Development of Supported Nanoalloy Catalysts for Cross Dehydrogenative Coupling of Arenes

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K20554
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0502:Inorganic/coordination chemistry, analytical chemistry, inorganic materials chemistry, energy-related chemistry, and related fields
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: Hasegawa Shingo 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 助教 (40964804)
• Project Period (FY): 2022-08-31 – 2024-03-31
• Keywords: ナノ合金 / C-H結合活性化 / 酸化的脱水素カップリング / アレーン / ビアリール

Outline of Final Research Achievements

Oxidative coupling of arenes is an efficient reaction transforming unactivated arenes to corresponding biaryls through C-H bond activation. In this study, we found that Al2O3-supported PdRu nanoalloy catalyst showed remarkably high catalytic activity for oxidative homocoupling reactions of arenes and achieved a turnover number of 453 for benzene homocoupling, which was higher than that of reported Pd catalysts. Effects of substituents, isotope, and solvent indicated that the C-H bond activation step on PdRu nanoalloy catalyst proceeded by concerted metalation deprotonation mechanism. It was also demonstrated that PdRu nanoalloy catalyst was applicable to the oxidative cross coupling reactions of different arenes.

Free Research Field

触媒化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

アレーンの酸化的カップリング反応は、有用物質であるビアリール化合物を高効率に得る重要な反応であるが、ナノ合金触媒の有効性についてはこれまで検討されてこなかった。本研究では担持金属ナノ粒子触媒の組成・担体・調製法を系統的に探索することで、Al2O3に担持されたPdRuナノ合金触媒が特異的に高い活性を示すことを見出した。そして、ベンゼンのホモカップリング反応について最適化された反応条件において既報のPd触媒を超える触媒回転数を達成し、ナノ合金触媒の有効性を実証した。さらに、C-H結合活性化の反応機構、およびRuによるPdの活性化機構を明らかにし、触媒設計指針を与える知見を得た。