1002/chem.201503359

1.4 ペリ環状反応

ペリ環状反応は、原子効率100%で計算化学の予測に最適な反応形式です。Woodward-Hoffmann則に沿った計算予測が可能なため、新しい反応形式、選択性を有する新反応が見つかる可能性があり、その開発に向けて研究を進めています。

プレスリリースおよび研究紹介記事

代表論文

  1. Prediction of High-Yielding Single-Step or Cascade Pericyclic Reactions for the Synthesis of Complex Synthetic Targets

    Mita, T.*; Takano, H.; Hayashi, H.; Kanna, W.; Harabuchi, Y.; Houk, K. N.; Maeda, S.* J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 22985 - 23000.

    DOI : 10.1021/jacs.2c09830

ICReDD Hokkaido University
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ERATO
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デジタル有機合成
Green Catalysis

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美多 剛　教授

Tsuyoshi Mita
E-mail： tmita@icredd.hokudai.ac.jp