サステナブル炭素資源からの化学品合成に有効な卑金属ナノクラスター触媒の開発

• 研究課題/領域番号: 26289299
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 触媒・資源化学プロセス
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 清水 研一 北海道大学, 触媒科学研究所, 教授 (60324000)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 15,600千円 (直接経費: 12,000千円、間接経費: 3,600千円); 2016年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2015年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2014年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
• キーワード: 触媒 / 二酸化炭素 / 化学品合成 / 金属ナノ粒子 / カルボン酸類 / 水素化反応 / 水素化 / サステナブルケミストリー / 有機合成 / アミド / バイオマス

研究成果の概要

サステナブルな炭素源(CO2,カルボン酸類)を一段階で還元的に化学品へ変換する固体触媒法を探索した。カルボン酸をエステル，アルコール，アルカンに変換する3種の触媒系、レブリン酸をピロリドン類，γバレロラクトン，ペンタン酸に変換する3種の触媒系に加え、CO2+H2下でのアミンのメチル化、アミド水素化、スルホキシド・スルホンの水素化脱酸素に有効な触媒系も見出した．各触媒は再利用可能な不均一系触媒として作用し、幅広い基質に対して高い収率で目的物を与えた。反応機構・触媒構造に関する検討により、Lewis酸性担体によるC=O結合の活性化と隣接金属ナノ粒子上での水素解離を基盤とする触媒設計指針を提案した。

研究成果

• [雑誌論文] Acceptorless dehydrogenation of N-heterocycles by supported Pt catalysts (2017)
  • 著者名/発表者名: Sondomoyee K Moromi, S.M.A. Hakim Siddiki, Kenichi Kon, Takashi Toyao, Ken-ichi Shimizu
  • 雑誌名: Catalysis Today 巻: 281 ページ: 507-511
  • DOI: 10.1016/j.cattod.2016.06.027
  • NAID: 120006577365
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Heterogeneous platinum catalysts for direct synthesis of trimethylamine by N-methylation of ammonia and its surrogates with CO2/H2 (2017)
  • 著者名/発表者名: Takashi Toyao, SMAH Siddiki, Keisuke Ishihara, Kenichi Kon, Wataru Onodera, Ken-ichi Shimizu
  • 雑誌名: Chemistry letters 巻: 46 号: 1 ページ: 68-70
  • DOI: 10.1246/cl.160875
  • NAID: 130005308322
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Atomic-Resolution HAADF-STEM Study of Ag/Al2O3 Catalysts for Borrowing-Hydrogen and Acceptorless Dehydrogenative Coupling Reactions of Alcohols (2016)
  • 著者名/発表者名: Kenta Yoshida, Kenichi Kon,Ken-ichi Shimizu
  • 雑誌名: Topics in Catalysis 巻: 59 号: 19-20 ページ: 1740-1747
  • DOI: 10.1007/s11244-016-0695-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] TiO2-Supported Re as a General and Chemoselective Heterogeneous Catalyst for Hydrogenation of Carboxylic Acids to Alcohols (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Toyao, S. M. A. H. Siddiki, A. S. Touchy, W. Onodera, K. Kon, Y. Morita, T. Kamachi, K. Yoshizawa, and K. Shimizu
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 23 号: 5 ページ: 1001-1006
  • DOI: 10.1002/chem.201604762
  • NAID: 120006365325
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Catalytic hydrolysis of hydrophobic esters on/in water by high-silica large pore zeolites (2016)
  • 著者名/発表者名: S.M.A Hakim Siddiki, Takashi Toyao, Kenichi Kon, Abeda S. Touchy, Ken-ichi Shimizu
  • 雑誌名: Journal of Catalysis 巻: 344 ページ: 741-748
  • DOI: 10.1016/j.jcat.2016.08.021
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Supported rhenium nanoparticle catalysts for acceptorless dehydrogenation of alcohols: structure-reactivity relationship and mechanistic studies (2016)
  • 著者名/発表者名: Kenichi Kon, Wataru Onodera, Takashi Toyao, Ken-ichi Shimizu
  • 雑誌名: Catalysis Science & Technology 巻: 6 号: 15 ページ: 5864-5870
  • DOI: 10.1039/c6cy00252h
