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2016 年度 実績報告書

サステナブル炭素資源からの化学品合成に有効な卑金属ナノクラスター触媒の開発

研究課題

研究課題/領域番号 26289299
研究機関北海道大学

研究代表者

清水 研一  北海道大学, 触媒科学研究所, 教授 (60324000)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード触媒 / 金属ナノ粒子 / 二酸化炭素 / 水素化 / サステナブルケミストリー
研究実績の概要

サステナブルな炭素資源になり得るCO2を水素化して化学品へ変換するための触媒研究が注目されている。最近、CO2 + H2反応で生成するギ酸を水素下でアミンのメチル化に用いるワンポット合成に関する研究がいくつか報告された。しかしながら、本反応を中性条件で触媒的に成功させた例は未だ少なく、より温和な条件で機能する高活性な触媒の開発が求められている。本研究では、TiO2にReを担持した触媒(Re/TiO2)がCO2とH2共存下での2級アミンのメチル化反応に有効な触媒であることを見出した。Re/TiO2は過レニウム酸アンモニウム水溶液とTiO2(触媒学会参照触媒TIO8)を用いて含浸担持法により調製した(Re: 5wt.%)。触媒反応は、水素雰囲気下700 °Cで還元処理を行ったRe/TiO2 (Re: 2 mol%)、アミン(1 mmol)、内部標準試薬を反応容器に加えて1MPaのCO2および5 MPaのH2を充填後、180-200 °Cで加熱撹拌することにより行った。生成物はGCで分析した。種々の金属をTiO2に担持した触媒を用いてN-メチルアニリンのメチル化を行った結果、Re/TiO2が最も高収率(98%)でN,N-ジメチルアニリンを与えた。また、Reに対する担体の効果を検討したところ、TiO2を担体として用いた場合に最も高い収率が得られた。Re/TiO2を用いて基質適用性の調査を行ったところ、脂肪族アミンやアニリン類を含む様々な2級アミンに対して高収率で目的生成物が得られた。Re/TiO2触媒は二酸化炭素の変換以外の高難度水素化反応にも有効であった。例えば、アミドからアミンへの水素化、カルボン酸やエステルのアルコールへの水素化に対して、再利用可能な不均一系触媒として作用し、幅広い基質への本触媒系の有効性が示された。

現在までの達成度 (段落)

28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

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (11件) (うち査読あり 11件、 謝辞記載あり 11件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Acceptorless dehydrogenation of N-heterocycles by supported Pt catalysts2017

    • 著者名/発表者名
      Sondomoyee K Moromi, SMAH Siddiki, Kenichi Kon, Takashi Toyao, Ken-ichi Shimizu
    • 雑誌名

      Catalysis Today

      巻: 281 ページ: 507-511

    • DOI

      10.1016/j.cattod.2016.06.027

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] TiO2-supported Re as a general and chemoselective heterogeneous catalyst for hydrogenation of carboxylic acids to alcohols2017

    • 著者名/発表者名
      T. Toyao, S. M. A. H. Siddiki, A. S. Touchy, W. Onodera, K. Kon, Y. Morita, T. Kamachi, K. Yoshizawa, K. Shimizu
    • 雑誌名

      Chem. Eur. J.

      巻: 23 ページ: 1001-1006

    • DOI

      10.1002/chem.201604762

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Heterogeneous Platinum Catalysts for Direct Synthesis of Trimethylamine by N-Methylation of Ammonia and Its Surrogates with CO2/H22017

    • 著者名/発表者名
      T. Toyao, S. M. A. H. Siddiki, K. Ishihara, K. Kon, W. Onodera, K. Shimizu
    • 雑誌名

      Chem. Lett.

      巻: 46 ページ: 68-70

    • DOI

      10.1246/cl.160875

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Atomic-Resolution HAADF-STEM Study of Ag/Al2O3 Catalysts for Borrowing-Hydrogen and Acceptorless Dehydrogenative Coupling Reactions of Alcohols2016

    • 著者名/発表者名
      Kenta Yoshida, Kenichi Kon,Ken-ichi Shimizu
    • 雑誌名

      Top. Catal.

