リサイクルシステムを利用した環境調和型置換反応の開発

2011 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21550145
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 浅尾 直樹 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 教授 (60241519)
• キーワード: ナノ多孔質金 / 不均一系触媒 / 芳香環形成反応 / リサイクル

研究概要

本課題では、リサイクルシステムの構築を目指した環境調和型反応の開発を行っている。本年度はリサイクルシステムへの展開を指向した固体触媒の開発を行った。金銀合金薄膜から硝酸により銀のみを選択的に溶出させることで、ナノ多孔質構造を有する金を作成できることが知られている。この脱合金化の温度を調節すると、生じる細孔のサイズを数十ナノメートルから数百ナノメートルに制御することができる。そこで申請者はこの金属材料を用いた炭素骨格構築反応の開発を目指した。その結果、触媒量のこの金属材料存在下でオルト位にアルキニル基を有するベンズアルデヒド誘導体とアセチレン化合物を反応させると、α位にケトン官能基を有するナフタレン化合物を合成できることを見出した。本反応は以前申請者自身が均一系金触媒を用いて開発した反応であるが、本研究により不均一系のナノ多孔質金触媒によってもこの反応が進行することが明らかになった。興味深いことに、本触媒の細孔サイズによって触媒活性が異なり、孔径が30nm程度のものが一番触媒活性が高く、100nm程度になると触媒活性が極端に低下することがわかった。触媒は反応終了後にピンセットで取り出すことができるため生成物との分離が容易で、回収のためにろ過や遠心分離などの煩雑な操作を必要としない。また回収した触媒は再利用が可能であり、少なくとも3回の繰り返し実験では触媒活性の変化は全く見られなかった。以上の結果は、本触媒が炭素骨格構築のための触媒として有機合成上有用であることを示しており、今後より効率的なリサイクルシステムの開発を目指す上で貴重な知見となる。