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synthesis of 2,5-disubstituted pyrroles via dehydrogenative condensation of secondary alcohols and 1,2-amino alcohols by supported platinum catalysts (2016)
  • 著者名/発表者名: S.M.A. Hakim Siddiki, Abeda S. Touchy, Chandan Chaudhari, Kenichi Kon, Takashi Toyao, Ken-ichi Shimizu
  • 雑誌名: Organic Chemistry Frontiers 巻: 3 号: 7 ページ: 846-851
  • DOI: 10.1039/c6qo00165c
  • NAID: 120006318733
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Machine-learning prediction of d-band center for metals and bimetals (2016)
  • 著者名/発表者名: I. Takigawa, K. Shimizu, K. Tsuda and S. Takakusagi
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 6 号: 58 ページ: 52587-52595
  • DOI: 10.1039/c6ra04345c
  • NAID: 120006219935
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Hydrodeoxygenation of sulfoxides to sulfides by a Pt and MoOx co-loaded TiO2 catalyst (2016)
  • 著者名/発表者名: Abeda Sultana Touchy, S.M.A. Hakim Siddiki, Wataru Onodera, Kenichi Kon, Ken-ichi Shimizu
  • 雑誌名: Green Chemistry 巻: 18 号: 8 ページ: 2554-2560
  • DOI: 10.1039/c5gc02806j
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Lewis Acid-Promoted Heterogeneous Platinum Catalysts for Hydrogenation of Amides to Amines (2016)
  • 著者名/発表者名: Ken-ichi Shimizu, Wataru Onodera, Abeda S. Touchy, S.M.A. Hakim Siddiki, Takashi Toyao, Kenichi Kon
  • 雑誌名: ChemistrySelect 巻: 4 号: 4 ページ: 736-740
  • DOI: 10.1002/slct.201600088
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Direct Olefination of Alcohols with Sulfones by Using Heterogeneous Platinum Catalysts (2016)
  • 著者名/発表者名: S.M.A. Hakim Siddiki, Abeda Sultana Touchy, Kenichi Kon, Ken-ichi Shimizu
  • 雑誌名: Chemistry - A European Journal 巻: 22 号: 17 ページ: 6111-6119
  • DOI: 10.1002/chem.201505109
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Direct Synthesis of Cyclic Imides from Carboxylic Anhydrides and Amines by Nb2O5 as a water-tolerant Lewis acid Catalyst (2016)
  • 著者名/発表者名: Md. A. Ali, Sondomoyee Konika Moromi, Abeda S. Touchy, Ken-ichi Shimizu
  • 雑誌名: ChemCatChem 巻: 8 号: 5 ページ: 891-894
  • DOI: 10.1002/cctc.201501172
  • NAID: 120005981354
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Amidation of Carboxylic Acids with Amines by Nb2O5 as a Reusable Lewis Acid Catalyst (2015)
  • 著者名/発表者名: Md. A. Ali, S. M. A. H. Siddiki, Wataru Onodera, Kenichi Kon, Ken-ichi Shimizu
  • 雑誌名: ChemCatChem 巻: 7 号: 21 ページ: 3555-3561
  • DOI: 10.1002/cctc.201500672
  • NAID: 120005855946
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A Heterogeneous Niobium(V) Oxide Catalyst for the Direct Amidation of Esters (2015)
  • 著者名/発表者名: Md. A. Ali, S. M. A. H. Siddiki, Kenichi Kon, Ken-ichi Shimizu
  • 雑誌名: ChemCatChem 巻: 7 号: 17 ページ: 2705-2710
  • DOI: 10.1002/cctc.201500601
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Acceptorless dehydrogenative synthesis of benzothiazoles and benzimidazoles from alcohols or aldehydes by heterogeneous Pt catalysts under neutral conditions (2015)
  • 著者名/発表者名: Chandan Chaudhari, S. M. A. Hakim Siddiki, Ken-ichi Shimizu
  • 雑誌名: Tetrahedron Letters 巻: 56 号: 34 ページ: 4885-4888
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2015.06.073
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Unprecedented Reductive Esterification of Carboxylic Acids under Hydrogen by Reusable Heterogeneous Platinum Catalysts (2015)
