安定アミドを効率よくアミンやアルコールに変換する触媒を開発 ～再生可能な資源として炭素循環社会の実現に貢献～

安定 効率 ンや 変換 触媒 開発

～再生可能 資源 炭素循環社会 実現 貢献～

ン

 ^{安定 化学的 反応 燃料や医薬品合成 中間体 要 ン}

や 効率 変換 水素化 触媒

 ^{温 水素 温和 条件 反応 進 副生成物 少 多 種類}

目的 ンや 変換 触媒 開発

 ^{天然 豊富 安定 炭素資源 活用 炭素循環型社会 実現 貢献} 期待

Ｊ 戦略的創造研究推進 ^{業 い 古 屋大 学} 大学院理学研究科 ^{斎 藤} 進

教授 研究 多彩 安定

注

ンや 効率 変換

水素化

注

触媒 開発

ンや 代表 安定 人 高 子 石油化学 業

い 多種多様 生産 身 周 豊富 存 物質 安定

炭素資源 燃料や医薬品 多 利用 や ン 変換 水

素化 炭素循環社会 実現 資 効 反応 安定 水素化

触媒 開発 世界中 研究者 挑 安定 化学的 反応

水素化 大 必要 水素化 安定

種類 天然資源 あ 存 い反応性 高い ～ 種類 活性

注

限 い

本研究 新 い 錯体

注

開発 安定 水素 子 安定 両方 反応 や い状態 新 い安定 水素化触媒 見い

触媒 水素化 安定 種類 大幅 増え 数 種類以

触媒 用い 化炭素由来 安定 水素化

い高効率 タ 得 本触媒法 簡便 タ 合成法

化炭素 資源利用 貢献 期待 本触媒を活用するこ 、 資源

注

あ 安定 ンや

変換 炭素資源 効利用 期待

本研究成果 日 英国時間 英国科学誌

ン ン版 公開

本成果 以 業 研究領域 研究課題 得 戦略的創造研究推進 業 導的物質変換領域

研究領域 環境負荷 持続可能 導的 物質変換技術 創出

研究総括 國武 豊喜 九州大学 高等研究院 特 主幹教授

研究課題 子触媒 固体触媒 領域 精密化 化炭素 資源化法 開拓 研究代表者 斎藤 進 古屋大学 大学院理学研究科 教授

研究期間 成 ～ 成

記研究課題 熱 用い 資源化 新 い触媒

化学的方法論 開発 目指 い

研究 背景 経緯

ンや 代表 安定 今日 生活 支え 石油化学 業 大

生産 医薬品 用い 子 要 骨 多 見

チ 化合物や 質 天然 豊富 存

近 安定 ンや 変換 再生可能 炭素資源 効利用

求 い ンや 溶媒や燃料 利用

医薬品や農薬 香料 化粧品 洗剤 繊維 原料 用途 多種多様 生 活 必要 可欠 化合物

安定 ンや 変換 最 理想的 方法 水素化

図 段 水素化 水素 水素 子 水素原子 無駄 反応物質

結合 方法 安定 ンや 変換 際 廃棄物 出

い ン 変換方法 安定 非常 反応 い化合物 図 中段 最 水素化 困難 化合物

注

知 安定 水

素化 高温 高水素 い 過 条件 必要 高温 高

水素 条件 副反応 生 や 目的 ンや 合成 い い

う問題点 あ

研究 容

斎藤教授 研究 多 種類 安定 水素化 ンや

変換 触媒 開発 組 触媒 注目 金属錯体 呼

金属 機 子 配 子

注

複合体 特 い

う金属 用い 金属錯体 水素化 優 性能 示 あ 図

段 化学賞 賞 ン ン 教授

初 合成 錯体 金属錯体 用い 水素化 歴 礎 築

化学賞 賞 依 良治 教授 錯体 水 素化触媒 用い 当時 可能 いわ 子 手型 手型 作 成

い

本研究 長 わ 錯体 い 安定 水素

化触媒 性能 研究 図 中段 斎藤教授 ン

原子 窒素 原子 配 子 持 錯体

用い 安定 水素化 実現 反応 高温 高水素 条件

必要 ａ

配 子 外 や 触媒 容易 壊 機能 活性 失 い

改良 結果 配 子 新 い配 子 図 段 持

錯体 錯体 用い 大幅 効率的 最

温和 条件 温度 _°C 水素 気 安定 水素化 ンや

変換 発見 元素 結合

錯体 特 わ 部

触媒 非常 要 構造 一部 あ 証明 図 段

ン

注

骨 持 要 ン ン

注

骨 水素

化 進行

水素化触媒 性能 大幅 向 錯体 ン原子 結合 炭素 鎖 形 詳細 調 結果 ン原子

注

や

注

立体的 大 炭素 鎖 結合 い 場

合 錯体 安定 水素化触媒 非常 優 性能 示 見

い 図 段 持 新 い 錯体 ン

ン教授や 依教授 用い 錯体 全 機能 い温和 反応条件 水素化

非常 効 触媒

金属錯体 用い 水素化触媒 成 例 反応 や い ～

