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固体表面の機能化によるグリーンケミストリーを指向した新規分子性触媒プロセスの開発

研究課題

研究課題/領域番号 11450307
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 触媒・化学プロセス
研究機関大阪大学

研究代表者

金田 清臣  大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 教授 (90029554)

研究分担者 海老谷 幸喜  大阪大学, 基礎工学研究科, 講師 (50242269)
研究期間 (年度) 1999 – 2000
研究課題ステータス 完了 (2000年度)
配分額 *注記
13,600千円 (直接経費: 13,600千円)
2000年度: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円)
1999年度: 12,000千円 (直接経費: 12,000千円)
キーワードグリーンケミストリー / 分子状酸素 / 酸化反応 / 炭酸ガス固定化反応 / 炭素-炭素結合形成反応 / ハイドロタルサイト / ヒドロキシアパタイト / 金属クラスター / 層状化合物 / CO_2 固定化 / 過酸化水素
研究概要

本研究では、無機結晶性化合物および金属クラスターの表面特性を利用して高機能化触媒の開発を行い、グリーンケミストリーを指向した新規分子性触媒プロセスの開発を行った。分子状酸素および過酸化水素といった環境に負荷をかけない酸化剤を用いて、各種炭化水素類の選択的酸化反応を見出した。また、新規に開発した固体酸塩基触媒を用いて、炭酸ガスの固定化反応および炭素-炭素結合形成反応も行った。
1、選択的酸化反応
ハイドロタルサイトの基本層の構成するアルミニウムを、触媒活性種であるルテニウムカチオンで交換すると、ルテニウムカチオンが基本層内でお互いに孤立して存在することを明らかにした。本触媒は、分子状酸素を酸化剤とするアルコール類の酸化反応に特異な触媒活性を示す。また、基本層にコバルトカチオンを共存させると、芳香族化合物の酸素化反応をも進行させる強力なルテニウム種を生成させることができた。
次に、生体硬組織の主成分であるヒドロキシアパタイトのカチオン交換能を利用した精密触媒設計を行った。高いカチオン交換能に基き、ルテニウムカチオンを容易に表面単核種として固定化できた。本触媒は、アルコール類やアミン類の酸素酸化反応に優れた活性・選択性を示すことを見出し、単核構造に基く反応機構を提案した。
また、分子状酸素を酸化剤とする芳香族化合物のアセトキシル化反応に極めて高い触媒活性を示す巨大パラジウムクラスターの調製方法を確立した。
さらに、過酸化水素を酸化剤とする選択的酸化反応として、塩基性ハイドロタルサイト触媒によるオレフィン類およびピリジン類のmonooxygenation型反応を見出した。
2、炭酸ガス固定化反応
上記ハイドロタルサイトを焼成して得られる酸塩基両機能を利用すると、炭酸ガスのエポキシド分子への付加反応を、温和な条件で効率よく進行させることができた。酸化物表面のアルミニウム、マグネシウムの配列を原子レベルで決定し、本反応において、隣接する酸点と塩基点が、それぞれ炭酸ガス、エポキシドの活性化に重要であることを示した。
3、炭素-炭素結合形成反応
層状粘土鉱物モンモリロナイトの層間へ、種々の多価金属カチオンを導入でき、この時金属カチオンを選択すると、酸性を制御できる。特に、チタンカチオンを層間に固定化すると、芳香族化合物のアルキル化反応が効率よく進行することを見出した。

報告書

(3件)
  • 2000 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1999 実績報告書
  • 研究成果

    (33件)

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すべて 文献書誌 (33件)

  • [文献書誌] Kazuya Yamaguchi: "Catalysis of a hydroxyapatite-bound Ru complex : efficient heterogeneous oxidation of primary amines to nitriles in the presence of molecular oxygen"Chemical Communications. 461-462 (2001)

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  • [文献書誌] Kazuya Yamaguchi: "Creation of a Monomeric Ru Species on the Surface of Hydroxyapatite as an Efficient Heterogeneous Catalyst for Aerobic Alcohol Oxidation"Journal of the American Chemical Society. 122. 7144-7145 (2000)

