2018 Fiscal Year Annual Research Report
固体触媒を用いたフルアルデヒドへの増炭反応を基軸とするバイオリファイナリーの構築
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17H04966
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| Research Institution | Japan Advanced Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
西村 俊 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (20610067)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ゼオライト / エステル化 / ヒドロキシメチル化 / フルアルデヒド / ハイドロタルサイト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
バイオマス資源の更なる利用・普及を促進するためには、簡便／安価な触媒・触媒反応プロセスによりアップグレードを行う技術の確立が求められている。
アップグレーディングの一つとして、バイオマス資源由来の有機酸とフェノールを固体酸触媒により増炭（エステル化）するプロセスを検討したところ、ゼオライトの中でもベータ型の触媒が当該反応を効率的に進行させること、さらにシリカ・アルミナ比の変化に伴ってその触媒挙動が大きく異なることが分かった。
そこでFurfuralのヒドロキシメチル化によるHMF合成に対して同様のアプローチから検討を行った。その結果、当該反応に対しても同様にベータ型のゼオライトが優れた酸触媒として機能すること、シリカ・アルミナ比の変化に伴ってその触媒挙動が大きく異なることが分かった。更にゼオライト表面の親疎水性評価を水吸着測定から検討した結果、優れた触媒活性（TOF）の発現には”疎水的な表面”の存在が重要な因子となる傾向を捉えることに成功した。
この他に、塩基触媒を用いた展開としてアルデヒドの増炭（クネベナーゲル縮合）に高活性を発現できる塩基性ハイドロタルサイト触媒の開発に成功した。また、バイオマス資源のアップグレーディングによる高付加価値化を指向した周辺技術の開発として、還元的アミノ化反応および環化反応に対してそれぞれ高活性ないしは高選択性を実現できる固体触媒プロセスを確立しつつある。
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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
昨年度の報告では、市販の酸性樹脂触媒を用いたfurfuralのヒドロメチル化によるHMF合成を報告した。本年は、ゼオライト触媒を用いた触媒プロセスを実現し、より安価なプロセス設計への展開の道を開くことができた。また種々のゼオライト骨格を有する触媒の活性比較から特にβ型のゼオライトがfurfuralのヒドロメチル化によるHMF合成に効果的である事を示した。さらにシリカーアルミナ比（SiO2／Al2O3）と表面の親水性・疎水性評価から、「より疎水的な表面」を構築することで水溶溶液中での当該反応の反応速度（ＴＯＦ）が高いサイト構築に繋がる可能性を示し、今後の触媒設計に向けた指標の一端を解明した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、ターゲット反応に対して新たなゼオライト触媒プロセスを開拓した。更に、触媒作用機構に疎水性が重要な因子となりうることを明らかとし、触媒設計指針の一端を明らかとできた。しかし、より高品位な化成品供給プロセスを達成するためには、反応展開力をさらに拡張して行く必要がある。
そこで、次年度はホルムアルデヒド以外の試剤を用いた増反反応によるアップグレーデイングプロセスの開拓、さらに水素や酸素を用いた展開力向上プロセスの開拓を進めたい。
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| Remarks |
国際会議（10th SINGAPORE INTERNATIONAL CHEMISTRY CONFERENCE 2018）ポスター賞
Reductive amination of furfural to furfurylamine using Organic-linkage-capped Ruthenium Catalyst with Aqueous Ammonia in mixed solvent
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