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

路易斯固体酸碱催化将糖选择性转化为平台分子

基本信息

批准号：
22H01861
负责人：
中島清隆
金额：
$ 10.9万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

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．

1）为了推动寻找催化剂材料的葡萄糖反反应，筛查研究已经根据我们迄今为止已经建立的工作假设开始。我们发现，可以通过葡萄糖，一些在水中起作用的固体路易斯酸，但我们一直在研究的葡萄糖可以产生糖醛，但是它的产量约为10-15％，而另一种成分的产量，偶联的，极低，在1％左右。考虑到化学计量学，我们认为，由于两种产物的等效形式产生，因此两个产量的较大偏差取决于材料的反应性。这些选择性非常低，主要产物是水溶性冷凝物，无法识别为主要产物，并且还确认形成异构化的糖甘露糖，这是由粘胶产生的。根据确认一定潜在有效性的元素组（V，NB，MO，W），我们旨在提高其功能。如MO所示，它还包含具有稳定性和可重复性的明显问题的材料，例如溶解在水中，尽管少量，并且由于氧化和氧化还原的影响而受到结构变化。根据过去研究的发现，该计划是在改善这些材料的稳定性的同时，建立用于利用这些材料的技术。 2。从葡萄糖中合成HMF乙酰基，我们着重于含有碱基氧化物的酸基体性能，这些氧化物含有碱性土金属（如钡为第二个成分），并检查了糖糖的脱水反应。所获得的氧化物的催化活性约为无氧化物氧化物的70-80％，但可重复性大大提高。无定形二氧化氮的特异性酸度是由于其无定形结构引起的，并且通过热处理降低了酸度，这对于重复使用至关重要。另一方面，这些复合氧化物的酸度稳定在由高温钙化形成的晶体氧化物的表面上，即使在重复使用后也不会改变。如果我们能够追求这一属性，我们希望它将导致发展高度活跃的固体催化剂以转化糖，同时消除现有的热不稳定性。