      巻: 59 ページ: 1740-1747

    • DOI

      10.1007/s11244-016-0695-7

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Catalytic hydrolysis of hydrophobic esters on/in water by high-silica large pore zeolites2016

    • 著者名/発表者名
      S.M.A.H. Siddiki, Takashi Toyao, Kenichi Kon, Abeda S. Touchy, Ken-ichi Shimizu
    • 雑誌名

      J. Catal.

      巻: 344 ページ: 741-748

    • DOI

      10.1016/j.jcat.2016.08.021

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Supported rhenium nanoparticle catalysts for acceptorless dehydrogenation of alcohols: structure-activity relationship and mechanistic studies2016

    • 著者名/発表者名
      Kenichi Kon, Wataru Onodera, Takashi Toyao, Ken-ichi Shimizu
    • 雑誌名

      Catal. Sci. Technol.

      巻: 6 ページ: 5864-5870

    • DOI

      10.1039/C6CY00252H

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Synthesis of 2,5-disubstituted pyrroles via dehydrogenative condensation of secondary alcohols and 1,2-amino alcohols by supported platinum catalysts2016

    • 著者名/発表者名
      S. M. A. H. Siddiki, Abeda S. Touchy, Chandan Chaudhari, Kenichi Kon, Takashi Toyaoa, Ken-ichi Shimizu
    • 雑誌名

      Org. Chem. Front.

      巻: 3 ページ: 846-851

    • DOI

      10.1039/C6QO00165C

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Machine-learning prediction of the d-band center for metals and bimetals2016

    • 著者名/発表者名
      Ichigaku Takigawa, Ken-ichi Shimizu, Koji Tsuda, Satoru Takakusagi
    • 雑誌名

      RSC Adv.

      巻: 2016 ページ: 52587-52595

    • DOI

      10.1039/C6RA04345C

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Hydrodeoxygenation of sulfoxides to sulfides by a Pt and MoOx co-loaded TiO2 catalyst2016

    • 著者名/発表者名
      Abeda Sultana Touchy, S. M. A. Hakim Siddiki, Wataru Onodera, Kenichi Kon, Ken-ichi Shimizu
    • 雑誌名

      Green Chem.

      巻: 18 ページ: 2554-2560

    • DOI

      10.1039/C5GC02806J

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Lewis Acid-Promoted Heterogeneous Platinum Catalysts for Hydrogenation of Amides to Amines2016

    • 著者名/発表者名
      Ken-ichi Shimizu,* Wataru Onodera, Abeda S. Touchy, S. M. A. H. Siddiki, Takashi Toyao, Kenichi Kon
    • 雑誌名

      ChemistrySelect

      巻: 4 ページ: 736-740

    • DOI

      10.1002/slct.201600088

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Direct Olefination of Alcohols with Sulfones by Using Heterogeneous Platinum Catalysts2016

    • 著者名/発表者名
      S. M. A. Hakim Siddiki, Abeda Sultana Touchy, Kenichi Kon, Ken-ichi Shimizu
    • 雑誌名

      Chem. Eur. J.

      巻: 22 ページ: 6111-6119

    • DOI

      10.1002/chem.201505109

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 金属触媒における活性制御因子:実験・理論・情報科学によるアプローチ2016

    • 著者名/発表者名
      清水研一
    • 学会等名
      日本金属学会2016年秋期講演大会公募シンポジウム
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2016-09-23 – 2016-09-23
    • 招待講演
  • [学会発表] CeO2-catalyzed Transformations of Nitriles, Amides and Esters2016

    • 著者名/発表者名
      清水研一
    • 学会等名
      Rare Earths 2016
    • 発表場所
      北海道大学(北海道札幌市)
    • 年月日
      2016-06-05 – 2016-06-10
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 研究室のホームページ

    • URL

      http://www.cat.hokudai.ac.jp/shimizu/index.html

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公開日: 2018-01-16  

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