触媒用希少元素の節約・再利用のための担持型触媒の計算物理学と実験による設計と開発

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23246013
• 研究機関: 鳥取大学
• 研究代表者: 石井 晃 鳥取大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70183001)
• 研究分担者: 奥村 和 工学院大学, 工学部, 教授 (30294341) ; 有澤 光弘 大阪大学, 薬学研究科(研究院), 准教授 (40312962)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 環境対応 / 計算物理 / 合成化学 / 触媒・化学プロセス / 薬学

研究実績の概要

研究代表者である石井グループは、有澤グループと奥村グループとそれぞれ共同研究を行い、それぞれの実験に対応する理論計算（第一原理計算）を行った。奥村グループによるPd/USYゼオライトを空気中で熱処理して調製した触媒の第一原理計算により，金属PdはUSYゼオライトのソーダライトケージのサイトIIに存在することが示された。また、有澤グループによる硫黄修飾金担持型パラジウムナノ粒子触媒（SAPd）の基板の金をグラフェンやBNに変えた場合の理論計算を行い、また、ナノ粒子のパラジウムをニッケルに代えたSANiの第一原理計算を行って、高活性な触媒となることを裏付けることに成功した。
奥村グループは、Pd/USY ゼオライトを空気中で熱処理して調製した触媒が、ブロモベンゼン誘導体をもちいた室温・空気中での鈴木カップリング反応に高い活性を示すことを見出した。 反応後では微細な金属Pd とPdO が混在していた。一方、５回繰り返して反応をおこなったのちに空気中で熱処理し、ふたたび反応した試料ではクラスター状のPdO が観察された。したがって履歴によって活性種が異なることがわかった。
有澤グループは、昨年に引き続きSAPdの理論計算をする上で必要な情報を収集すべく、硫黄修飾金担持型パラジウムナノ粒子触媒（SAPd）の構造解析結果を基に、基板の金をガラスに変えたSGlPdおよび、ナノ粒子のパラジウムをニッケルに代えたSANiの製造に着手し、高活性な対応する触媒の開発に成功した。さらに、これらについてTEM実験およびSPring-8でのXAFS実験（Pd、Sと空壁の物質）を行った。
第一原理計算を用いた解析により、奥村グループのPd/USYゼオライトの触媒と有澤グループのSAPdの触媒で、いくつかの類似点が明らかとなり、今後の触媒開発の指針になる可能性を持つ研究成果となった。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Suzuki Coupling Reactions Catalyzed by PdO Dispersed on Dealuminated Y Zeolite in Air under Ambient Conditions (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazu Okumura, Takumi Mushiake, Yu Matsui, Akira Ishii
  • 雑誌名: ChemPhycChem 巻: 未定 ページ: 未定
  • DOI: 10.1002/cphc.201500118
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Relationship between activation energy and pre-exponential factor normalized by the number of Bronsted acid sites in cracking of short chain alkanes on zeolites (2015)
  • 著者名/発表者名: Naonobu Katada, Satoko Sota, Nami Morishita, Kazu Okumura, Miki Niwa
  • 雑誌名: Catal. Sci. Technol. 巻: 5 ページ: 1864-1869
  • DOI: 10.1039/c4cy01483a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Post-synthesized zirconium-containing Beta zeolite in Meerwein-Ponndorf-Verley reduction: Pros and cons (2015)
  • 著者名/発表者名: Jie Wang,Kazu Okumura, Stephan Jaenicke, Gaik-Khuan Chuah
  • 雑誌名: Appl. Catal. A 巻: 493 ページ: 112-120
  • DOI: 10.1016/j.apcata.2015.01.001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydrodeoxygenation of Vicinal OH Groups over Heterogeneous Rhenium Catalyst Promoted by Palladium and Ceria Support (2015)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiko Ota, Masazumi Tamura, Yoshinao Nakagawa, Kazu Okumura, Keiichi Tomishige
  • 雑誌名: Angew. Chem. 巻: 54 ページ: 1897-1900
  • DOI: 10.1002/anie.201410352
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of self-assembled multi-layer stable palladium nanoparticles for ligand-free coupling reactions (2015)