研究成果

• [雑誌論文] Aerobic oxidation of alcohols in the liquid phase with nanoporous gold catalysts (2012)
  • 著者名/発表者名: Asao, N.; Hatakeyama, N.; Menggenbateer, Minato, T.; Ito, E.; Hara, M.; Kim, Y.; Yamamoto, Y.; Chen, M.; Zhang, W.; Inoue, A.
  • 雑誌名: Chem.Commun. 巻: 48 ページ: 4540-4542
  • DOI: 10.1039/c2cc17245c
  • 査読あり
• [雑誌論文] Donor-acceptor Dyes Incorporating Stable Dibenzosilole π-Conjugated Spacer for Dye-sensitized Solar Cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Akhtaruzzaman, Md.; Seya, Y.; Asao, N.; Islam, A.; Kwon, E.; El-Shafei, A.; Han, L.; Yamamoto, Y.
  • 雑誌名: J.Mater.Chem. 巻: (印刷中)
  • DOI: 10.1039/c2jm30978e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanoporous Gold-Catalyzed [4+2] Benzannulation between ortho-Alkynylbenzaldehydes and Alkynes (2012)
  • 著者名/発表者名: Asao, N.; Menggenbateer, Seya, Y.; Yamamoto, Y.; Chen, M.; Zhang, W.; Inoue, A.
  • 雑誌名: Synlett 巻: 23 ページ: 66-69
  • DOI: 10.1055/s-0031-1289527
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation and properties of Au-based nanograined metallic glasses (2011)
  • 著者名/発表者名: Chen, N. ; Frank, R. ; Asao, N. ; Louzguine-Luzgin, D. V. ; Sharma, P. ; Wang, J. Q. ; Xie, G. Q. ; Ishikawa, Y. ; Hatakeyama, N. ; Lin, Y. C. ; Esashi, M. ; Yamamoto, Y. ; Inoue, A.
  • 雑誌名: Acta Mater. 巻: 59 ページ: 6433-6440
  • 査読あり
• [雑誌論文] A novel metal-free panchromatic TiO_2 sensitizer based on a phenylenevinylene-conjugated unit and an indoline derivative for highly efficient dye-sensitized solar cells (2011)
  • 著者名/発表者名: Akhtaruzzaman, Md.; Islam, A.; Yang, F.; Asao, N.; Kwon, E.; Singh, S.P.; Han, L.; Yamamoto, Y.
  • 雑誌名: Chem.Commun. 巻: 47 ページ: 12400-12402
  • DOI: 10.1039/c1cc15580f
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reusable and Sustainable Nanostructured Skeleton Catalyst : Heck Reaction with Nanoporous Metallic Pd (PdNPore) as a Support, Stabilizer and Ligand Free Catalyst (2011)
  • 著者名/発表者名: Kaneko, T.; Tanaka, S.; Asao, N.; Yamamoto, Y.; Chen, M.; Zhang, W.; Inoue, A.
  • 雑誌名: Adv.Synth.Catal. 巻: 353 ページ: 2927-2932
  • DOI: 10.1002/adcs.201100358
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gold-catalyzed alkylation of silyl enol ethers with ortho-alkynylbenzoic acid esters (2011)
  • 著者名/発表者名: Aikawa, H.; Kaneko, T.; Asao, N.; Yamamoto, Y.
  • 雑誌名: Beilstein J.Org.Chem. 巻: 7 ページ: 648-652
  • DOI: 10.3762/bjoc.7.76
  • 査読あり
• [雑誌論文] A nanostructured skeleton catalyst : Suzuki-coupling with a reusable and sustainable nanoporous metallic glass Pd-catalyst (2011)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, S.; Kaneko, T.; Asao, N.; Yamamoto, Y.; Chen, M.; Zhang, W.; Inoue, A.
  • 雑誌名: Chem.Commun. 巻: 47 ページ: 5985-5987
  • DOI: 10.1039/c1cc10710k
  • 査読あり
• [学会発表] Mechanism of organic chemical reactions on nano-porous gold (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Minato, E. Ito, Y. Ishikawa, N. Hatakeyama, M. Hara, Y. Kim, N. Asao, Y. Yamamoto
  • 学会等名: Towards Reality in Nanoscale Materials V
  • 発表場所: Levi, Finland
  • 年月日: 20120220-22
• [学会発表] Nanoporous materials as skeleton catalysts for molecular transformations (2012)
  • 著者名/発表者名: Asao, N.
  • 学会等名: UCSB ICMR/CNSI and Tohoku University Joint Workshop
  • 発表場所: Santa Barbara, USA(招待講演)
  • 年月日: 20120110-20120112
• [学会発表] Atomic defect control on titanium dioxide surface by scanning tunneling microscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: Minato, T.; Pang, C.-L.; Kajita, S.; Asao, N.; Yamamoto, Y.; Nakayama, T.; Kawai, M.; Kim, Y.
  • 学会等名: International Symposium on Surface Science (ISSS-6)
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 20111211-20111215
• [学会発表] Molecular transformation with nanoporous materials skeleton catalysts (2011)
  • 著者名/発表者名: Asao, N.
  • 学会等名: Frontier Materials and Processes (Frontier 2011)
  • 発表場所: Sendai, Japan(招待講演)
  • 年月日: 20111203-20111207
• [学会発表] Nanoporous Metals as Effective Catalysts for Molecular Transformations (2011)
  • 著者名/発表者名: Asao, N.
  • 学会等名: Tateshina Conference on Organic Chemistry 2011
  • 発表場所: Tateshina, Japan
  • 年月日: 20111111-20111113
• [学会発表] Integrated Aerobic Oxidation of Alcohols Catalyzed by Nanoporous Gold (2011)
  • 著者名/発表者名: Asao, N.; Hatakeyama, N.; Yamamoto, Y.
  • 学会等名: The Seventh International Symposium on Integrated Synthesis (ISIS-7)
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 20111009-20111010
• [学会発表] Nanoporous Metallic Materials as Effective Green Catalysts for Molecular Transformations (2011)
  • 著者名/発表者名: Asao, N.
  • 学会等名: 14th Asian Chemical Congress 2011 (14 ACC)
  • 発表場所: Bangkok, Thailand(招待講演)
  • 年月日: 20110905-20110908
• [学会発表] Aerobic Oxidation of Alcohols Catalyzed by Nanoporous Gold (2011)
  • 著者名/発表者名: N. Hatakeyama, Menggenbateer, N. Asao, Y. Yamamoto, M. Chen, W. Zhang, A. Inoue
  • 学会等名: 16th IUPAC International Symposium on Organometallic Chemistry Directed Towards Organic Synthesis (OMCOS 16)
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 20110724-28
• [学会発表] Nanoporous gold as a catalyst for the oxidation of organosilanes (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Ishikawa, N. Hatakeyama, Menggenbateer, N. Asao, Y. Yamamoto, M. Chen, W. Zhang, A. Inoue
  • 学会等名: 16th IUPAC International Symposium on Organometallic Chemistry Directed Towards Organic Synthesis (OMCOS 16)
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 20110724-28
• [学会発表] Nanostructured Skeleton Catalyst : Suzuki-coupling and Heck Reaction with Nanoporous Pd-catalyst as a Non-supported Catalyst (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Tanaka, T. Kaneko, N. Asao, Y. Yamamoto, M. Chen, W. Zhang, A. Inoue
  • 学会等名: 16th IUPAC International Symposium on Organometallic Chemistry Directed Towards Organic Synthesis (OMCOS 16)
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 20110724-28
• [学会発表] Nanoporous Gold Catalyzed Benzannulation Reaction (2011)
  • 著者名/発表者名: Menggenbateer, N. Asao, Y. Yamamoto, M. Chen, W. Zhang, A. Inoue
  • 学会等名: 16th IUPAC International Symposium on Organometallic Chemistry Directed Towards Organic Synthesis (OMCOS 16)
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 20110724-28