2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of dehydrogenative cross-coupling reactions by blended catalysts
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20K21108
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
吉田 寿雄 京都大学, 人間・環境学研究科, 教授 (80273267)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | 脱水素的カップリング / 光触媒 / ブレンド触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光触媒は光励起により生じた電子・正孔が還元・酸化反応をそれぞれ進行させる点で通常の触媒とは異なる仕組みで化学反応を促進するために，これまでにない化学反応を実現する可能性を秘めている．光触媒による脱水素的クロスカップリング反応（DCC反応）は，常温で余分な試薬を消費せずに，2つの有機分子のそれぞれの炭素-水素結合を切断して炭素-炭素結合による目的生成物と水素分子を直接合成できる点で魅力的である．最近，研究代表者は，酸化チタン光触媒とパラジウム触媒を物理混合した「ブレンド触媒」が有機化合物と芳香環との間のDCC反応を促進することを発見した．そこで本研究では，このブレンド触媒による反応機構を解明し，ブレンド比や光触媒・パラジウム触媒を最適化して高活性化を達成し，さらには，ブレンド触媒の特徴を活かして他の光触媒的DCC反応にも展開することを目指している．
2020年度は，推定している反応機構を検証するために，メタノール改質反応をモデル反応として，流通系反応装置で上流に光触媒と下流に金属触媒を置き空間的に分離した状態でも，光触媒によって生成したラジカル種が，下流の金属触媒によってカップリングを起こし反応が進行することを示すことに成功した．ブレンド触媒のうちの光触媒と金属触媒の役割は独立にあって，かつ，ラジカル種はそれなりに安定に金属触媒まで移動できることを示すことができた．2021年度は，光触媒の構造を示す主要なパラメータである比表面積と，光触媒の効率に深く関連する励起電子・正孔の寿命について，多くの酸化チタン光触媒試料について調べて整理した結果，比表面積と寿命の積が，脱水素的カップリング反応の反応速度を決めることを見出した．そのほか，光触媒表面上にある吸着分子が光励起するタイプのDCC反応も見出した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
コロナ禍で実験を制限された期間があったことや，流通反応装置における検証実験に多くの時間がかかってしまったことが挙げられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，金属触媒の方の最適化を中心に研究し活性向上を目指すとともに，これまでに培ったノウハウに基づき新規な脱水素型のカップリング反応の開発を行う予定である．
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| Causes of Carryover |
コロナ禍で，海外輸入の試薬が購入できなかったり，機器の納入が遅れたりしたため，研究計画が遅れ，次年度へ延長した．本年度は期日に余裕をもって使用してゆきたい．
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