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2015 年度 実績報告書

分子内水素移行型水素化分解反応を活用したバイオマス化成品合成

研究課題

研究課題/領域番号 26249121
研究機関東北大学

研究代表者

冨重 圭一  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50262051)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード触媒 / バイオマス / 水素化分解 / 脱水素 / 改質 / 水素移行
研究実績の概要

バイオマス関連化合物中に含まれる酸素原子を低減させる反応として、通常は外部から水素を供給して還元剤として用いる方法が知られているが、より理想的には、基質となっている分子内から水素を供給することができれば、外部水素の供給の必要がなくなる。そのためには、触媒には、水素化分解活性と同時に、脱水素反応や水蒸気改質反応など水素を発生する反応に対しても活性を持つ必要がある。本研究は、炭素―酸素結合の水素化分解反応に有効な触媒を表面修飾することにより水素を発生する能力を付与した触媒の開発を目指すものである。これまで見出された触媒として、Rh-MoOx触媒やIr-ReOx触媒がある。Rh-MoOx触媒については、分子内水素移行を活用した水素化分解だけでなく、1,4-アンヒドロエリスリトールの水素化分解により高い2-ブタノール収率を与えることを示した。また、Ir-ReOx触媒については、Ptを添加することで、基質の一部を水相での改質反応により水素を発生する機能が付与され、C6の糖アルコールであるソルビトールを基質として、外部水素を用いない反応を行ったところ、C5,C6のアルカン及びC2-C6のケトン、アルコール、環状エーテルなど酸素含有率が低くガソリン領域に含まれる有用な生成物を炭素ベースで40%以上が得られることを示した。触媒の構造解析などから、添加されたPtは、Ir金属微粒子に取り込まれ合金を形成していることもわかり、ReOxで表面修飾されたIrとPtを含む合金微粒子が、水素発生、水素移行、水素化分解などのステップに有効触媒として機能しているものと推測される。

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

有効な触媒として、Pt修飾Ir-ReOx/SiO2等を見出しており、おおむね順調に進んでいるとしてよいと考えている。

今後の研究の推進方策

これまでの研究においては、基質は、モデル基質として、2,4-ペンタンジオール、エリスリトール、1,4-アンヒドロエリスリトール、ソルビトールなどを用いて触媒開発を行ってきた。機構解明という点からはより単純な構造を持つグリセリンを用いて試験を行うことにより、触媒成分の機能、反応機構などの詳細を検討する。同時に有効な開発触媒については、詳細な構造解析を進め、機能や機構と構造の関係について考察する。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 謝辞記載あり 5件) 学会発表 (1件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Demethoxylation of guaiacol and methoxybenzenes over carbon-supported Ru-Mn catalyst2016

    • 著者名/発表者名
      Momoko Ishikawa, Masazumi Tamura, Yoshinao Nakagawa, Keiichi Tomishige
    • 雑誌名

      Appl. Catal. B

      巻: 182 ページ: 193

    • DOI

      doi:10.1016/j.apcatb.2015.09.021

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Selective transformation of hemicellulose (xylan) into n-pentane, pentanols or xylitol over a rhenium-modified iridium catalyst combined with acids2016

    • 著者名/発表者名
      Sibao Liu, Yasuyo Okuyama, Masazumi Tamura, Yoshinao Nakagawa, Akio Imai, Keiichi Tomishige
    • 雑誌名

      Green Chem.

      巻: 18 ページ: 165-175

    • DOI

      10.1039/C5GC02183A

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Production of Renewable Hexanols from Mechanocatalytically Depolymerized Cellulose by Using Ir-ReOx/SiO2 catalyst2015

    • 著者名/発表者名
      Sibao Liu, Yasuyo Okuyama, Masazumi Tamura, Yoshinao Nakagawa, Akio Imai, Keiichi Tomishige
    • 雑誌名

      ChemSusChem

      巻: 8 ページ: 628-635

    • DOI

      10.1002/cssc.201403010

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Catalytic Total Hydrodeoxygenation of Biomass-Derived Polyfunctionalized Substrates to Alkanes2015

    • 著者名/発表者名
      Yoshinao Nakagawa, Sibao Liu, Masazumi Tamura, Keiichi Tomishige
    • 雑誌名

      ChemSusChem

      巻: 8 ページ: 1114-1132

    • DOI

      10.1002/cssc.201403330

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Selective Hydrogenation of Lactic Acid to 1,2-Propanediol over Highly Active Ruthenium-Molybdenum Oxide Catalysts2015

    • 著者名/発表者名
      Yasuyuki Takeda, Tomohiro Shoji, Hideo Watanabe, Masazumi Tamura, Yosinao Nakagawa, Kazu Okumura, Keiichi Tomishige
    • 雑誌名

      ChemSusChem

      巻: 8 ページ: 1170-1178

    • DOI

      10.1002/cssc.201403011

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Characterization of Re-Pd/SiO2 catalysts for hydrogenation of stearic acid2015

    • 著者名/発表者名
      Yasuyuki Takeda, Masazumi Tamura, Yoshinao Nakagawa, Kazu Okumura, Keiichi Tomishige
    • 雑誌名

      ACS Catal.

      巻: 5 ページ: 7034-7047

    • DOI

      10.1021/acscatal.5b01054

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Catalytic Conversions of Furfural to Pentanediols2015

    • 著者名/発表者名
      Yoshinao Nakagawa, Masazumi Tamura, Keiichi Tomishige
    • 雑誌名

      Catal. Surv. Asia

      巻: 19 ページ: 249-256

    • DOI

      10.1007/s10563-015-9194-2

    • 査読あり
  • [学会発表] Development of heterogeneous metal catalysts for the production of biomass-derived chemicals2015

    • 著者名/発表者名
      Keiichi Tomishige
    • 学会等名
      Pacifichem 2015
    • 発表場所
      ホノルル(アメリカ)
    • 年月日
      2015-12-20
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2017-01-06  

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