2021 Fiscal Year Annual Research Report
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 Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
宮村 浩之 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (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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| 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 / Lewis酸触媒 / 協調触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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を用いる、芳香族化合物の水素化反応において、バッチ系とフロー系で、その反応速度定数が大きく異なることを見出した。トルエンの水素化反応における反応速度定数の温度依存性を、バッチ系、フロー系でそれぞれ検証し、Eyringプロットを行ったところ、活性化エンタルピー項はほとんど変わらなかったのに対し、見かけの活性化エントロピー項が、フロー系ではバッチ系では大きくなることがわかった。このことより、フロー系では、相間の混合や物質移動がバッチ系に比べより効率的に起こっているという仮設を裏付けることができた。
さらに、A04班浅野と、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を用いる芳香族化合物の水素化反応における反応加速のメカニズム解明のための共同研究を開始した。A03班宮村が様々な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を調製し、A04班浅野が反応工学的手法を用いた速度論的解析や、流体・反応シミュレーションを行うことで、現在立てている仮設の検証を行う。
一方、新たに、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とスカンジウムトリフラートやイッテルビウムトリフラートのようなLewis酸触媒との協調効果により、芳香族化合物の水素化反応が大幅に加速されることを見出した。詳細な速度論解析の結果、基質の種類によって、その加速の大きさも異なり、基質とLewis酸触媒との相互作用の様式も、反応速度に大きく影響することを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
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を用いる、芳香族化合物の水素化反応において、バッチ系とフロー系で、その反応速度定数が大きく異なることを見出した。トルエンの水素化反応における反応速度定数の温度依存性を、バッチ系、フロー系でそれぞれ検証し、Eyringプロットを行ったところ、活性化エンタルピー項はほとんど変わらなかったのに対し、見かけの活性化エントロピー項が、フロー系ではバッチ系では大きくなることがわかった。このことより、フロー系では、相間の混合や物質移動がバッチ系に比べより効率的に起こっているという仮設を裏付けることができた。
一方、新たに、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とスカンジウムトリフラートやイッテルビウムトリフラートのようなLewis酸触媒との協調効果により、芳香族化合物の水素化反応が大幅に加速されることを見出した。詳細な速度論解析の結果、基質の種類によって、その加速の大きさも異なり、基質とLewis酸触媒との相互作用の様式も、反応速度に大きく影響することを見出した。
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| Strategy for Future Research Activity |
A04班浅野と、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を用いる芳香族化合物の水素化反応における反応加速のメカニズム解明のための共同研究を開始した。A03班宮村が様々な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を調製し、A04班浅野が反応工学的手法を用いた速度論的解析や、流体・反応シミュレーションを行うことで、現在立てている仮設の検証を行う。具体的には、基質への水素の溶解度や、不均一系触媒の粒径と反応速度との相関を明らかにする。また、よりかさ高く電子豊富な置換基や、複数の置換基を有する反応性の低い基質を用いる場合の、フロー系でのバッチ系に対する反応加速効果についても検証する。
一方で、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とLewis酸との協調触媒系が、アリールアルキルエーテルの還元的開裂反応に対して、高い活性を占めることを見出しており、本反応開発についての検討もバッチ系、フロー系両方で進める。
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