  • 著者名/発表者名: Abeda S. Touchy, Kenichi Kon, Wataru Onodera, Ken-ichi Shimizu
  • 雑誌名: Advanced Synthesis & Catalysis 巻: 357 号: 7 ページ: 1499-1506
  • DOI: 10.1002/adsc.201401172
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Acceptorless dehydrogenative lactonization of diols by Pt-loaded SnO2 catalyst (2015)
  • 著者名/発表者名: Abeda Sultana Touchy, Ken-ichi Shimizu
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 5 号: 37 ページ: 29072-29075
  • DOI: 10.1039/c5ra03337c
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Selective Synthesis of Primary Amines by Reductive Amination of Ketones with Ammonia over Supported Pt catalysts (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoichi Nakamura, Kenichi Kon, Abeda Sultana Touchy, Ken-ichi Shimizu, Wataru Ueda
  • 雑誌名: ChemCatChem 巻: 7 号: 6 ページ: 921-924
  • DOI: 10.1002/cctc.201402996
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Sustainable Heterogeneous Platinum Catalyst for Direct Methylation of Secondary Amines by Carbon Dioxide and Hydrogen (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenichi Kon,S.M.A. Hakim Siddiki, Wataru Onodera, Ken-ichi Shimizu
  • 雑誌名: CHEMISTRY-A EUROPEAN JOURNAL 巻: 20 号: 21 ページ: 6264-6267
  • DOI: 10.1002/chem.201400332
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Hydrogenation of levulinic acid to gamma-valerolactone by Ni and MoOx co-loaded carbon catalysts (2014)
  • 著者名/発表者名: Ken-ichi Shimizu, Shota Kanno, Kenichi Kon
  • 雑誌名: GREEN CHEMISTRY 巻: 16 号: 8 ページ: 3899-3903
  • DOI: 10.1039/c4gc00735b
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Selective hydrogenation of levulinic acid to valeric acid and valeric biofuels by a Pt/HMFI catalyst (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenichi Kon, Wataru Onodera, Ken-ichi Shimizu
  • 雑誌名: CATALYSIS SCIENCE & TECHNOLOGY 巻: 4 号: 9 ページ: 3227-3234
  • DOI: 10.1039/c4cy00504j
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Heterogeneous Pt Catalysts for Reductive Amination of Levulinic Acid to Pyrrolidones (2014)
  • 著者名/発表者名: Abeda Sultana Touchy, S.M.A. Hakim Siddiki, Kenichi Kon, Ken-ichi Shimizu
  • 雑誌名: ACS CATALYSIS 巻: 4 号: 9 ページ: 3045-3050
  • DOI: 10.1021/cs500757k
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Acceptorless dehydrogenative coupling of primary alcohols to esters by heterogeneous Pt catalysts (2014)
  • 著者名/発表者名: Sondomoyee Konika Moromi, S.M.A. Hakim Siddiki, Md. Ayub Ali, Kenichi Kon, Ken-ichi Shimizu
  • 雑誌名: CATALYSIS SCIENCE & TECHNOLOGY 巻: 4 号: 10 ページ: 3631-3635
  • DOI: 10.1039/c4cy00979g
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Hydrodeoxygenation of fatty acids and triglycerides by Pt-loaded Nb2O5 catalysts (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenichi Kon, Wataru Onodera, Satoru Takakusagi, Ken-ichi Shimizu
  • 雑誌名: CATALYSIS SCIENCE & TECHNOLOGY 巻: 4 号: 10 ページ: 3705-3712
  • DOI: 10.1039/c4cy00757c
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Versatile and Sustainable Synthesis of Cyclic Imides from Dicarboxylic Acids and Amines by Nb2O5 as a Base-Tolerant Heterogeneous Lewis Acid Catalyst (2014)
  • 著者名/発表者名: Md. Ayub Ali, S.M.A. Hakim Siddiki, Kenichi Kon, Junya Hasegawa, Ken-ichi Shimizu
