テオフィリンパラジウム触媒の連続式リアクター化と不斉触媒への展開

茶碱钯催化剂的连续反应器开发及不对称催化剂的开发

基本信息

批准号：
22K05198
负责人：
貝掛勝也
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kanagawa University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

研究初年度の2022年度においてパラジウム価格は金価格を抜くグラムあたり１万円超えの価格を更新し、直近4年でもグラムあたり7000円を下回ることなく高値で推移している。価格高騰の要因は、パラジウムの高い触媒性能から、白金に代わる自動車触媒として社会的潮流となった他、化成品合成のための工業用途での化学反応触媒として需要が増加しているためであり、パラジウムの選択的回収やリサイクル、高効率な利用は、これまでになく重要な局面を迎えている。先の基盤研究C(19K05571)において、パラジウムと強力な親和性により錯形成できるテオフィリンに着目し、錯形成を駆動力とした自己組織化により、パラジウムを集合体全体に自発的に固定化できるナノ構造固体触媒（PdBTC7）を開発し、貴重な触媒を繰り返し利用可能となる条件を見出した。これらの結果を発展させた本研究では、より高度な利用を開発検証することを目的に、「カップリング反応の連続式リアクター化」の具現化を目標に掲げた。触媒が漏れ出すことなく反応器内に充填されるリアクターを設計し、そのリアクターを備えた連続式反応装置をデザインした。本反応装置は、反応液の充填や回収が容易であり、繰り返し合成実験が行えることが特徴である。PdBTC7はバッチ法では8回程度のリサイクルが可能であったが、本装置で反応系内に塩素イオンを添加することで50回超の繰り返し合成に至った。これは生産性を約６倍に高め、パラジウム触媒価格は実質1/6へと削減していることを意味する。PdBTC7触媒系に塩素イオンを共存させるだけのシンプルなこのシステムは、パラジウム触媒の崩壊と失活を抑制する、リサイクルに極めて優れた触媒リアクターとして利用でき、本触媒と本反応装を用い塩素イオンを加える本手法は、パラジウムの化学工業分野への有効利用における一つの布石となる研究成果が得られた。

2022年，即研究的第一年，钯金价格超越黄金价格突破每克10,000日元，并且在过去四年中一直保持在高位，没有跌破每克7,000日元。价格上涨的原因是，由于钯金的高催化性能，作为汽车催化剂替代铂金已成为社会趋势，而化工产品合成的工业应用中对钯金作为化学反应催化剂的需求不断增加，选择性回收、再循环和有效利用钯从未如此重要。在之前的基础研究C（19K05571）中，我们重点研究了茶碱，由于茶碱具有很强的亲和力，可以与钯形成络合物，并开发了一种纳米尺寸的结构，可以通过利用络合物形成的自组装将钯自发地固定在整个聚集体中作为驱动力，我们开发了一种结构固体催化剂（PdBTC7），并找到了使我们能够重复使用这种有价值的催化剂的条件。在这项研究中，我们扩展了这些结果，设定了实现“耦合反应连续反应器”的目标，旨在开发和验证更先进的应用。我们设计了一种可以将催化剂填充到反应器中而不泄漏的反应器，并设计了配备该反应器的连续反应装置。该反应装置的特点是反应液的填充和回收容易，并且能够进行重复的合成实验。使用间歇法，PdBTC7可以循环利用约8次，但通过使用该装置向反应体系中添加氯离子，可以重复合成50次以上。这意味着生产率提高了约六倍，而钯催化剂价格按实际价值计算已降至六分之一。这种允许氯离子与PdBTC7催化剂体系共存的简单系统可以用作抑制钯催化剂分解和失活的催化剂反应器，并且非常适合回收利用。此外，该方法也得到了研究。结果将成为在化学工业中有效使用钯的垫脚石。