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  • [文献書誌] Kazuya Yamaguchi: "Epoxidation of α,β-Unsaturated Ketones Using Hydrogen Peroxide in the Presence of Basic Hydrotalcite"The Journal of Organic Chemistry. 65. 6897-6903 (2000)

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  • [文献書誌] Kazuya Yamaguchi: "Mg-Al Mixed Oxides as Highly Active Acid-Base Catralysts for Cycloaddition of Carbon Dioxide to Epoxides"Journal of the American Chemical Society. 121. 4526-4527 (1999)

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  • [文献書誌] Tomoo Mizugaki: "Catalysis of Dendrimer-Bound Pd (II) Complex-Selective Hydrogenation of Dienes to Monoene-"Journal of Molecular Catalysis A : Chemical. 145. 329-333 (1999)

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  • [文献書誌] Kohki Ebitani: "Immobilization of a Ligand-Preserved Giant Palladium Cluster on a Metal Oxide Surface and Its Nobel Heterogeneous Catalysis for Oxidation of Allylic Alcohols in the Presence of Oxygen"Langmuir. 15. 3557-3562 (1999)

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  • [文献書誌] 金田清臣(共著): "グリーンケミストリー"講談社. 112-113 (2001)

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  • [文献書誌] T.Matsushita, K.Ebitani, and K.Kaneda: "Highly Efficient Oxidation of Alcohols and Aromatic Compounds Catalysed by Ru-Co-Al Hydrotalcite in the Presence of Molecular Oxygen"Chemical Communications. 265-266 (1999)

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  • [文献書誌] K.Yamaguchi, K.Ebitani, and K.Kaneda: "Basic Hydrotalcite Catalysts for Heterogeneous Epoxidation of Olefines Using Hydrogen Peroxide with Amide Compounds"The Journal of Organic Chemistry. 64. 2966-2968 (1999)

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  • [文献書誌] K.Ebitani, Y.Fujie, and K.Kaneda: "Immobilization of Ligand-Preserved Palladium Giant Cluster onto Metal Oxide Surface and Its Nobel Heterogeneous Catalysis for Oxidation of Primary Allylic Alcohols in the Presence of Molecular Oxygen"Langmuir. 15. 3557-3562 (1999)

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  • [文献書誌] K.Yamaguchi, K.Ebitani, T.YOshida, H.Yoshida, and K.Kaneda: "Mg-Al Mixed Oxides as Highly Active Acid-Base Catalysts for Cycloaddition of Carbon Dioxide to Epoxides"Journal of the American Chemical Society. 121. 4526-4527 (1999)

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  • [文献書誌] K.Yamaguchi, T.Mizugaki, K.Ebitani, and K.Kaneda: "Heterogeneous N-oxidation of Pyridines Using a Combined Oxidant of Hydrogen Peroxide and Nitriles Catalysed by Basic Hydrotalcites"New Journal of Chemistry. 23. 799-802 (1999)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Mizugaki, M.Ooe, K.Ebitani, and K.Kaneda: "Catalysis of Dendrimer-Bound Pd (II) Complex-Selective Hydrogenation of Dienes to Monoenes-"Journal of Molecular Catalysis A : Chemical. 145. 329-333 (1999)

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  • [文献書誌] K.Kaneda, T.Mizugaki, and K.Ebitani: "Catalyst Design of Polymer-Bound Metal Complexes in Selective Reduction of Organic Compounds"Trends in Organometallic Chemistry. 3. 179-200 (1999)

