| Project/Area Number |
22K20554
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
0502:Inorganic/coordination chemistry, analytical chemistry, inorganic materials chemistry, energy-related chemistry, and related fields
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
Hasegawa Shingo 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 助教 (40964804)
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| Project Period (FY) |
2022-08-31 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | ナノ合金 / C-H結合活性化 / 酸化的脱水素カップリング / アレーン / ビアリール / 脱水素カップリング / アセトキシル化 / 脱水素型クロスカップリング / 固体触媒 / C-H活性化 |
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| Outline of Research at the Start |
異なるアレーン類のC-H結合を活性化してC-C結合形成を行う脱水素型クロスカップリング（CDC）反応は、従来必要であったハロゲン・ホウ素の導入を経ない理想的な反応形式であるが非常に高難度である。複数の金属元素から成るナノ粒子・ナノクラスター（すなわちナノ合金）は異種金属間の電子移動や特異な表面原子配列に由来して新奇な触媒作用を示すことが知られているが、CDC反応への適用例は知られていない。本研究では構造を制御した担持ナノ合金触媒によってCDC反応を達成し、高活性かつ選択的なC-H活性化を可能とするナノ合金触媒の設計指針を確立することを目指す。
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| Outline of Final Research Achievements |
Oxidative coupling of arenes is an efficient reaction transforming unactivated arenes to corresponding biaryls through C-H bond activation. In this study, we found that Al2O3-supported PdRu nanoalloy catalyst showed remarkably high catalytic activity for oxidative homocoupling reactions of arenes and achieved a turnover number of 453 for benzene homocoupling, which was higher than that of reported Pd catalysts. Effects of substituents, isotope, and solvent indicated that the C-H bond activation step on PdRu nanoalloy catalyst proceeded by concerted metalation deprotonation mechanism. It was also demonstrated that PdRu nanoalloy catalyst was applicable to the oxidative cross coupling reactions of different arenes.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
アレーンの酸化的カップリング反応は、有用物質であるビアリール化合物を高効率に得る重要な反応であるが、ナノ合金触媒の有効性についてはこれまで検討されてこなかった。本研究では担持金属ナノ粒子触媒の組成・担体・調製法を系統的に探索することで、Al2O3に担持されたPdRuナノ合金触媒が特異的に高い活性を示すことを見出した。そして、ベンゼンのホモカップリング反応について最適化された反応条件において既報のPd触媒を超える触媒回転数を達成し、ナノ合金触媒の有効性を実証した。さらに、C-H結合活性化の反応機構、およびRuによるPdの活性化機構を明らかにし、触媒設計指針を与える知見を得た。
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