アルカンの脱水素カップリングにおける水素の逆スピルオーバーを利用した触媒系の設計

烷烃脱氢偶合中氢气反向溢出催化剂体系设计

基本信息

批准号：
22KJ1288
负责人：
高畠萌
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1288/
关键词：
アルカン求核剤脱水素カップリング白金固体酸ベンゼン

项目摘要

アルカンの有用物質への直接転換は資源の有効利用等の点から非常に重要であるとされている。本研究では、アルカンとベンゼン等の求核剤との脱水素カップリングによるアルキル基の直接導入を目的とした。脱水素カップリングは水素の再結合のステップが鍵の一つであり、一つの活性点で生成した水素原子が別の活性点で再結合するという水素の逆スピルオーバー現象が応用できると考え、この現象を利用した混合触媒系の開発を現在まで行ってきた。今年度は、[1] 固体酸と担持金属の混合触媒の様々なアルカンと求核剤の脱水素カップリング反応への適用、[2] 反応前後の触媒構造解析や様々な実験、測定による反応機構の調査、[3] 触媒調製法等の最適化によるより高活性な触媒の探索を試みた。これまでに高活性であることが分かっている担持白金と固体酸の混合触媒を用いることで、アルカンによる種々の求核剤へのアルキル基の導入が可能であることが分かり、本触媒系は幅広い基質適応性を持つことが分かった。反応前後の触媒構造解析は、XRDやXAFS、TEM等を用いて行い、担持白金の本反応における活性種は0価の粒子でありその粒径が反応活性に影響を与えることがわかった。また、様々な実験や測定等から担持白金は固体酸によるアルキル化反応を促進する効果があることが示唆され、本研究において提案する水素の逆スピルオーバーを利用した反応促進機構であることを強く支持している。白金粒子の粒径が反応速度に影響を与えることから、触媒調製法及び担体調製法を最適化することで、白金粒子の微粒子化に成功し、反応活性の向上を可能にした。

据说将烷烃直接转化为有效的物质，在有效利用资源等方面非常重要。这项研究旨在通过烷基和苯基苯甲酸酯（例如苯）之间的脱氢偶联来直接引入烷基。脱氢耦合的关键步骤之一是重组氢的步骤，以及氢的逆溢出现象，其中在另一个活性点在另一个活性点产生的氢原子已开发出来，直到现在。今年，我们试图[1]将固体酸的混合催化剂和支持的金属施加到各种烷烃和亲核者的脱氢偶联反应中[2]通过在反应之前和之后分析反应机制，通过反应，各种实验和测量来分析结构，并通过使用更优化的催化催化剂来搜索蛋白质的催化剂，等等[3]已知这是高度活跃的，已经发现烷基可以通过烷基通过烷基引入各种亲核试剂，并且该催化剂系统具有广泛的底物适应性。使用XRD，XAFS，TEM等进行反应之前和之后的催化结构分析，发现该反应中受支持的铂的活性物种是0个情感颗粒，催化颗粒的粒径会影响反应活性。此外，各种实验和测量结果表明，受支持的铂具有促进与固体酸的烷基化反应的作用，并强烈支持本研究中提出的反应促进机制，该机制利用了氢的反向溢出。由于铂颗粒的粒径通过优化催化剂制备方法和支撑准备方法会影响反应速率，因此将铂颗粒成功转化为细颗粒，从而改善反应活性是可能的。