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2012 年度 実績報告書

ナノリアクター触媒の開発と反応集積化への展開

公募研究

研究領域反応集積化の合成化学 革新的手法の開拓と有機物質創成への展開
研究課題/領域番号 24106702
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)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2014-03-31
キーワード多孔質金 / 触媒 / 反応集積化
研究実績の概要

ナノサイズの細孔を有する多孔質金属材料は、広い表面積と特異な物性を示すことから、様々な分野において応用が可能である。申請者はこれまでに、金やパラジウムから成る多孔質材料を作成し、これらが種々の分子変換反応において優れた不均一系触媒として機能することを見出している。特に多孔質金は、アルコールの酸素酸化反応の触媒として優れ、添加剤を用いることなく穏やかな条件下で反応を進行させることができる。反応は本触媒の無数の細孔を反応剤が通過する過程で進行するため、本申請研究ではこの材料を一種のナノリアクターと見なし、このナノ構造と触媒活性の相関や異種金属との相乗効果を明らかにすることにより触媒活性の向上を目指す。本年度我々は、金銀合金から作成した多孔質金をアミンとメタノールの混合液に加え、酸素雰囲気下で反応させたところ、アミンのホルミル化が進行し、対応するギ酸アミドが収率よく生成することを見出した。一般的な金微粒子触媒では、アミンの酸化体も生成してしまうが、多孔質金を触媒とした場合には、そのようなアミン酸化物は得られなかった。これは本触媒がアミンよりもメタノールを選択的に酸化した結果であり、本触媒が優れた官能基選択性を有することを意味しており、有機合成上有用である。一方、金アルミニウム合金から作成した多孔質金の触媒活性は低く、ほとんど生成物は得られなかった。この結果から、金銀合金から作成した多孔質金に微量に存在する銀が、触媒活性の発現に極めて重要であることを明らかにした。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本研究では、ナノ多孔質金材料の触媒活性における、構造や異種金属の相乗効果について明らかにしようとするものである。現段階で、アミンの直接ホルミル化反応において、銀が優れた相乗効果により触媒の活性化に大きく貢献することを見出している。そこで本知見を基に、この特徴を活かした新たな触媒の設計やフロー合成など反応集積化への展開が可能であり、当初の計画より早く進行しているため。

今後の研究の推進方策

ナノ多孔質金触媒を用いることにより、メタノールを用いたアミンの直接的ホルミル化反応の開発に成功した。本手法は安価なメタノールをホルミル化剤として利用でき、しかも反応が温和な条件で進行するため、従来法に比べて合成的有用性が高い。今後はこの金属材料のナノ構造と触媒活性の相関や異種金属による相乗効果を検討して触媒活性を向上させると共に、優れた集積化反応の開発を目指す。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2013 2012

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (7件) (うち招待講演 6件)

  • [雑誌論文] Nanorheological Mapping of Rubbers by Atomic Force Microscopy2013

    • 著者名/発表者名
      Igarashi, T.; Fujinami, S.; Nishi, T.; Asao, N.; Nakajima, K.
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: 46 ページ: 1916 - 1922

    • DOI

      10.1021/ma302616a

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structure property relationship of different electron donors: novel organic sensitizers based on fused dithienothiophene π-conjugated linker for high efficiency dye-sensitized solar cells2013

    • 著者名/発表者名
      Akhtaruzzaman, Md.; Menggenbateer, Islam, A.; El-Shafei, A.; Asao, N.; Jin, T.; Han, L.; Alamry, K. A.; Kosa, S. A.; Asiri, A. M.; Yamamoto, Y.
    • 雑誌名

      Tetrahedron

      巻: 69 ページ: 3444 - 3450

    • DOI

      10.1016/j.tet.2013.02.058

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Unsupported Nanoporous Gold Catalyst for Highly Selective Hydrogenation of Quinolines2013

    • 著者名/発表者名
      Yan, M.; Jin, T.; Chen, Q.; Ho, H. E.; Fujita, T.; Chen, L.-Y.; Bao, M.; Chen, M.-W.; Asao, N.; Yamamoto, Y.
    • 雑誌名

      Org. Lett.