  • 著者名/発表者名: Mitsuhiro Arisawa, Mohammad Al-Amin, Tetsuo Honma, Yusuke Tamenori, Satoshi Arai, Naoyuki Hoshiya, Takatoshi Sato, Mami Yokoyama, Akira Ishii, Masaki Takeguchi, Tsuyoshi Miyazaki, Masashi Takeuchi, Tomohiro Maruko, Satoshi Shuto
  • 雑誌名: RSC Adv. 巻: 5 ページ: 676-683
  • DOI: 10.1039/C4RA11215F
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nickel-Catalyzed Suzuki-Miyaura Coupling of a Tertiary Iodocyclopropane with Wide Boronic Acid Substrate Scope: Coupling Reaction Outcome Depends on Radical Species Stability (2015)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Yotsuji, Naoyuki Hoshiya, Takaaki Kobayashi, Hayato Fukuda, Hiroshi Abe, Mitsuhiro Arisawa and Satoshi Shuto
  • 雑誌名: Adv. Synth. Catal. 巻: 357 ページ: 1022-1028
  • DOI: 10.1002/adsc.201401000
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Double Carbonylation of Aryl Iodides with Amines under an Atmospheric Pressure of Carbon Monoxide Using Sulfur- Modified Au-Supported Palladium (2015)
  • 著者名/発表者名: Nozomi Saito Takahisa Taniguchi, Naoyuki Hoshiya, Satoshi Shuto, Mitsuhiro Arisawa, Yoshihiro Sato
  • 雑誌名: Green Chem. 巻: 17 ページ: 2358-2361
  • DOI: 10.1039/C4GC02469A
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 芳香族エナミドメタセシス反応の開発：生物活性多置換インドール化合物の設計・合成・機能評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 有澤光弘、西田篤司、周東智
  • 雑誌名: 有機合成化学協会誌 巻: 73 ページ: 254-265
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Safe Removal of the Allyl Protecting Groups of Allyl Esters using a Recyclable, Low-leaching and Ligand-free Palladium Nanoparticle Catalyst (2015)
  • 著者名/発表者名: Koji Takagi, Hayato Fukuda, Satoshi Shuto, Akira Otaka, Mitsuhiro Arisawa
  • 雑誌名: Adv. Synth. Catal. 巻: 357 ページ: in press
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Catalytic Cracking of Methyl tert-Butyl Ether to Isobutene over Bronsted and Lewis Acid Siteson Solid-state Molybdenum Sulfide Clusters with an Octahedral Metal Framework (2014)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Kamiguchi, Yasunari Seki, Akiharu Satake, Kazu Okumura, Sayoko Nagashima, Teiji Chihara
  • 雑誌名: J. Clust. Sci. 巻: 25 ページ: 1203-1224
  • DOI: 10.1007/s10876-014-0781-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selective Hydrogenation of Lactic Acid to 1,2-Propanediol over Highly Active Ruthenium-Molybdenum Oxide Catalysts (2014)
  • 著者名/発表者名: Yasuyuki Takeda, Tomohiro Shoji, Hideo Watanabe, Masazumi Tamura, Yoshinao Nakagawa, Kazu Okumura, and Keiichi Tomishige
  • 雑誌名: ChemSusChem 巻: 7 ページ: 1170-1178
  • DOI: 10.1002/cssc.201403011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rational hopping of a peptidic scaffold into non-peptidic scaffolds: structurally novel potent proteasome inhibitors derived from a natural product, belactosin A (2014)
  • 著者名/発表者名: Shuhei Kawamura, Yuka Unno, Takatsugu Hirokawa, Akira Asai, Mitsuhiro Arisawa and Satoshi Shuto
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 50 ページ: 2445-2447
