発生期の高活性ナノクラスター触媒による特異的π系化学変換反応の開発

本研究は、「発生期のナノ金属クラスター」の高い反応活性を利用して、プロセス化学に耐える新触媒を開発することを目的とする。本年度の成果として、有機ルテニウム錯体をナノ構造制御された炭素に担持する2種類の方法を見出し、とくに、CNF-P、CNF-T、CNF-Hと呼ばれる3種類のナノ炭素繊維上にナノサイズ制御されたルテニウム粒子を、高分散担持する手法を確立した。こうして得られたルテニウム・炭素複合体のうち、グラファイトが積層した構造をもつ、CNF-P上に担持した、Ru/CNF-Pは、水素を活性化する能力において優れた性質を持つ。その評価を、芳香族化合物の核水素化反応でおこなったところ、従来報告されている担持触媒の最高活性を持つものと匹敵する、あるいは、それを超す活性をもつことが明らかとなった。とくに、40℃程度の比較的低い温度での活性が、他のナノ炭素担持ルテニウム触媒よりも高く、また、再現性もよい。触媒毒となりがちな官能基に対する体制も高く、また、10回繰り返し使用しても活性が低下しない耐久性も確認している。ルテニウムは安定に担持されており、反応後の溶液への剥離はほとんどない。他の触媒では副反応(ジシクロヘキシルアミンの副生)を起こしがちなアニリンの水素化も選択性よく目的のシクロヘキシルアミンを与える。ベンジル位に不斉炭素をもつ化合物の核水素化においても、ラセミ化はおこらない。繰り返し再使用は、反応終了後の溶液から触媒をろ別し、再度反応系に戻すことにより達成される。さらに、容易な生成物分離と触媒再使用プロセスが、ポリエチレングリコールにRu/CNF-Pを担持し、2相系での反応で実現した。とくにPEG-1000を用いた場合、反応終了後冷却することにより、PEG-1000がすべてのRu/CNF-Pを包含して樹脂として生成物から分離し、繰り返し再使用が可能である。

本研究は、「発生期のナノ金属クラスター」の高い反応活性を利用して、プロセス化学に耐える新触媒を開発することを目的とする。本年度の成果として、有機ルテニウム錯体をナノ構造制御された炭素に担持する2種類の方法を見出し、とくに、CNF-P、CNF-T、CNF-Hと呼ばれる3種類のナノ炭素繊維上にナノサイズ制御されたルテニウム粒子を、高分散担持する手法を確立した。こうして得られたルテニウム・炭素複合体のうち、グラファイトが積層した構造をもつ、CNF-P上に担持した、Ru/CNF-Pは、水素を活性化する能力において優れた性質を持つ。その評価を、芳香族化合物の核水素化反応でおこなったところ、従来報告されている担持触媒の最高活性を持つものと匹敵する、あるいは、それを超す活性をもつことが明らかとなった。とくに、40℃程度の比較的低い温度での活性が、他のナノ炭素担持ルテニウム触媒よりも高く、また、再現性もよい。触媒毒となりがちな官能基に対する体制も高く、また、10回繰り返し使用しても活性が低下しない耐久性も確認している。ルテニウムは安定に担持されており、反応後の溶液への剥離はほとんどない。他の触媒では副反応(ジシクロヘキシルアミンの副生)を起こしがちなアニリンの水素化も選択性よく目的のシクロヘキシルアミンを与える。ベンジル位に不斉炭素をもつ化合物の核水素化においても、ラセミ化はおこらない。繰り返し再使用は、反応終了後の溶液から触媒をろ別し、再度反応系に戻すことにより達成される。さらに、容易な生成物分離と触媒再使用プロセスが、ポリエチレングリコールにRu/CNF-Pを担持し、2相系での反応で実現した。とくにPEG-1000を用いた場合、反応終了後冷却することにより、PEG-1000がすべてのRu/CNF-Pを包含して樹脂として生成物から分離し、繰り返し再使用が可能である。