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2021 Fiscal Year Annual Research Report

Development of Function Integrated Heterogeneous Catalysts for Dehydrogenation-Based New Reactions

Research Project

Project/Area Number 19H02509
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

山口 和也  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (50334313)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords機能集積型固体触媒設計 / 脱水素 / 新反応開発
Outline of Annual Research Achievements

本提案では、機能集積型固体触媒を設計し、脱水素等を基盤とした高効率反応、新反応の開発を目指して研究をおこなってきた。当該年度は、(1)飽和ケトンの選択的α,β-脱水素反応の開発ならびに反応機構解明、(2)シクロヘキサノンとヒドラジンからの第1級アニリンの選択合成系の開発、(3)アルデヒドの脱カルボニル反応の開発に成功した。これらの反応は独自に開発した機能集積型固体触媒を用いることによって初めて実現できた。
(1)に関して、析出沈殿法によりPdおよびAuを水酸化物としてCeO2に担持、続くPdの選択酸化によって調製したPd/Au/CeO2触媒が種々の飽和ケトンの選択的α,β-脱水素反応に高活性を示すことを見出した。種々のキャラクタリゼーションにより、Pd(II)-(μ-O)-Au(0)構造が生成していることが示唆された。量子計算によって、μ-Oの酸素原子由来のBronsted塩基、Pd(II)由来のLewis酸の協奏機能により基質のC-H結合を効率的に活性化していることを明らかにした。
(2)に関して、担持Pdナノ粒子触媒が、ヒドラジンを窒素源、シクロヘキサノンの脱水素芳香環形成反応による第1級アニリンの選択合成に対する優れた固体触媒となることを見出した。アンモニアを用いた系では、第1級アニリンへの選択性が低い、もしくは水素アクセプターが必要等の問題があったが、ヒドラジンを用いた本系では、このような問題は起こらなかった。
(3)に関して、析出沈殿法によりNiを水酸化物としてCeO2に担持、続く適切な還元処理により調製したNi/CeO2が、種々のアルデヒドの脱カルボニル反応に対する優れた固体触媒となることを見出した。
また、当初計画にはなかったが、(4)エチレングリコールとアルコールからのシュウ酸ジエステル選択合成系の開発にも成功した。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (27 results)

All 2022 2021

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (23 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] C-H Bond Activation Mechanism by a Pd(II)-(μ-O)-Au(0) Structure Unique to Heterogeneous Catalysts2022

    • Author(s)
      D. Takei, T. Yatabe, T. Yabe, R. Miyazaki, J. Hasegawa, K. Yamaguchi
    • Journal Title

      JACS Au

      Volume: 2 Pages: 394-406

    • DOI

      10.1021/jacsau.1c00433

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Cu/N-oxyl-catalyzed aerobic oxidative esterification to oxalic acid diesters from ethylene glycol via highly selective intermolecular alcohol oxidation2022

    • Author(s)
      Y. Morino, T. Yatabe, K. Suzuki, K. Yamaguchi
    • Journal Title

      Green Chem.

      Volume: 24 Pages: 2017-2026

    • DOI

      10.1039/D1GC04001D

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Selective primary aniline synthesis through supported Pd-catalyzed acceptorless dehydrogenative aromatization by utilizing hydrazine2021

    • Author(s)
      W.-C. Lin, T. Yatabe, K. Yamaguchi
    • Journal Title

      Chem. Commun.

      Volume: 57 Pages: 6530-6533

    • DOI

      10.1039/D1CC01686E

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Heterogeneously Catalyzed Selective Decarbonylation of Aldehydes by CeO2-Supported Highly Dispersed Non-Electron-Rich Ni(0) Nanospecies2021

    • Author(s)
      T. Matsuyama, T. Yatabe, T. Yabe, K. Yamaguchi
    • Journal Title

      ACS Catal.

      Volume: 11 Pages: 13745-13751

    • DOI

      10.1021/acscatal.1c03375

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 複合機能不均一系触媒による環境調和型脱水素酸化反応の開発2022

    • Author(s)
      山口 和也
    • Organizer
      日本化学会第102春季年会
    • Invited
  • [Presentation] Cu/TMEDA/DMN-AZADO触媒を用いた酸化的エステル化による高選択的シュウ酸ジエステル合成2022

    • Author(s)
      谷田部 孝文、森野 雄介、鈴木 康介、山口 和也
    • Organizer
      第129回触媒討論会
  • [Presentation] CeO2担持Au-Pd合金ナノ粒子触媒を用いた1,2-ジケトンの脱カルボニル反応2022

    • Author(s)
      松山 剛大、谷田部 孝文、矢部 智宏、山口 和也
    • Organizer
      日本化学会第102春季年会
  • [Presentation] N-ヒドロキシフタルイミドおよび担持Pd触媒を用いたアミドのα酸素化反応2022

    • Author(s)
      八村 信輝、谷田部 孝文、竹井 大輔、山口 和也
    • Organizer
      日本化学会第102春季年会
  • [Presentation] アクセプターレス脱水素芳香環形成によるアンモニアを窒素源とした選択的第1級アニリン合成2022

    • Author(s)
      李 輝、谷田部 孝文、高山 聡、山口 和也
    • Organizer
      日本化学会第102春季年会
  • [Presentation] Pd/Au/CeO2触媒を用いたケトンの脱水素反応における触媒活性点構造と反応機構の解明2022

