規則性ナノ空間の特性を活かした新しい触媒反応系の開拓

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14205114
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 岩本 正和 東京工業大学, 資源化学研究所, 教授 (10108342)
• 研究分担者: 田中 敏弘 東京工業大学, 資源化学研究所, 教務職員 (20361777) ; 山本 孝 東京工業大学, 資源化学研究所, 助手 (70361756) ; 石谷 暖郎 東京工業大学, 資源化学研究所, 講師 (50302617)
• キーワード: ナノ多孔体 / 酸触媒反応 / 炭素-炭素結合生成 / オリゴメリゼーション / プロピレン生産

研究概要

本年度の研究において以下の点を明らかにした。
(1)壁構造の有機無機複合化による新しい機能材料の創製(岩本):水中の有害物質の捕集除去のため、ジルコニウム、硫酸根、有機ミセル相から成るメゾ構造体を新たに合成した。この化合物中の硫酸根と水中の砒酸イオンが極めて速やかにイオン交換した。本物質の交換容量、交換速度、交換平衡定数は既存の除去剤の性能を大きく凌駕した。この物質はセレン、クロム等の除去にも使うことができた。
(2)規則性ナノ空間物質の特異な酸触媒特性の究明(石谷):シリカ系ナノ多孔体の特異な酸触媒特性を用いると、Friedel-Craftsアシル化(FCA)反応、Mukaiyama-Aldol(MA)反応、Diels-Alder反応が効率よく進行することを明らかにした。その際、例えばFCA反応では通常のカルボン酸を用いてアシル化反応が進行すること、MA反応ではケトンあるいはアルデヒドよりも対応するアセタール(官能基を保護された有機化合物)のほうが反応性が高いこと等を見出した。
(3)金属イオン担持ナノ多孔体の触媒特性の解明(山本):ニッケルイオン担持M41(Ni-M41)を触媒とし、エチレンの二量化活性を検討したところ、高選択的に二量化反応が進行した。反応温度を変えると、400℃以上でプロピレンが主生成物となった。本反応はエチレンの二量化による1-ブテンの生成、1-ブテンの2-ブテンへの異性化、2-ブテンとエチレンのメタセシスによるプロピレンの生成という機構で進行している。メタセシスに活性な金属種はこれまでいくつか報告されているが、この様な高温かつ気相でNiイオンが活性を示すという知見は全く報告されておらず、石油化学工業に大きなインパクトを与えるものと考えている。
(4)メゾ多孔体の有機修飾による高機能光材料の調製(田中):シリカ系メゾ多孔体の細孔内をフェニル基で修飾後ジアリールエテンを担持する、あるいはアゾベンゼン基で修飾することにより光応答性細孔の調製を試みた。前者では細孔径と量子収率の間に特異な山型の関係があること、後者では細孔径制御によって有機化合物の吸着量制御が可能なことを見出した。

研究成果

• [文献書誌] M.Iwamoto, Y.Tanaka, N.Sawamura, S.Namba: "Remarkable Effect of Pore Size on the Catalytic Activity of Mesoporous Silica for the Acetalization of Cyclohexanone with Methanol"J.Am.Chem.Soc.. 125. 13032-13033 (2003)
• [文献書誌] M.Iwamoto, H.Yahiro: "Zeolites in Science and Technology of Removal of Nitrogen Monoxide"Handbook of Zeolites and Microporous Materials. 951-988 (2003)
• [文献書誌] H.Ishitani, M.Iwamoto: "Selective Aldol Reactions of Acetals on Mesoporous Silica Catalyst"Tetrahedron Lett.. 44. 299-301 (2003)
• [文献書誌] E.Kikuchi, K.Segawa, M.Iwamoto: "Third International Conference on Environmental Catalysis"Appl.Catal.B : Environmental. 41. 1-150 (2003)
• [文献書誌] H.Takada, Y.Watanabe, M.Iwamoto: "Zirconium Sulfate-Surfactant Micelle Mesostructure as an Effective Remover of Selenite Ion"Chem.Lett.. 62-63 (2004)
• [文献書誌] Y.Kuroda, M.Iwamoto: "Characterization of Cuprous Ion in High Silica Zeolites and Reaction Mechanism of Catalytic NO Decomposition and Specific N_2 Adsorption"Topics in Catal.. 28. (2004)
• [文献書誌] 八尋秀典, 岩本正和: "Cu-ZSM-5と一酸化窒素の直接分解反応"触媒. 45. 26-28 (2003)
• [文献書誌] 岩本正和: "環境触媒技術"化学便覧応用化学編,日本化学会編. 273-277 (2003)
• [文献書誌] 岩本正和: "吸着"化学便覧応用化学編,日本化学会編. 289-294 (2003)
• [文献書誌] 岩本正和: "規則性超微空間触媒を用いる夢の反応"先端化学シリーズI. 1. 163-170 (2003)
• [文献書誌] 岩本正和: "ナノ空間が化学工業に新風"日経先端技術. 45. 17-20 (2003)
• [文献書誌] 岩本正和: "世界をリードする環境触媒技術とナノテクノロジー"環境ビジネス. 15. 12-13 (2003)
• [文献書誌] 岩本正和: "ナノ空間物質の化学"日経ナノテク年鑑. (印刷中). (2004)
• [文献書誌] 岩本正和: "規則性ナノ空間の特性を活かした新しい触媒反応"有機合成化学協会誌. (印刷中). (2004)