アルコールを水素キャリアとしたマイクロ波が媒介する連続的水素製造法の開発と応用

• 研究課題/領域番号: 18J14100
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 化学系薬学
• 研究機関: 東京大学 (2019); 岐阜薬科大学 (2018)
• 研究代表者: 市川 智大 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 特別研究員(PD)
• 研究期間 (年度): 2018-04-25 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円); 2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2018年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: 不均一系触媒 / フロー反応 / マイクロ波 / 水素製造 / アルコール / 飽和環状炭化水素 / 接触還元 / 低エネルギー / 水素キャリア

研究実績の概要

本研究では，マイクロ波とフロー式連続反応の組み合わせによる水素ガスの効率的な製造法の確立と水素ガスの有機化学的応用が目的である．前年度は，研究の過程で，飽和環状炭化水素であるメチルシクロヘキサン (MCH) の脱水素反応により水素を効率よく取り出せることを見出した．今年度は，(1) 安価な2-プロパノール (IPA) から効率よく水素を取り出す方法論と，(2) MCHやIPAから取り出した水素をそのまま接触還元に利用する研究に取り組んだ．
(1) IPA存在下，触媒を効率よく加熱するための反応管を新たに用意した．本研究でも触媒として粒状活性炭に担持された白金触媒を使用し，マイクロ波を照射しながら反応基質兼溶媒であるIPAを触媒管に移送したところ純粋な水素ガスが生成した．IPAの循環移送液により反応はほぼ完結した．本反応は，少なくとも13時間触媒が劣化することなく高純度の水素を連続製造することができた．
(2) MCHやIPAから取り出した水素をそのまま接触還元に利用すると，水素ガス雰囲気下で実施する場合には認められない官能基選択性が発現した．さらに，水素ガスを使用するバッチ反応条件下で容易に還元されるアジド基が本反応系では還元されなかったにも関わらず，ベンジル保護基の脱保護が可能であったことから，従来法とは反応性が逆転することも分かった．
以上，マイクロ波と活性炭が作る高加熱反応場を利用して，IPAからの水素製造法の確立と水素キャリアから取り出した水素の化学的利用まで研究を展開することができた．

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Silaboration of [1.1.1]Propellane: A Storable Feedstock for Bicyclo[1.1.1]pentane Derivatives (2020)
  • 著者名/発表者名: Kondo Masaki、Kanazawa Junichiro、Ichikawa Tomohiro、Shimokawa Takumi、Nagashima Yuki、Miyamoto Kazunori、Uchiyama Masanobu
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 59 号: 5 ページ: 1970-1974
  • DOI: 10.1002/anie.201909655
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microwave-Mediated Continuous Hydrogen Abstraction Reaction from 2-PrOH Catalyzed by Platinum on Carbon Bead (2019)
  • 著者名/発表者名: Ichikawa Tomohiro、Matsuo Tomohiro、Tachikawa Takumu、Teranishi Wataru、Yamada Tsuyoshi、Sawama Yoshinari、Monguchi Yasunari、Sajiki Hironao
  • 雑誌名: Catalysts 巻: 9 号: 8 ページ: 655-655
  • DOI: 10.3390/catal9080655
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of Titanium Dioxide-Supported Pd Catalysts for Ligand-Free Suzuki-Miyaura Coupling of Aryl Chlorides (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamada、Masuda、Park、Tachikawa、Ito、Ichikawa、Yoshimura、Takagi、Sawama、Ohya、Sajiki
  • 雑誌名: Catalysts 巻: 9 号: 5 ページ: 461-461
  • DOI: 10.3390/catal9050461
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Polyethyleneimine-Modified Polymer as an Efficient Palladium Scavenger and Effective Catalyst Support for a Functional Heterogeneous Palladium Catalyst (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamada Tsuyoshi、Kobayashi Yutaka、Ito Naoya、Ichikawa Tomohiro、Park Kwihwan、Kunishima Kouki、Ueda Shun、Mizuno Masahiro、Adachi Tadashi、Sawama Yoshinari、Monguchi Yasunari、Sajiki Hironao
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 4 号: 6 ページ: 10243-10251
  • DOI: 10.1021/acsomega.9b00707
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Microwave-mediated site-selective heating of spherical-carbon-bead-supported platinum for the continuous, efficient catalytic dehydrogenative aromatization of saturated cyclic hydrocarbons (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Ichikawa, Tomohiro Matsuo, Takumu Tachikawa, Tsuyoshi Yamada, Takeo Yoshimura Masatoshi Yoshimura, Yukio Takagi, Yoshinari Sawama, Jun-ichi Sugiyama, Yasunari Monguchi and Hironao Sajiki
  • 雑誌名: ACS Sustain. Chem. Eng. 巻: 7 号: 3 ページ: 3052-3061
  • DOI: 10.1021/acssuschemeng.8b04655
  • 査読あり
• [学会発表] Platinum on carbon-bead-catalyzed energetically efficient, continuous hydrogen production method from methylcyclohexane enhanced by the microwave irradiation (2019)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Ichikawa, Tomohiro Matsuo, Takumu Tachikawa, Tsuyoshi Yamada, Takeo Yoshimura, Masatoshi Yoshimura, Yukio Takagi, Yoshinari Sawama, Jun-ichi Sugiyama, Yasunari Monguchi, Hironao Sajiki
  • 学会等名: The 4th International Symposium on Process Chemistry
  • 国際学会