      巻: 15 ページ: 1484 - 1487

    • DOI

      10.1021/ol400229z

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Atomic origin of the high catalytic activity of nanoporous gold2012

    • 著者名/発表者名
      Fujita, T.; Guan, P. F.; McKenna, K.; Lang, X. Y.; Hirata, A.; Zhang, L.; Tokunaga, T.; Arai, S.; Yamamoto, Y.; Tanaka, N.; Ishikawa, Y.; Asao, N.; Yamamoto, Y.; Chen, M. W.
    • 雑誌名

      Nature Materials

      巻: 11 ページ: 775 - 780

    • DOI

      10.1038/nmat3391

    • 査読あり
  • [雑誌論文] From molecular catalysts to nanostructured materials slkeleton catalysts2012

    • 著者名/発表者名
      Asao, N.; Jin, T.; Tanaka, S.; Yamamoto, Y.
    • 雑誌名

      Pure Appl. Chem.

      巻: 84 ページ: 1771 - 1784

    • DOI

      10.1351/PAC-CON-11-10-28

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nanoporous Gold Catalyst for Highly Selective Semihydrogenation of Alkynes: Remarkable Effect of Amine Additives2012

    • 著者名/発表者名
      Yan, M.; Jin, T.; Ishikawa, Y.; Minato, T.; Fujita, T.; Chen, L.-Y.; Bao, M.; Asao, N.; Chen, M.-W.; Yamamoto, Y.
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 134 ページ: 17536 - 17542

    • DOI

      10.1021/ja3087592

  • [学会発表] ナノ多孔質金属材料の開発と触媒機能評価2013

    • 著者名/発表者名
      浅尾直樹
    • 学会等名
      第三回ナノコンポジット材料によるセンサー研究会
    • 発表場所
      盛岡
    • 年月日
      2013-02-01 – 2013-02-02
    • 招待講演
  • [学会発表] Facile access to soluble Pt-Au porous nanoparticles and its extension to high performance electrocatalyst2012

    • 著者名/発表者名
      Asao, N.
    • 学会等名
      Fifth Joint Workshop on Frontier Materials (FRONTIER 2012)
    • 発表場所
      Rennes, France
    • 年月日
      2012-12-02 – 2012-12-06
    • 招待講演
  • [学会発表] Nanoporous Gold as a Nanostructured Skeleton Catalyst for Molecular Transformations2012

    • 著者名/発表者名
      Asao, N.
    • 学会等名
      The Twelfth International Kyoto Conference on New Aspect of Organic Chemistry (IKCOC-12)
    • 発表場所
      Kyoto
    • 年月日
      2012-11-12 – 2012-11-16
  • [学会発表] Nanoporous Gold as a Skeleton Catalyst for Molecular Transformations2012

    • 著者名/発表者名
      Asao, N.; Tanaka, S.; Minato, T.; Yamamoto, Y.; Chen, M.; Zhang, W.; Inoue, A.
    • 学会等名
      The 3rd Advanced Materials Development and Integration of Novel Structured Metallic and Inorganic Materials (AMDI3)
    • 発表場所
      Toyohashi
    • 年月日
      2012-11-05 – 2012-11-08
    • 招待講演
  • [学会発表] Nanoporous Gold as a Skeleton Catalyst for Aerobic Oxidation of Alcohols2012

    • 著者名/発表者名
      Asao, N.
    • 学会等名
      1st International Conference on Emerging Advanced Nanomaterials (ICEAN)
    • 発表場所
      Brisbane, Australia
    • 年月日
      2012-10-22 – 2012-10-25
    • 招待講演
  • [学会発表] Aerobic Oxidation of Alcohols with Nanoporous Gold Catalyst2012

    • 著者名/発表者名
      Asao, N.
    • 学会等名
      17th Malaysian Chemical Congress (17MCC)
    • 発表場所
      Kuala Lumpur, Malaysia
    • 年月日
      2012-10-15 – 2012-10-17
    • 招待講演
  • [学会発表] Nanostructured Materials as Skeleton Catalysts for Molecular Transformations2012

    • 著者名/発表者名
      Asao, N.
    • 学会等名
      International Scientific Forum of Young Scientists of Asian-Pacific Region
    • 発表場所
      Vladivostok, Russia
    • 年月日
      2012-05-14 – 2012-05-17
    • 招待講演

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公開日: 2018-02-02  

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