  • DOI: 10.1039 /C3CC48818G
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structurally Novel Highly Potent Proteasome Inhibitors Created by the Structure-Based Hybridization of Non-Peptidic Belactosin Derivatives and Peptide Boronates (2014)
  • 著者名/発表者名: Shuhei Kawamura, Yuka Unno, Akira Asai, Mitsuhiro Arisawa and Satoshi Shuto
  • 雑誌名: J. Med. Chem. 巻: 57 ページ: 2726-2735
  • DOI: 10.1021/jm400542h
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Palladium-Nanoparticle-Catalyzed Direct Ethynylation of Aliphatic Carboxylic Acid Derivatives via C(sp3)-H Bond Functionalization (2014)
  • 著者名/発表者名: Mohammad Al-Amin, Mitsuhiro Arisawa, Satoshi Shuto, Yusuke Ano, Mamoru Tobisu, Naoto Chatani
  • 雑誌名: Adv. Synth. Catal. 巻: 356 ページ: 1631-1637
  • DOI: 10.1002/adsc.201301180
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ligand-free Suzuki-Miyaura Coupling with Sulfur-modified Gold-supported Palladium in the Synthesis of a Conformationally-Restricted Cyclopropane Compound Library with Three-Dimensional Diversity (2014)
  • 著者名/発表者名: Mitsuhiro Arisawa, Takatoshi Sato, Naoyuki Hoshiya, Mohammad Al-Amin, Yuji Kogami and Satoshi Shuto
  • 雑誌名: ACS Combi. Sci. 巻: 16 ページ: 215-220
  • DOI: 10.1021/co4001138
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Palladium-Nanoparticle-Catalyzed 1,7-Palladium Migration Involving C-H Activation, Followed by Intramolecular Amination: Regioselective Synthesis of N1-Arylbenzotriazoles and an Evaluation of Their Inhibitory Activity Towards Indoleamine 2,3-Dioxygenase (2014)
  • 著者名/発表者名: Koji Takagi, Mohammad Al-Amin, Naoyuki Hoshiya, Johan Wouters, Hiroshi Sugimoto, Yoshitsugu Shiro, Hayato Fukuda, Satoshi Shuto, Mitsuhiro Arisawa
  • 雑誌名: J. Org. Chem. 巻: 79 ページ: 6366-6371
  • DOI: 10.1021/jo5009838
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Development of a New Class of Proteasome Inhibitors with an Epoxyketone Warhead: Rational Hybridization of Non-peptidic Belactosin Derivatives and Peptide Epoxyketones (2014)
  • 著者名/発表者名: Shuhei Kawamura, Yuka Unno, Akira Asai, Mitsuhiro Arisawa, Satoshi Shuto
  • 雑誌名: Bioorg. Med. Chem. 巻: 22 ページ: 3091-3095
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2014.04.032
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Conformationally Restricted GABA with Bicyclo[3.1.0]hexane Backbone as the First Highly Selective BGT-1 Inhibitor (2014)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Kobayashi, Akihiro Suemasa, Arisa Igawa, Soichiro Ide, Hayato Fukuda, Hiroshi Abe, Mitsuhiro Arisawa, Masabumi Minami, Satoshi Shuto
  • 雑誌名: ACS Med. Chem. Lett. 巻: 5 ページ: 889-893
  • DOI: 10.1021/ml500134k
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] ハイプシン結合RNAアプタマー取得を目的とするハイプシン誘導体の設計と合成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 阿部 敬介, 小黒 明広, 西村 和洋, 市川 哲也, 藤岡 弘道, 有澤 光弘
  • 学会等名: 日本薬学会第135年会
