Theory for construction of low entropy reaction space toward heterogeneous catalysts and complicated catalysts
| Project Area | Highly organized catalytic reaction chemistry realized by low entropy reaction space |
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| Project/Area Number |
21H05082
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (2022-2023)
The University of Tokyo (2021) |
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Principal Investigator |
宮村 浩之 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (00548943)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
八谷 巌 三重大学, 工学研究科, 教授 (50312038)
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| Project Period (FY) |
2021-08-23 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥32,760,000 (Direct Cost: ¥25,200,000、Indirect Cost: ¥7,560,000)
Fiscal Year 2023: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
Fiscal Year 2022: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
Fiscal Year 2021: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
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| Keywords | 低エントロピー反応空間 / フロー合成 / 芳香族化合物水素化 / 不均一系触媒 / 金属ナノ粒子 / 流体・反応シミュレーション / ロイコキニザリン / 連結型連続反応器 / 水素化反応 / 反応メカニズム解析 / Lewis酸触媒 / 協調触媒 / 協調触媒系 / 多段階合成 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究領域では触媒反応系における反応経路の高秩序化を可能とする「反応に関与する化学種が高度に秩序だって存在する空間」を「低エントロピー反応空間」と定義し、そのような反応空間の設計理論の構築を行う。不均一系触媒反応や気相―液相―固相からなる多相系反応において、フロー系でのバッチ系に対する反応加速や選択性向上の要因を、反応空間に由来する物理的因子と化学反応における活性化パラメーター変化、特に活性化エントロピー変化との相関を明らかにする。また、複数の触媒が異なる時間軸で機能する協調触媒系や、多段階合成のためのフロー触媒系に即した低エントロピー反応空間を設計し、従前の手法では達成困難な触媒反応を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度、A04浅野班との共同研究において、ポリシランーアルミナ複合担体固定化ロジウムー白金合金ナノ粒子触媒による多相系核水添反応が、バッチ反応器に比べ連続フロー反応系を用いた際に、特異な触媒活性の向上が起こるメカニズム解明の研究を行った。その結果、気体―液体の流量比が大きい場合、溶液は固体触媒表面のマイクロサイズの凹凸部分による表面張力により、固体表面を薄膜状に伝わって流通することがわかった。それにより、固体触媒表面上の触媒活性点が、直接溶液の基質と気体の水素と接触することが可能となり、気相反応とほぼ同等の触媒回転速度が実現できることがわかった。
一方、ポリシランーアルミナ複合担体固定化合金ナノ粒子触媒を用いるキニザリンのロイコキニザリンへの水素化反応が、連続フロー系にて、高収率、高選択性をもって進行することを見出した。特に、ポリシランーアルミナ複合担体固定化白金―ニッケル合金ナノ粒子触媒を用いることで、過剰還元が抑制され、高選択的に目的のロイコキニザリンが得られることがわかった。キニザリンは溶解度が低く、連続フロー反応において低濃度条件を必要とする反面、ロイコキニザリンと求核剤もしくは求電子剤との縮合反応は二分子反応であるため、高濃度条件を必要とする。そこで、フローバッチ分離器一体型反応器を新たに開発し、低濃度条件で実施する連続フロー水素化によるロイコキニザリン合成と、高濃度条件を必要とするロイコキニザリンの誘導化反応の連結に成功した。このように高秩序状態を自在に維持可能な連結型反応器により、連結困難な反応同士の融合を実現し、当初提案した低エントロピー反応空間を体現する結果である。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(21 results)
