テオフィリンパラジウム触媒の連続式リアクター化と不斉触媒への展開

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研究初年度の2022年度においてパラジウム価格は金価格を抜くグラムあたり１万円超えの価格を更新し、直近4年でもグラムあたり7000円を下回ることなく高値で推移している。価格高騰の要因は、パラジウムの高い触媒性能から、白金に代わる自動車触媒として社会的潮流となった他、化成品合成のための工業用途での化学反応触媒として需要が増加しているためであり、パラジウムの選択的回収やリサイクル、高効率な利用は、これまでになく重要な局面を迎えている。先の基盤研究C(19K05571)において、パラジウムと強力な親和性により錯形成できるテオフィリンに着目し、錯形成を駆動力とした自己組織化により、パラジウムを集合体全体に自発的に固定化できるナノ構造固体触媒（PdBTC7）を開発し、貴重な触媒を繰り返し利用可能となる条件を見出した。これらの結果を発展させた本研究では、より高度な利用を開発検証することを目的に、「カップリング反応の連続式リアクター化」の具現化を目標に掲げた。触媒が漏れ出すことなく反応器内に充填されるリアクターを設計し、そのリアクターを備えた連続式反応装置をデザインした。本反応装置は、反応液の充填や回収が容易であり、繰り返し合成実験が行えることが特徴である。PdBTC7はバッチ法では8回程度のリサイクルが可能であったが、本装置で反応系内に塩素イオンを添加することで50回超の繰り返し合成に至った。これは生産性を約６倍に高め、パラジウム触媒価格は実質1/6へと削減していることを意味する。PdBTC7触媒系に塩素イオンを共存させるだけのシンプルなこのシステムは、パラジウム触媒の崩壊と失活を抑制する、リサイクルに極めて優れた触媒リアクターとして利用でき、本触媒と本反応装を用い塩素イオンを加える本手法は、パラジウムの化学工業分野への有効利用における一つの布石となる研究成果が得られた。