  • 発表場所: 神戸学院大学
  • 年月日: 2015-03-28
• [学会発表] 硫黄修飾金担持型ニッケル触媒の開発とアルキンへの二酸化炭素固定化反応の利用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 谷口 敬寿, 齋藤 望, 星谷 尚亨, 周東 智, 本間 徹生, 藤岡 弘道, 有澤 光弘, 佐藤美洋
  • 学会等名: 日本薬学会第135年会
  • 発表場所: 神戸学院大学
  • 年月日: 2015-03-26
• [学会発表] 硫黄修飾金担持型ニッケル触媒を用いたリガンドフリークロスカップリング反応の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 藤木 勝将, 星谷 尚亨, 谷口 敬寿, 周東 智, 藤岡 弘道, 斎藤 望, 佐藤 美洋, 有澤光弘
  • 学会等名: 日本薬学会第135年会
  • 発表場所: 神戸学院大学
  • 年月日: 2015-03-26
• [学会発表] エインメタセシス/異性化/Diels-Alder ワンポット反応の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山下 航平, 藤岡 弘道, 有澤 光弘
  • 学会等名: 日本薬学会第135年会
  • 発表場所: 神戸学院大学
  • 年月日: 2015-03-26
• [学会発表] Ru錯体を用いて調製したRu/S12A7触媒上でのトルエンの水蒸気改質 (2015)
  • 著者名/発表者名: 飯田肇, 野口和秀, 沼尭氏, 五十嵐哲, 奥村和
  • 学会等名: 触媒討論会
  • 発表場所: 成蹊大学
  • 年月日: 2015-03-23
• [学会発表] Ru錯体を前駆体とした担持Ru触媒の調製と触媒作用 ―熱処理温度がRu粒子径に及ぼす影響― (2015)
  • 著者名/発表者名: 沼尭氏, 小林由紀子, 飯田肇, 奥村和
  • 学会等名: 触媒討論会
  • 発表場所: 成蹊大学
  • 年月日: 2015-03-23
• [学会発表] Pd および Ni 触媒によるシクロプロパン第三級炭素上への芳香環導入反応 ―効率的化学空間探索型創薬ライブラリーの構築を目指して― (2014)
  • 著者名/発表者名: 星谷尚亨,四辻慶佑,小林嵩明,福田 隼,阿部 洋,有澤光弘,周東 智
  • 学会等名: 第40回反応と合成の進歩シンポジウム
  • 発表場所: 東北大学萩ホール
  • 年月日: 2014-11-11
• [学会発表] Pd ナノ粒子触媒 SAPd を用いたアリルエステルの脱アリル化反応の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 高木耕治,福田 隼,阿部 洋,周東 智,大高 章,有澤光弘
  • 学会等名: 第40回反応と合成の進歩シンポジウム
  • 発表場所: 東北大学萩ホール
  • 年月日: 2014-11-11
• [学会発表] Ligand-free Suzuki-Miyaura Coupling with Sulfur-modified Gold-supported Palladium in the Synthesis of a Conformationally-Restricted Cyclopropane Compound Library with Three-Dimensional Diversity (2014)
  • 著者名/発表者名: Mitsuhiro Arisawa, Takatoshi Sato, Naoyuki Hoshiya, Mohammad Al-Amin, Yuji Kogami and Satoshi Shuto
  • 学会等名: The 2nd International Conference on Organometallics and Catalysis
  • 発表場所: Todaiji Temple Cultural Center Nara, Japan
  • 年月日: 2014-10-27
• [学会発表] 硫黄修飾ガラス担持型パラジウムの開発:リガンドフリーBuchwald-Hartwig 反応 (2014)
  • 著者名/発表者名: XiaoMincen、星谷尚亨、周東 智、藤岡弘道、 有澤光弘
  • 学会等名: 第64回 日本薬学会近畿支部総会・大会
  • 発表場所: 京都薬科大学
  • 年月日: 2014-10-11
• [学会発表] 有機金属触媒を用いた機能性分子の創製 (2014)
  • 著者名/発表者名: 有澤光弘
  • 学会等名: 名城大学特別講演会
  • 発表場所: 名城大学
  • 年月日: 2014-10-10
  • 招待講演
• [学会発表] Ring-closing metathesis (RCM)/1,3-dipolar cycloaddition for the synthesis of isoindolo[2,1-a]quinolone structure dye (2014)
  • 著者名/発表者名: Mitsuhiro Arisawa
  • 学会等名: ETH Zuich-Osaka University Joint-symposium
  • 発表場所: 大阪大学基礎工学部Σホール
  • 年月日: 2014-10-09
  • 招待講演
• [学会発表] クラウンエーテルを構造指向剤として合成したFAUゼオライトの酸性質 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石橋嵩史, 奥村和, 片田直伸
  • 学会等名: 触媒討論会
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 2014-09-27
• [学会発表] 物理混合・熱処理によるPdナノ粒子の調製 (2014)
  • 著者名/発表者名: 奥田章仁, 奥村和, 片田直伸
  • 学会等名: 触媒討論会
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 2014-09-27
• [学会発表] 金錯体を前駆体とする物理混合・熱処理による担持金ナノ粒子の調製 (2014)
  • 著者名/発表者名: 川口 侑亮, 奥村和, 片田直伸
  • 学会等名: 触媒討論会
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 2014-09-26
