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2021 年度 実績報告書

高活性・高再利用性に高安定性が付与された高分子金属触媒の開発

研究課題

研究課題/領域番号 21H01979
配分区分補助金
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

山田 陽一  国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, チームリーダー (50317723)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
キーワード高分子配位子 / コバルト触媒 / 環化三量化 / 不溶性超分子触媒 / 位置選択性
研究実績の概要

高活性でかつ高い再利用性・耐久性を兼備し、金属の漏れ出しが無い固定化触媒の開発は、医薬品合成・機能性材料合成といったファインケミカル合成を志向したグリーンケミストリーの推進に重要である。さらに、グリーンケミストリーの観点から、パラジウム、ロジウムなどの貴金属から脱却した、安価で比較的豊富に存在する鉄、コバルト、ニッケル、銅など第4周期遷移金属を活用した固定化触媒の開発が重要である。その一方でこれらの金属は配位子から解離しやすい性質があるため、高い安定性を有し、高活性・高再利用性の固定化触媒の開発はいまだ発展途上の状況である。
そこで研究代表者は、高活性で高再利用性を有する固定化触媒として、ニッケル、コバルト、銅、鉄などと高分子配位子から調製される、ナノ空間を有する分子もつれ型固定化普遍金属触媒の創製とその物質変換反応の開発、医薬品合成への応用を検討している。
該当年度では、高分子配位子とコバルトからなる超分子触媒の開発を行った。その結果、不溶性の高分子コバルト触媒が生成した。XAFS、ICP-MS、元素分析など各種分析の結果からコバルト原子周りの局所構造が同定された。
この触媒を用いると、アリールアルキンの環化三量化反応において特徴的な選択性を示した。通常、アリールアルキンの環化三量化反応では1,2,4-triarylbenzene類が生成するが、この触媒系では1,3,5-triarylbenzene類が選択的に得られることが判った。この系で、1,2,4-triarylbenzene類は検出されなかった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

高分子触媒ならではの特長的な選択性をもたらす新規高分子コバルト触媒が開発できたため。これは「さらに、グリーンケミストリーの観点から、パラジウム、ロジウムなどの貴金属から脱却した、安価で比較的豊富に存在する鉄、コバルト、ニッケル、銅など第4周期遷移金属を活用した固定化触媒の開発が重要である」という研究代表かの目標に合致した結果である。

今後の研究の推進方策

より高活性かつ高耐久性の高分子金属触媒を開発し、各種有機変換反応に適用する。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 4件、 招待講演 4件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Highly Reusable and Active Nanometal‐Silicon‐Nanowire Array Hybrid Catalysts for Hydrogenation2021

    • 著者名/発表者名
      Baek Heeyoel、Sato Takuma、Uozumi Yasuhiro、Yamada Yoichi M. A.
    • 雑誌名

      European Journal of Inorganic Chemistry

      巻: 2021 ページ: 708~712

    • DOI

      10.1002/ejic.202001006

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photothermal catalytic CO2 reduction over nanomaterials2021

    • 著者名/発表者名
      Zhang Fan、Li Yue-Hua、Qi Ming-Yu、Yamada Yoichi M.A.、Anpo Masakazu、Tang Zi-Rong、Xu Yi-Jun
    • 雑誌名

      Chem Catalysis

      巻: 1 ページ: 272~297

    • DOI

      10.1016/j.checat.2021.01.003

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Polymer-Supported-Cobalt-Catalyzed Regioselective Cyclotrimerization of Aryl Alkynes2021

    • 著者名/発表者名
      Sen Abhijit、Sato Takuma、Ohno Aya、Baek Heeyoel、Muranaka Atsuya、Yamada Yoichi M. A.
    • 雑誌名

      JACS Au

      巻: 1 ページ: 2080~2087

    • DOI

      10.1021/jacsau.1c00360

    • 査読あり
  • [学会発表] Convoluted Polymer-Supported-Cobalt-Catalyzed Regioselective Cyclotrimerization of Aryl Alkynes2022

    • 著者名/発表者名
      Sen, Abhijit;Sato, Takuma;Ohno, Aya;Baek, Heeyoel;Yamada, Yoichi M. A..
    • 学会等名
      The 102nd CSJ Annual Meeting
  • [学会発表] 「高活性不溶性触媒によるバイオディーゼル燃料合成」2021

    • 著者名/発表者名
      Yamada, Yoichi
    • 学会等名
      静岡大学グリーン科学技術研究所G研セミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] Switching from Biaryl Formation to Amidation by Convoluted Polymeric Nickel Catalyst2021

    • 著者名/発表者名
      Yamada, Yoichi;Sen, Abhijit;Dhital, Raghu Nath;Ohno, Aya;Sato, Takuma
    • 学会等名
      AIMECS 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] 高活性固定化触媒の開発と省資源型有機変換反応への応用2021

    • 著者名/発表者名
      Yamada, Yoichi
    • 学会等名
      第5回SPring-8先端放射光技術による化学イノベーション研究会/ 第62回SPring-8先端利用技術ワークショップ 先端放射光分析が拓く低炭素社会実現のための化学イノベーション
    • 招待講演
  • [学会発表] 「高活性固体触媒の開発とバイオディーゼル燃料合成への応用」2021

    • 著者名/発表者名
      Yamada, Yoichi
    • 学会等名
      第52回 中部化学関係学協会支部連合秋季大会
  • [学会発表] 「高活性・高再利用性の固体触媒の開発と物質変換反応への応用」2021

    • 著者名/発表者名
      Yamada, Yoichi
    • 学会等名
      理化学研究所 科技ハブセミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] Production of Bio Hydrofined Diesel and Jet Fuel from Fatty Acids Using SiNA-Rh under Microwave Conditions2021

    • 著者名/発表者名
      Yamada, Yoichi
    • 学会等名
      The International Chemical Congress of PACIFIC BASIN SOCIETIES 2021
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Highly active dual-mode polymeric pyridine-palladium catalyst for Suzuki-Miyaura coupling and direct C-H arylation2021

    • 著者名/発表者名
      Ohno, Aya;Sato, Takuma;Mase, Toshiaki;Uozumi, Yasuhiro;Yamada, Yoichi M. A. .
    • 学会等名
      Pacifichem 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Mass Production of meta-Phenolsulfonic Acid-Formaldehyde Resin Catalyst towards Continuous Flow Esterification of Various Carboxylic Acids and Alcohols2021

    • 著者名/発表者名
      Baek, Heeyoel;Hu, Hao;Shinohara, Kenta;Uozumi, Yasuhiro;Yamada, Yoichi
    • 学会等名
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] 水素化のための高活性かつ再利用可能な金属ナノ粒子―シリコンナノ剣山複合体の開発2021

    • 著者名/発表者名
      BAEK, Heeyoel;Sato, Takuma;Uozumi, Yasuhiro;Yamada, Yoichi
    • 学会等名
      第47回反応と合成の進歩シンポジウム
  • [学会発表] 高分子ピリジンパラジウム触媒を用いた 鈴木-宮浦反応とC-H結合アリール化反応2021

    • 著者名/発表者名
      大野綾;佐藤太久真;間瀬俊明;魚住泰広;山田陽一
    • 学会等名
      第47回反応と合成の進歩シンポジウム
  • [産業財産権] 固定化パラジウム触媒およびその製造方法、並びに同触媒のカップリング反応への応用2022

    • 発明者名
      山田陽一、ZHANG Zhenzhong、大野綾
    • 権利者名
      山田陽一、ZHANG Zhenzhong、大野綾
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2022-032746

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公開日: 2023-12-25  

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