| 研究課題/領域番号 |
22K20554
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| 研究種目 |
研究活動スタート支援
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
0502:無機・錯体化学、分析化学、無機材料化学、エネルギー関連化学およびその関連分野
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| 研究機関 | 横浜国立大学 |
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研究代表者 |
長谷川 慎吾 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 助教 (40964804)
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| 研究期間 (年度) |
2022-08-31 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 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 / 脱水素カップリング / アセトキシル化 / 脱水素型クロスカップリング / 固体触媒 / C-H活性化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
異なるアレーン類のC-H結合を活性化してC-C結合形成を行う脱水素型クロスカップリング（CDC）反応は、従来必要であったハロゲン・ホウ素の導入を経ない理想的な反応形式であるが非常に高難度である。複数の金属元素から成るナノ粒子・ナノクラスター（すなわちナノ合金）は異種金属間の電子移動や特異な表面原子配列に由来して新奇な触媒作用を示すことが知られているが、CDC反応への適用例は知られていない。本研究では構造を制御した担持ナノ合金触媒によってCDC反応を達成し、高活性かつ選択的なC-H活性化を可能とするナノ合金触媒の設計指針を確立することを目指す。
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| 研究成果の概要 |
アレーン類の酸化的カップリング反応は活性化されていない基質のC-H結合を活性化してビアリール化合物を直接得る優れた反応である。本研究課題では、Al2O3に担持されたPdRuナノ合金触媒がアレーンの酸化的ホモカップリングに対し特異的に高い活性を示すことを見出し、既報のPd触媒を超える触媒回転数を達成した。置換基効果・速度論的同位体効果・溶媒効果の結果から、協奏的メタル化脱プロトン化機構によってC-H結合活性化が進行していることを明らかにした。さらに、PdRuナノ合金触媒が異種アレーン間の酸化的クロスカップリングに対しても展開可能であることを実証した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
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。
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