| 研究課題/領域番号 |
22K05197
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分34030:グリーンサステイナブルケミストリーおよび環境化学関連
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| 研究機関 | 芝浦工業大学 |
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研究代表者 |
田嶋 稔樹 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (50361770)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | HF-塩基錯体 / 有機強塩基 / 固体塩基 / 電解フッ素化 / HF錯体 / HF-固体塩基錯体 / フッ化カリウム / 固体酸 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、KFと固体酸のカチオン交換反応により定量的に生成したHFに対し、種々の固体塩基を作用させることで新たなHF-固体塩基錯体を合成し、HF-固体塩基錯体の同定、HFの配位数の決定を行う。また、SN2反応をモデル反応とすることで、合成したHF-固体塩基錯体のフッ化物イオンの反応性を評価する。さらに、HF-固体塩基錯体の合成にHF含有廃液を用いることで、廃液に含まれるHFをHF-固体塩基錯体として回収すべく検討を行う。
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| 研究実績の概要 |
フッ化カリウム（KF）と固体酸のカチオン交換反応により定量的に生成したフッ化水素（HF）に対して固体塩基を作用させることで、固体塩基-HF錯体を合成するべく検討を行った。その結果、固体塩基としてポリ(4-ビニルピリジン)（PVP）を用いることで、PVP-HF錯体を合成することに成功した。HFとPVPの反応は10分で平衡に達し、1 gのPVPに対して7 mmolのHFが配位していることが明らかになった。
次に、合成したPVP-HF錯体を用いてトリフェニルメタンの電解フッ素化を行ったところセル電圧が非常に高く、さらに対応するフッ素化体の収率は4%であった。HF錯体は、一般的にイオン液体であることから電解フッ素化においては支持塩兼フッ素化剤として働く。これに対し、固体塩基-HF錯体はHF錯体が固体（樹脂）表面に担持されているため支持塩として十分に作用せず、高いセル電圧を示したと考えられる。そこで、支持塩として過塩素酸テトラエチルアンモニウムを加えて電解フッ素化を行った結果、良好な収率で対応するフッ素化体が得られた。これより、PVP-HF錯体は支持塩を添加することで高いセル電圧を解消し、電解フッ素化に応用できることが示唆された。
有機電解合成に利用した固体担持試薬は、ろ過によって容易に分離でき、繰り返し再利用できることが知られている。そこで、本反応系におけるPVPがHF錯体の合成と電解フッ素化に繰り返し利用可能であるかの確認を行った。同一のPVPを用いてHF錯体の合成とトリフェニルメタンの電解フッ素化を繰り返し5回行ったところ、収率に大きな変化は見られなかった。このことから、PVPはHF錯体の合成および電解フッ素化への繰り返し利用（再利用）が可能であることが明らかとなった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の計画通り固体塩基-HF錯体の合成に成功し、固体塩基-HF錯体の電解フッ素化への応用についても目途が立ったため。
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| 今後の研究の推進方策 |
固体塩基-HF錯体の電解フッ素化への応用に成功したが、化学的フッ素化への応用についてはまだ検討段階である。均一系の反応に比べて不均一系（固体表面）の反応は反応性が低下することが予想されることから、このことに焦点を当てて検討を行う予定である。
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