• [学会発表] Pd0-PdO/USY 触媒による空気中・室温での鈴木カップリング反応 (2014)
  • 著者名/発表者名: 奥村和, 虫明琢海, 片田直伸
  • 学会等名: 触媒討論会
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 2014-09-25
• [学会発表] MSE型チタノシリケートTi-YNU-2でのフェノール酸化の活性点構造の考察 (2014)
  • 著者名/発表者名: 稲垣怜史, 佐々木麻希子, 佐藤裕哉, 奥村和, 窪田好浩
  • 学会等名: 触媒討論会
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 2014-09-25
• [学会発表] 硫黄修飾ガラス担持型パラジウムの開発:リガン ドフリーBuchwald-Hartwig 反応 (2014)
  • 著者名/発表者名: 肖王文岑・星谷 尚亨・周東 智・藤岡 弘 道・有澤 光弘
  • 学会等名: 第61回有機金属化学討論会
  • 発表場所: 九州大学病院キャンパス 医学部 百年講堂
  • 年月日: 2014-09-25
• [学会発表] Grubbs 触媒を用いたアレンーエンの分子内[2+2]環 化反応:アザビシクロ[3.1.1]ヘプタン骨格の合成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 米重 勇祐・名田 智美・周東 智・ 藤岡 弘道・有澤 光弘
  • 学会等名: 第61回有機金属化学討論会
  • 発表場所: 九州大学病院キャンパス 医学部 百年講堂
  • 年月日: 2014-09-24
• [学会発表] 第一原理計算による表面ナノ構造の解析と予測 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石井 晃,藤原 史明,松井 優
  • 学会等名: 2014年度精密工学会秋季大会学術講演会
  • 発表場所: 鳥取大学
  • 年月日: 2014-09-16
  • 招待講演
• [学会発表] ルテニウムカルベン錯体を用いたワンポット反応の開発と新規多環性複素環骨格の構築 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤居 由基 ・加藤 宏茂・福田 隼・阿部 洋 ・藤岡 弘道 ・周東 智 ・有澤 光弘
  • 学会等名: 第 44 回 複素環化学討論会
  • 発表場所: 札幌市民ホール
  • 年月日: 2014-09-11
• [学会発表] 硫黄修飾金に担持した有機合成用金属ナノ粒子触媒の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 有澤光弘
  • 学会等名: 第11回Spring-8産業利用報告会
  • 発表場所: 姫路商工会議所
  • 年月日: 2014-09-04
  • 招待講演
• [学会発表] Th - B3 - 341 - Design of reusable Pd catalyst on adsorbed SO4 on graphene and h-BN using DFT calculation for green chemistry (2014)
  • 著者名/発表者名: Akira Ishii
  • 学会等名: ecoss30
  • 発表場所: Kervansaray Lara Convention Center, Turkey
  • 年月日: 2014-09-04
• [学会発表] ゼオライトを担体とした金属ナノ粒子の調製，キャラクタリゼーションと触媒作用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 奥村和
  • 学会等名: ゼオライト夏の学校
  • 発表場所: 成蹊大学 箱根寮
  • 年月日: 2014-09-03
  • 招待講演
• [学会発表] Design of reusable Pd catalyst on adsorbed SO4 on graphene and h-BN using DFT calculation for green chemistry (2014)
  • 著者名/発表者名: Akira Ishii
  • 学会等名: IUMRS-ICA2014
  • 発表場所: Fukuoka University
  • 年月日: 2014-08-25
• [学会発表] 硫黄修飾金に担持したニッ ケルナノ粒子触媒の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤木勝将、星谷尚之、谷口敬寿、 藤岡弘道、周東智、齋藤望、佐藤美洋、有澤光弘
  • 学会等名: 第３４回有機合成若手セミナー「明日の有機合成を担う人のために」
  • 発表場所: 大阪大学会館
  • 年月日: 2014-08-05
• [学会発表] One-Pot Ring-Closing Metathesis (RCM)/1,3-Dipolar Cycloaddition by an Assisted Tandem Ruthenium Catalysis for the Synthesis of an Isoindolo[2,1-a]quinoline Structure Dye (2014)
  • 著者名/発表者名: Mitsuhiro Arisawa, Yuki Fujii, Hiroshige Kato, Hayato Fukuda, Hiroshi Abe, Hiromichi Fujioka, Satoshi Shuto
  • 学会等名: XXVI International Conference on Organometallic Chemistry (ICOMC 2014)
  • 発表場所: Royton Sapporo, Sapporo, Japan.
  • 年月日: 2014-07-14
• [学会発表] レゾルビンE2の安定化を指向した構造活性相関研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 高倉 夕季 福田 隼 石村 航平 田辺 真人 有澤 光弘 周東 智
  • 学会等名: 日本薬学会北海道支部 第141回例会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2014-05-24