    • Author(s)
      竹井 大輔、谷田部 孝文、矢部 智宏、宮崎 玲、長谷川 淳也、山口 和也
    • Organizer
      日本化学会第102春季年会
  • [Presentation] 固体触媒による新奇脱水素酸化に関する先導的研究2021

    • Author(s)
      山口 和也
    • Organizer
      第10回JACI/GSCシンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] Pdナノ粒子触媒によるヒドラジンを利用したシクロヘキサノンから1級アニリンへの選択的単純脱水素芳香環形成反応2021

    • Author(s)
      谷田部 孝文、林 威辰、山口 和也
    • Organizer
      第128回触媒討論会
  • [Presentation] 担持Niナノ粒子触媒を用いたアルデヒドの脱カルボニル反応2021

    • Author(s)
      松山 剛大、谷田部 孝文、山口 和也
    • Organizer
      第128回触媒討論会
  • [Presentation] CeO2担持Pd-on-Au二元金属ナノ粒子触媒を用いた飽和ケトンの酸化的脱水素反応とその触媒活性点構造および反応機構に関する検討2021

    • Author(s)
      竹井 大輔、谷田部 孝文、矢部 智宏、宮崎 玲、長谷川 淳也、山口 和也
    • Organizer
      第128回触媒討論会
  • [Presentation] CeO2担持Ni触媒によるベンジル位選択的脱水素ホウ素化反応2021

    • Author(s)
      谷田 部孝文、吉井大地、矢部智宏、山口和也
    • Organizer
      第54回酸化反応討論会
  • [Presentation] Pd/Au/CeO2触媒を用いたケトンの脱水素反応とその反応機構に関する検討2021

    • Author(s)
      竹井 大輔、谷田部 孝文、矢部 智宏、宮崎 玲、長谷川 淳也、山口 和也
    • Organizer
      第54回酸化反応討論会
  • [Presentation] 担持Ni触媒を用いたアルデヒドの高選択的脱カルボニル反応2021

    • Author(s)
      松山 剛大、谷田部 孝文、矢部 智宏、山口 和也
    • Organizer
      第11回CSJ化学フェスタ2021
  • [Presentation] アクセプターレス脱水素芳香環形成によるアンモニアを窒素源とした1級アニリン合成2021

    • Author(s)
      李 輝、谷田部 孝文、高山 聡、山口 和也
    • Organizer
      第11回CSJ化学フェスタ2021
  • [Presentation] N-ヒドロキシイミドおよび担持Pd触媒を用いたアミドのα酸素化によるイミド合成2021

    • Author(s)
      八村 信輝、谷田部 孝文、竹井 大輔、山口 和也
    • Organizer
      第11回CSJ化学フェスタ2021
  • [Presentation] Pd/Au/CeO2触媒による飽和ケトンの酸化的脱水素反応2021

    • Author(s)
      竹井 大輔、谷田部 孝文、金 雄傑、矢部 智宏、山口 和也
    • Organizer
      第10回JACI/GSCシンポジウム
  • [Presentation] Unusual α-methylene selective alkynylation of tertiary amines enabled by gold nanoparticle catalysis2021

    • Author(s)
      Takafumi Yatabe, Kazuya Yamaguchi
    • Organizer
      Pacifichem 2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Aerobic α,β-desaturation of saturated carbonyl compounds using Pd-on-Au/CeO2 heterogeneous catalyst2021

    • Author(s)
      Daisuke Takei, Takafumi Yatabe, Xiongjie, Jin, Tomohiro Yabe, Noritaka Mizuno, Kazuya Yamaguchi
    • Organizer
      Pacifichem 2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Aerobic α,β-Dehydrogenation of Saturated Ketones Using CeO2-Supported Pd-on-Au Bimetallic Nanoparticle Catalysts2021

    • Author(s)
      Daisuke Takei, Takafumi Yatabe, Xiongjie, Jin, Tomohiro Yabe, Kazuya Yamaguchi
    • Organizer
      18th Japan-Korea Symposium on Catalysis
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Synthesis of Primary Anilines Using NH3 as a Nitrogen Source via Acceptorless Dehydrogenative Aromatization Catalyzed by Magnesium Hydroxide-Supported Pd Nanoparticles2021

    • Author(s)
      Hui Li, Takafumi Yatabe, Satoshi Takayama, Kazuya Yamaguchi
    • Organizer
      18th Japan-Korea Symposium on Catalysis
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Regiospecific α-Methylene Alkynylation of Tertiary Amines Enabled by Gold Nanoparticles-Catalyzed Concerted Hydride Transfer to O22021

    • Author(s)
      Takafumi Yatabe, Kazuya Yamaguchi
    • Organizer
      18th Japan-Korea Symposium on Catalysis
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 金ナノ粒子触媒による協奏的ヒドリド移動を利用した第三級アミンのメチレン基選択的αアルキニル化2021

    • Author(s)
      谷田部孝文、山口和也
    • Organizer
      第118回有機合成シンポジウム
  • [Presentation] 合金ナノ粒子触媒を用いた選択性制御によるアミンの単純脱水素型α酸素化2021

    • Author(s)
      谷田部孝文、大山貴史、竹井大輔、矢部智宏、山口和也
    • Organizer
      第25回JPIJSポスターセッション

URL: 

Published: 2022-12-28  

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