Development of super base catalysts

点击翻译按钮获取中文摘要

金属酸化物の酸・塩基発現原理解明やその強度制御は触媒化学における大きな課題の１つである．本研究では，我々が見出した「バルクでは酸触媒であるニオブ酸化物の微細化による塩基触媒作用発現」を利用し，原子レベルでサイズ・構造・電子状態を制御した金属酸化物クラスターの酸・塩基性の評価を通じて，酸・塩基発現原理の解明やその強度制御法を開発する．本年度は超強塩基性を示すNb6O19についてその超強塩基の強度や耐水性を触媒反応と量子化学計算から詳細に調べた。触媒反応において、プロトンを引き抜くpKaの異なる基質を用いてクネフェゲナール反応や縮合反応により触媒の塩基強度を調べたところ、pKaが27を超える基質でも反応が進行したことから、Nb6O19はMgOを超える超強塩基触媒であることがわかった。また、水添加実験を行ったところ、水存在下でも超強塩基反応が進行したことから、金属酸化物では極めて珍しい耐水性超強塩基触媒であることがわかった。量子化学計算から、プロトンの吸着サイトとプロトンを引き抜く活性化サイトが異なることが示唆されており、このサイトの違いが耐水性超強塩基性を生み出していると考えている。昨年度合成したサイズの異なるニオブ酸化物クラスター触媒について、その合成法の最適化と塩基強度の調査を行った。マイクロ波合成等を用いることで、短時間で目的のクラスターを合成できることを見出した。また、合成した触媒を用いて触媒反応を行ったところ、従来法で合成した触媒より高い塩基触媒活性を示した。これはカウンターカチオンに用いているアンモニウムカチオンの分解が抑制されたためと考えている。以上より、マイクロ波合成法は本触媒を合成するのに適していると結論した。