超臨界二酸化炭素中でのメソ構造有機-無機ハイブリッド触媒を用いた高選択的酸化反応

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究では、超臨界二酸化炭素(scCO_2)の特性とメソ構造有機-無機ハイブリッド触媒機能のシナジー効果を利用し、これまで極めて困難とされてきたアルカン類の高選択的酸化反応を中心として検討を行う。さらに、化学構造の異なる基質を用いて種々の酸化反応を行うとともに、超臨界状態に依存した触媒活性発現機構、反応メカニズムを理論・実験の両面から系統的に明らかにする。具体的には、ナノスケールでの有機-無機ハイブリッド触媒調整法と、超臨界二酸化炭素反応に関する多くの知見、経験を融合することにより、全く新しい"超臨界二酸化炭素を用いる高選択的酸化反応"を創製する。また、超臨界状態特有の触媒活性発現機構、反応メカニズムを明らかにするために、超臨界二酸化炭素中での酸化反応について、溶解した基質、触媒(Co、Mn、Cr、Ti等)、ならびに反応生成物の相関関係についてabinitio法によりエネルギー計算を行うとともに、各種分光学的高圧in situ測定によって、scCO_2との親和性、溶解性の大きさを理論的、実験的に検証する。平成20年度においては、これまで良好な酸素酸化触媒活性を示したCr-MCM-41触媒(メソポーラス型)を用い、scCO_2-酸素ガス共存下における各種化合物の酸化反応を引き続き検討した。その結果、テトラリン類似の芳香族置換脂肪族環式化合物(インダン、フルオレン等)やベンジルアルコール型化合物の酸化反応においては、目的とするケトン化合物が高選択的(選択性97%以上、転化率60-76%)で得られることを見出した。また、本年度においては金属ナノ粒子触媒を用い、scCO_2-酸素ガス共存下における各種化合物の酸化反応を新たに検討した。TiO_2担体とするAuナノ粒子触媒を用い、超臨界二酸化炭素中で分子酸素によるアルコール類の酸化反応が効率的に進むことを見出した。