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  • [文献書誌] K.Ebitani, K.Nagashima, T.Mizugaki, and K.Kaneda: "Preparation of Zeolite X-Encapsulated Copper (II) Chloride Complex and Its Catalysis for Liquid-Phase Oxygenation of Enamines in the Presence of Molecular Oxygen"Chemical Communications. 869-870 (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Ebitani, K.Nagashima, T.Kawabata, T.Mizugaki, and K.Kaneda: "Simple and Clean Synthesis of 9, 9-Bis [4-(2-hydroxyethoxy) phenyl] fluorene from Aromatic Alkylation of Phenoxyethanol with Fluoren-9-one Catalysed by Titanium Cation-Exchanged Montmorillonite"Green Chemistry. 2. 157-160 (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Yamaguchi, K.Mori, T.Mizugaki, K.Ebitani, and K.Kaneda: "Creation of a Monomeric Ru Species on the Surface of Hydroxyapatite as an Efficient Heterogeneous Catalyst for Aerobic Alcohol Oxidation"Journal of the American Chemical Society. 122. 7144-7145 (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Kaneda, K.Yamaguchi, K.Mori, T.Mizugaki, and K.Ebitani: "Catalyst Design of Hydrotalcite Compounds for Efficient Oxidations"Catalysis Surveys from Japan. 4. 31-38 (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Yamaguchi, K.Mori, T.Mizugaki, K.Ebitani, and K.Kaneda: "Epoxidation of α, β-Unsaturated Ketones Using Hydrogen Peroxide in the Presence of Basic Hydrotalcite Catalysts"The Journal of Organic Chemistry. 65. 6897-6903 (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Mori, K.Yamaguchi, T.Mizugaki, K.Ebitani, and K.Kaneda: "Catalysis of a Hydroxyapatite-Bound Ru Complex : Efficient Heterogeneous Oxidation of Primary Amines to Nitriles in the Presence of Molecular Oxygen"Chemical Communications. 461-462 (2001)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Kaneda, K.Yamaguchi, K.Mori, T.Mizugaki, and K.Ebitani: "Design of High Performance Hydrotalcite Catalysts in Efficient Monooxygenation Type Reactions Using Hydrogen Peroxide"Recent Research Developments in Organic Chemistry. (in press).

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kazuya Yamaguchi: "Catalysis of a hydroxyapatite-bound Ru complex : efficient heterogeneous oxidation of primary amines to nitriles in the presence of molecular oxygen"Chemical Communications. 461-462 (2001)

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      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Kazuya Yamaguchi: "Creation of a Monomeric Ru Species on the Surface of Hydroxyapatite as an Efficient Heterogeneous Catalyst for Aerobic Alcohol Oxidation"Journal of the American Chemical Society. 122. 7144-7145 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Kazuya Yamaguchi: "Epoxidation of α,β-Unsaturated Ketones Using Hydrogen Peroxide in the Presence of Basic Hydrotalcite"The Journal of Organic Chemistry. 65. 6897-6903 (2000)

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      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Kiyotomi Kaneda: "Preparation of Giant Metal Clusters Aimed at High Performance Oxidation Catalysts"触媒. 42. 575-580 (2000)

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      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Kohki Ebitani: "Preparation of a zeolite X-encapsulated copper (II) chloride complex and its catalysis for liquid-phase oxygenation of enamines in the presence of molecular oxygen"Chemical Communications. 869-870 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Kiyotomi Kaneda: "Design of High Performance Hydrotalcite Catalysts in Efficient Monooxygenation Type Reactions Using Hydrogen Peroxide"Recent Research Developments in Organic Chemistry. (in press). (2000)

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      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 金田清臣: "グリーンケミストリーと触媒"化学(化学同人). 54. 20-23 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] K. Yamaguchi: "Mg-Al Mixed Oxides as Highly Active Acid-Base Catalysts for Cycloaddition of Carbon Dioxide to Epoxides"Journal of American Chemical Society. 121. 4526-4527 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] K. Yamaguchi: "Basic Hydrotalcite Catalysts for Heterogeneous Epoxidation of Olefins Using Hydrogen Peroxide and Amid Compounds"Journal of Organic Chemistry. 64. 2966-2968 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] K. Yamaguchi: "Heterogeneous N-oxidation of pyridines using a combined oxidant of hydrogen peroxide and nitriles catalysed by basic hydrotalcites"New Journal of Chemistry. 23. 799-802 (1999)

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      1999 実績報告書
  • [文献書誌] K. Ebitani: "Immobilization of Ligand-Preserved Giant Palladium Cluster on Metal Oxide Surface and Its Novel Heterogeneous Catalysis for Oxidation of Allylic Alcohols in the Presence of Molecular Oxygen"Langmuir. 15. 3557-3562 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] T. Mizugaki: "Catalysis of Dendrimer-Bound Pd(II)Complex-Selective Hydrogenation of Dienes to Monoenes-"Journal of Molecular Catalysis A : General. 145. 329-333 (1999)

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      1999 実績報告書

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公開日: 1999-04-01   更新日: 2016-04-21  

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