超臨界二酸化炭素を反応場とする固体触媒による二酸化炭素固定化反応

2005 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 15560664
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 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: 藤田 進一郎 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (80156869)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2005
• キーワード: 超臨界二酸化炭素 / 二酸化炭素の化学的固定化 / 個体塩基触媒 / 環状カーボネート / 炭酸ジメチル / 環状ウレタン / 環状ウレア

研究概要

本研究では超臨界二酸化炭素を反応場かつ反応基質とし、種々の固体触媒を用いて二酸化炭素の化学的固定化を行い、超臨界二酸化炭素を溶媒かつ反応基質とした場合の特性を明らかにし、さらにこれを活性化する触媒を調製する案件を検討することを目的とする。
1.環状カーボネート合成:種々の合成スメクタイト触媒を用いプロピレンオキシドからプロピレンカーボネートを合成する反応を行い、強塩基サイトを多く持つスメクタイト触媒が活性・選択性が高いこと、触媒中のアルカリ量が触媒性能を支配することおよび二酸化炭素圧力の高い領域では活性・選択性が低下することを見出した。またCO_2付加に対する反応性が低いスチレンオキシドに有効な触媒を探査し、ルイス塩基(イミダゾリウム塩、第4級アンモニウム塩)とルイス酸(臭化亜鉛)の組合せで高活性・高選択的な触媒系が得られることを見出した。CO_2圧力の影響は触媒系により異なっていた。
2.炭酸ジメチル(DMC)一段合成:スメクタイト触媒を用いて、プロピレンオキシド、メタノールおよび二酸化炭素からのDMC一段合成を行い、強塩基点の多い触媒が反応に有効であることを示した。
3.環状ウレアおよび環状ウレタン合成:CO_2からの環状ウレアおよび環状ウレタン合成を無触媒で行なった。無触媒でも脂肪族ジアミンからは対応する環状ウレアを高収率で得られた。しかし、芳香族環状ウレアおよび環状ウレタン合成の収率はきわめて低く、これらの反応では触媒が必要であることが分かった。そこで後者の反応について触媒探査を行い、イミダゾリウム塩が有効であることを見出した。
4.スチレンの酸化的カルボキシル化:スチレン、CO_2および酸化剤からのスチレンカーボネート(SC)一段合成に対しテトラブチルアンモニウムブロミド(TBAB)が既報よりも高いSC収率を与えることを見出した。さらに触媒性能の向上を自指し、ZnBr_2-TBAB-Au/SiO_2の触媒系を用いること.で反応時間を短縮でき、またスチレンカーボネート収率も向上することを示した。