  • 雑誌名: CHEMISTRY-A EUROPEAN JOURNAL 巻: 20 号: 44 ページ: 14256-14260
  • DOI: 10.1002/chem.201404538
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Acceptorless dehydrogenative synthesis of 2-substituted quinazolines from 2-aminobenzylamine with primary alcohols or aldehydes by heterogeneous Pt catalysts (2014)
  • 著者名/発表者名: Chandan Chaudhari, S.M.A. Hakim Siddiki, Masazumi Tamura, Ken-ichi Shimizu
  • 雑誌名: RSC ADVANCES 巻: 4 号: 95 ページ: 53374-53379
  • DOI: 10.1039/c4ra09205h
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synthesis of indoles via dehydrogenative N-heterocyclization by supported platinum catalysts (2014)
  • 著者名/発表者名: Sondomoyee Konika Moromi, Abeda Sultana Touchy, S.M.A. Hakim Siddiki, Md. Ayub Ali, Ken-ichi Shimizu
  • 雑誌名: RSC ADVANCES 巻: 5 号: 2 ページ: 1059-1062
  • DOI: 10.1039/c4ra11893f
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Selective N-alkylation of indoles with primary alcohols using a Pt/HBEA catalyst (2014)
  • 著者名/発表者名: S.M.A. Hakim Siddiki, Kenichi Kon, Ken-ichi Shimizu
  • 雑誌名: GREEN CHEMISTRY 巻: 17 号: 1 ページ: 173-177
  • DOI: 10.1039/c4gc01419g
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] CeO2-catalyzed Transformations of Nitriles, Amides and Esters (2016)
  • 著者名/発表者名: 清水研一
  • 学会等名: Rare Earths 2016
  • 発表場所: 北海道大学（北海道札幌市）
  • 年月日: 2016-06-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 酸化ニオブ上のLewis酸点によるカルボキシル基の活性化に関する実験・理論研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 清水研一・Ali, Md. Ayub・今 健一 ・Hirunsit, Pussana・江原正博
  • 学会等名: 第117回触媒討論会
  • 発表場所: 大阪府立大学(大阪府堺市)
  • 年月日: 2016-03-21
• [学会発表] Cooperative catalysis of Lewis acid and Pt cluster for hydrogenation of carboxylic acids, amides and CO2 (2016)
  • 著者名/発表者名: 清水研一
  • 学会等名: I2CNER International Workshop 2016
  • 発表場所: 九州大学伊都キャンパス(福岡県福岡市)
  • 年月日: 2016-02-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 金属触媒における活性制御因子：実験・理論・情報科学によるアプローチ (2016)
  • 著者名/発表者名: 清水研一
  • 学会等名: 日本金属学会2016年秋期講演大会公募シンポジウム
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス（大阪府吹田市）
  • 招待講演
• [学会発表] Heterogeneous catalysis for direct synthesis of chemicals from alcohols, CO2 and biomass platform compounds (2015)
  • 著者名/発表者名: 清水研一
  • 学会等名: 25th Annual Saudi-Japan Symposium – 2015
  • 発表場所: KFUPM, Dhahran, Saudi Arabia
  • 年月日: 2015-12-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] "Sustainable heterogeneous catalysis for transformations of CO2 and biomass platform compounds into chemicals (2015)
  • 著者名/発表者名: 清水研一
  • 学会等名: 7th China-Japan Workshop on Environmental Catalysis and Eco-Materials
  • 発表場所: South China University of Technology, Guangzhou, China
  • 年月日: 2015-11-06
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Lewis酸性酸化物担持Pt触媒による二酸化炭素・カルボン酸の還元的官能基変換 (2015)
  • 著者名/発表者名: 清水研一, S. M. A. H. Siddiki, Abeda S. Touchy, 今健一
  • 学会等名: 第115回触媒討論会
  • 発表場所: 東京都武蔵野市, 成蹊大学
  • 年月日: 2015-03-23
• [学会発表] 二酸化炭素・カルボン酸を還元的に化学品・燃料に変換する固体触媒 (2014)
  • 著者名/発表者名: 清水研一
  • 学会等名: 第114回触媒討論会
  • 発表場所: 広島県東広島市, 広島大学
  • 年月日: 2014-09-25
  • 招待講演
• [備考] 研究室のホームページ
  • URL: http://www.cat.hokudai.ac.jp/shimizu/index.html
• [備考] 研究室のwebページ
  • URL: http://www.cat.hokudai.ac.jp/shimizu/
• [備考]
  • URL: http://www.cat.hokudai.ac.jp/shimizu/