水素化分解反応を利用したバイオマス由来化合物からのジオール合成触媒の開発

利用氢解反应开发生物质衍生化合物合成二醇催化剂

基本信息

批准号：
12J05187
负责人：
天田靖史
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では, バイオマス由来の糖アルコールから高分子原料として用いられるジオール生成のための触媒開発と反応機構の解明を目的とし実験を行った. 現在, ジオールの多くは石油由来の物質から合成されるため, バイオマス由来化合物からの合成は石油枯渇や地球温暖化を抑制することが出来る. さらに, 反応機構を解明することでグルコースやスクロースなどのさらに多くの水酸基を持つ糖の水素化分解反応にも応用可能となるため重要である. 本年度は, 環構造を持つ糖アルコールのモデル化合物である1,4-アンヒドロエリスリトール(1,4-AHERY)から一つのOH基を除去した3-ヒドロキシテトラヒドロフラン(3-HTHF)の生成を目指した.結果として, WO_x-Pd/ZrO^2触媒を用い1,4-AHERYから3-HTHF収率74%(世界最高収率)を達成した. また, 反応後の触媒を再焼成することで再利用可能であることも見出した. さらに, 水素圧及び基質濃度依存, 様々な基質の適用性から, 本反応は1,4-AHERYの二つのOH基が触媒表面に吸着し, 部分的に還元されたWO_x種により一つのOH基が選択的に水素化分解されると考えられる. さらに, WO_x-Pd/ZrO_2触媒の活性点構造を明らかにするため, X線回折測定, 水素昇温還元測定, ラマン分光, 透過型電子顕微鏡測定などのキャラクタリゼーションを行い, 触媒のモデル構造について検討した. その結果, 担持量の増加とともにWO_xは孤立種と単層構造から多層構造へと変化していき5-10nmのPd粒子がWO_x種と相互作用したモデル構造を提案した.これらの研究の成果は学位論文としてChemSusChemに投稿中である.

在本研究中，我们进行了实验以开发催化剂并阐明从生物质衍生的糖醇生产用作聚合物原料的二醇的反应机理。目前，大多数二醇是由石油衍生物质合成的，因此，从生物质衍生的合成。化合物可以抑制石油枯竭和全球变暖。此外，通过阐明反应机制，可以对具有更多羟基的糖（例如葡萄糖和蔗糖）进行氢解反应，这很重要，因为这使得其得以应用。。今年，我们的目标是通过从具有环状结构的糖醇模型化合物1,4-脱水赤藓糖醇（1,4-AHERY）中除去一个羟基来生产3-羟基四氢呋喃（3-HTHF）。使用 WO_x-Pd/ZrO^2 催化剂，从 1,4-AHERY 获得 3-HTHF 产率达到 74%（世界最高产率）。我们还发现反应后通过重新煅烧催化剂可以重复使用催化剂。此外，该反应取决于氢气压力和底物浓度，适用于各种底物吸附在催化剂表面上的情况。基团被认为被部分还原的WO_x物种选择性氢解。此外，为了阐明WO_x-Pd/ZrO_2催化剂的活性位点结构，进行了X射线衍射测量，使用氢程序升温还原测量、拉曼光谱、透射电子显微镜测量等进行表征，并研究了催化剂的模型结构。结果，随着载体量的增加，WO_x从孤立的物种变为了a。我们提出了一种模型结构，其中 5-10 nm Pd 颗粒与 WO_x 物质相互作用。这些研究结果正在作为博士论文提交给 ChemSusChem。