研究成果

• [雑誌論文] A Direct Synthesis of Styrene Carbonate from Styrene using Au/SiO_2-ZnBr_2/Bu_4NBr Catalyst System (2005)
  • 著者名/発表者名: J.Sun
  • 雑誌名: Journal of Catalysis 230・2 ページ: 398-405
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Review paper : Chemical Fixation of Carbon Dioxide : Synthesis of Cyclic Carbonate, Dimethyl Carbonate, Cyclic Urea and Cyclic Urethane (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Fujita
  • 雑誌名: Journal of Japan Petroleum Institute 48・2 ページ: 67-75
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Synthesis of 1,3-Dialkylurea from Ethylene Carbonate and Amine Using Calcium Oxide (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Fujita
  • 雑誌名: Journal of Molecular Catalysis A : Chemical 230・1-2 ページ: 43-48
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A Highly Efficient Catalyst System of ZnBr_2/n-Bu_4NI for the Synthesis of Styrene Carbonate from Styrene Oxide and Supercritical Carbon Dioxide (2005)
  • 著者名/発表者名: J.Sun
  • 雑誌名: Applied Catalysis A : General 287・2 ページ: 221-226
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Review : Development in the Green Synthesis of Cyclic Carbonate Using Ionic Liquids (2005)
  • 著者名/発表者名: J.Sun
  • 雑誌名: Journal of Organometallic Chemistry 690・15 ページ: 3490-3497
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A Direct Synthesis of Styrene Carbonate from Styrene using Au/SiO_2-/ZnBr_2/Bu_4NBr Catalyst System (2005)
  • 著者名/発表者名: J.Sun, S.Fujita, F.Zhao, M.Arai
  • 雑誌名: Journal of Catalysis 230-2 ページ: 398-405
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Review : Chemical Fixation of Carbon Dioxide : Synthesis of Cyclic Carbonate, Dimethyl Carbonate, Cyclic Urea and Cyclic Urethane (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Fujita, M.Arai
  • 雑誌名: Journal Japan Petroleum Institute 48-2 ページ: 67-75
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Synthesis of 1,3-Dialkylurea from Ethylene Carbonate and Amine Using Calcium Oxide (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Fujita, B.M.Bhanage, H.Kanamaru, M.Arai
  • 雑誌名: Journal of Molecular Catalysis A : Chemical 230-1-2 ページ: 43-48
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A Highly Efficient Catalyst System of ZnBr_2/n-Bu_4NI for the Synthesis of Styrene Carbonate from Styrene Oxide and Supercritical Carbon Dioxide (2005)
  • 著者名/発表者名: J.Sun, S.Fujita, F.Zhao, M.Arai
  • 雑誌名: Applied Catalysis A : General 287-2 ページ: 221-226
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Review : Development in the Green Synthesis of Cyclic Carbonate Using Ionic Liquids (2005)
  • 著者名/発表者名: J.Sun, S.Fujita, M.Arai
  • 雑誌名: Journal of Organometallic Chemistry 690-15 ページ: 3490-3497
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Chemical Fixation of Carbon Dioxide : Green Processes to Valuable Chemicals (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Fujita, B.M.Bhanage, M.Arai
  • 雑誌名: Progress in Catalysis Research (Ed.L.P.Bevy) (Nova Science Publisher, Inc.) ページ: 57-79
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Non-catalytic Clean Synthesis Route Using Urea to Cyclic Urea and Cyclic Urethane Compounds (2004)
  • 著者名/発表者名: B.M.Bhanage
  • 雑誌名: Green Chemistry 6・2 ページ: 78-80
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Direct Oxidative Carboxylation of Styrene to Styrene Carbonate in the Presence of Ionic Liquid (2004)
  • 著者名/発表者名: J.Sun
  • 雑誌名: Catalysis Communications 5・2 ページ: 83-87
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Synthesis of N,N'-Disubstituted Urea from Ethylene Carbonate and Amine Using CaO (2004)
  • 著者名/発表者名: S.Fujita
  • 雑誌名: Chemistry Letters 33・6 ページ: 742-743
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] One-pot Synthesis of Styrene Carbonate from Styrene in Tetrabuthylammonium Bromide (2004)
  • 著者名/発表者名: J.Sun
  • 雑誌名: Catalysis Today 93-95・- ページ: 383-388
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Synthesis of Styrene Carbonate from Styrene Oxide and Carbon Dioxide in the Presence of Zinc Bromide and Ionic Liquid under Mild Conditions (2004)
  • 著者名/発表者名: J.Sun
  • 雑誌名: Green Chemistry 6・12 ページ: 613-616
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Non-catalytic Clean Synthesis Route Using Urea to Cyclic Urea and Cyclic Urethane Compounds (2004)
  • 著者名/発表者名: B.M.Bhanage, S.Fujita, Y.Ikushima, M.Arai
  • 雑誌名: Green Chemistry 6-2 ページ: 78-80
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Direct Oxidative Carboxylation of Styrene to Styrene Carbonate in the Presence of Ionic Liquid (2004)
  • 著者名/発表者名: J.Sun, S.Fujita, B.M.Bhanage, M.Arai
  • 雑誌名: Catalysis Communications 5-2 ページ: 83-87
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Synthesis of N,N'-Disubstituted Urea from Ethylene Carbonate and Amine Using CaO (2004)
  • 著者名/発表者名: S.Fujita, B.M.Bhanage, M.Arai
  • 雑誌名: Chemistry Letters 33-6 ページ: 742-743
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] One-pot Synthesis of Styrene Carbonate from Styrene in Tetrabuthylammonium Bromide (2004)
  • 著者名/発表者名: J.Sun, S.Fujita, B.M.Bhanage, M.Arai
  • 雑誌名: Catalysis Today 93-95 ページ: 383-388
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Synthesis of Styrene Carbonate from Styrene Oxide and Carbon Dioxide in the Presence of Zinc Bromide and Ionic Liquid under Mild Conditions (2004)
  • 著者名/発表者名: J.Sun, S.Fujita, F.Zhao, M.Arai
  • 雑誌名: Green Chemistry 6-12 ページ: 613-616
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Synthesis of Dimethyl Carbonate and Glycols from Carbon Dioxide, Epoxides, and Methanol Using Heterogeneous Mg Containing Smectite Catalysts (2003)
  • 著者名/発表者名: B.M.Bhanage
  • 雑誌名: Green Chemistry 5・1 ページ: 71-75
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Synthesis of cyclic ureas and urethanes from alkylene diamines and amino alcohols with pressurized carbon dioxide in the absence of catalysts (2003)
  • 著者名/発表者名: B.M.Bhanage
  • 雑誌名: Green Chemistry 5・3 ページ: 340-342
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Transesterification of Urea and Ethylene Glycol to Ethylene Carbonate as an Important Step for Urea Based Dimethyl Carbonate Synthesis (2003)
  • 著者名/発表者名: B.M.Bhanage
  • 雑誌名: Green Chemistry 5・4 ページ: 429-432
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 超臨界二酸化炭素を反応場とする多相系触媒反応 (2003)
  • 著者名/発表者名: 藤田進一郎
  • 雑誌名: ケミカルエンジニヤリング 48・3 ページ: 178-182
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Synthesis of Dimethyl Carbonate and Glycols from Carbon Dioxide, Epoxides, and Methanol Using Heterogeneous Mg Containing Smectite Catalysts (2003)
  • 著者名/発表者名: B.M.Bhanage, S.Fujita, Y.Ikushima, K.Torii, M.Arai
  • 雑誌名: Green Chemistry 5-1 ページ: 71-75
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Synthesis of cyclic ureas and urethanes from alkylene diamines and amino alcohols with pressurized carbon dioxide in the absence of catalysts (2003)
  • 著者名/発表者名: B.M.Bhanage, S.Fujita, Y.Ikushima, K.Torii, M.Arai
  • 雑誌名: Green Chemistry 5-3 ページ: 340-342
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Transesterification of Urea and Ethylene Glycol to Ethylene Carbonate as an Important Step for Urea Based Dimethyl Carbonate Synthesis (2003)
  • 著者名/発表者名: B.M.Bhanage, S.Fujita, Y.Ikushima, M.Arai
  • 雑誌名: Green Chemistry 5-4 ページ: 429-432
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Review : Multi-phase Catalysis in Supercritical Carbon Dioxide (2003)
  • 著者名/発表者名: S.Fujita, M.Arai
  • 雑誌名: Kemikaru enjiniyaringu 48-3 ページ: 178-182
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [図書] Progress in Catalysis Research (Ed. L.P. Bevy) (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Fujita
  • 総ページ数: 57-79
  • 出版者: Nova Science Publisher, Inc.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より