Lewis solid acid-base catalysis for selective conversion of sugars to platform molecules

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①グルコースの逆アルドール反応触媒材料の探索を進めるべく，これまでに構築した作業仮説に基づいてスクリーニング検討を開始した．我々が主体的に研究対象としてきた水中で機能する固体ルイス酸の幾つかグルコースからグリコールアルデヒドを生成できることを見出したが，その収率は10-15%程度であ，かつもう一つの成分であるエリスロースの収率は1%前後と極めて低い．化学量論を考慮すると2つの生成物は等モルで生成するため，2つの収率の大きな乖離は物質の反応性に依存していると考察した．これらの選択率は非常に低く，主たる生成物は同定できない水溶性縮合物が主たる生成物であり，エピ化によって生成する異性化糖のマンノースの生成も確認できた．一定の潜在的有効性が確認された元素群（V, Nb, Mo, W）を基本として，その高機能化を目指す．Moに代表されるように，微量ではあるが水に溶解すること，さらに酸化還元の影響を受けて構造変化を伴うことなど，安定性・繰り返し使用性に対して明確な課題のある材料も含まれている．過去の研究の知見を踏まえ，これらの材料の安定性向上を図りながら活用技術を確立する計画である．②グルコースからのHMFアセタール合成反応バリウムなどアルカリ土類金属を第二成分としたニオブ系複合酸化物の酸塩基性質に着目し，糖類の脱水反応を検討した．得られた酸化物の触媒活性は非晶質酸化ニオブの70~80%程度であるが，再利用性は劇的に向上した．非晶質酸化ニオブの特異的な酸性質は非晶質構造に起因しており，繰り返し使用の際に必須となる熱処理によって酸性質が低下する．一方，これら複合酸化物の酸性質は高温焼成によって形成された結晶性酸化物表面に安定化されており，繰り返し使用しても変化しない．この特性を追求できれば，既存の熱的不安定性を解消しつつ高活性な糖変換用固体触媒の開発につながると期待している．