2021 Fiscal Year Annual Research Report
層空間拡張機能を付与した新規インターカレーション型触媒の創成
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19K05558
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
原 孝佳 千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (60437358)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 層状イットリウム水酸化物 / アニオン交換反応 / 固体塩基触媒 / 層空間のリフトアップ / 水溶媒 / 時分割放射光粉末X線回折 / Knoevenagel縮合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
希土類元素に分類されるイットリウムを基本層シートの主成分とする層状イットリウム水酸化物を触媒に用いると、水酸化物それ自体がもつブレンステッド塩基性が利用できるだけでなく、層間内の陰イオンの種類を適切に選択すると、水中で反応空間が拡張し、Knoevenagel縮合反応速度を大きく向上させることができた。層状イットリウム水酸化物の層間内塩化物イオンを陰イオン交換反応によって酢酸イオンに置換したときに、水中で特異的に層間隔が拡張する「リフトアップ現象」を見出した。SPring-8内の粉末結晶構造解析ビームラインBL02B2でミリ秒オーダーでの放射光X線回折実験を行い、この拡張過程を追跡したところ、水による層空間のリフトアップは数十秒で完了することがわかった。このような迅速なリフトアップ現象は、他の有機溶媒中に触媒を分散させても、あるいは酢酸イオン以外の陰イオンを層空間に導入しても全く起こらなかった。酢酸イオンと多量に存在する水分子とが層間内で複合体を形成することで基本層を持ち上げ、反応空間を拡張していると考えらる。このようなユニークなリフトアップ特性をもつ触媒を水溶媒中で用いると、Knoevenagel縮合反応を効果的に進行させることができ、医農薬中間体として有用なα,β-不飽和ニトリル化合物を高収率で合成できた。この触媒を用いると、これまでに報告されてきた他の触媒の約半分の活性化エネルギーで反応を進行させることができた。さらに、この触媒は粉末状で機能するため、反応後の固体と液体の懸濁液から遠心分離やろ過によって簡単に分離でき、触媒活性や反応選択性を維持したまま再使用することもできた。
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