種類 活性 限 い 方法 炭素 窒素結合 弱

目的 結合 窒素原子 芳香環 結合 誘導体 用い

炭素 結合 炭素 鎖 特 元素や官能 導入

反応 や い う 子設計 い 図 段

活性 構造 天然 存 安定 大 異 再生可能

資源由来 安定 水素化 役 立 対 本触媒

再生可能資源 あ 質 構成成 チ 骨 や ン系高 子

大 い安定 含 種類以 安定 高効率 水素化 化炭

素由来 安定

注

水素化 タ 得

本触媒法 簡便 タ 合成法 化炭素 資源利用 貢

献 期待 温和 反応条件 反応 進行 副生成物 少

目的 ンや 効率 得 本触媒 ン ン教

授や 依教授 開発 触媒 得意 ン 化合物

注

安定

優 水素化 明

本触媒 安定 水素化触媒 優 機能 発揮 い 調

水素化 効 温度や水素 環境 原子 大 炭素

鎖 持 ン原子 び ン 大 炭素 鎖 覆わ

ン骨 構造 水素化 前 水素化

触媒 機能 要 最初 構造（図 段 変化 見い

後 構造 変化 多彩 触媒 安定 水素 子 安定

両方 反応 や い状態 い （図 段 実際

構造 錯体 温度や水素 応 発生 各々 水素化 寄 い

考え 構造 触媒 頑丈 構造 持 活性 失い

目的 生成物 い 示 触媒回転数 最高

程度 極 高い値 示

今後 展開

本触媒 温和 条件 安定 高効率 ンや 変換 水素化

可能 優 触媒活性 示 鍵 触媒 形や触媒 設計

仕方 見い 本研究成果 安定 水素化 活性

高い触媒 開発 盤 考え 天然 豊富 存 安定

再生可能資源 活用 持続可能 炭素循環社会 寄 期待 安定 化炭素 合成 方法 依 _{良治 教授} 方法

注

知

技術 本触媒 組 合わ 化炭素 タ

資源化 貢献 期待

参考図

H₂O +

H–H

H₂

O NH

H H H H

NH H H

H₂N R OH

H H

C NH O X R'

R ^C N H O

R ^C _N⁺ O^–

H

R' ^R'

F Cl

O

C–N

…

R ^C _N H O

図 ン 水素化反応 従来法 課題

段 対 水素 子 反応 ン 高 ン

注

水 生成 ン 多目的 使用 要 物質 あ

水素化 鍵 Ｈ Ｈ結合 断 反応性 触媒

働 高 点 あ 青緑色や黄緑色 丸 任意 炭素 鎖 指

中段 性質 結合 安定 活性 い

段 従来法 結合 弱 特 炭素 鎖 故意 結合

活性 使 多彩 特 安定 水

素化 実現 本質的 解決法 い い

Ru

1973 2013

2001

−

Ph₂ P

P Ph₂

Ru O

O O

O

(PN)₂Ru

N N

Ru

P P

N N

Ru

P P

Cl

Cl

Ru Cl

Ph₃P

Cl PPh₃

PPh₃

(PNNP)Ru

N–Ru–N NN ^R

Ru– Ru–

N N

Ru P ^Cl P

Cl

R N–Ru–N

N N

Ru

P P

R

R R

R

NN

R

図 安定 水素化触媒 能 錯体

段 錯体 概念図

中段 本研究 初期 発見 歴 的 ン あ

錯体 比較 紫色部 配 子 表

段 本研究 今回開発 錯体 金属錯体 わ 構造

違い あ ン ン ン わ 部

違いや ン 炭素 鎖 種類 全 異 触媒活性 示 精密 子設 計 要性

A

Ru N

P N P

H ^H H H

Ru N

P P N

H _H H H

H ^Ru

N P N P

H _H H H

H H

H H H H

H H

H

H _H

4H₂

2H₂ Ru N

P N P

H _H H H

H H

H H H

H H H

Ru N

P N P

H _H H H

O

NR¹R² R

Ru N

P N P

H _H H H O NR^1R

R 2

R O

N R¹ R² H H

N,O-

2H

B C

D E

F

Ru N

P N P

Cl Cl O

HN

A

Ru–

(PNNP)Ru Ru–

H–H ^Ru

H

Ru N

P N P

H ^H H H

N–Ru–N

図 安定 水素化

水素化条件 錯体 構造 移 変わ

段 開発 錯体 水素化反応 条件 触媒 機能 要

最初 構造 変化 大 覆

わ ン骨 Ｈ Ｈ 子 吸着 い

段 構造 窒素 協力 働 Ｈ Ｈ 結合

Ｈ Ｈ結合 Ｈ Ｈ いう構造 黄色

過程

段 中央あ 後 温度や水素 応 複数 Ｈ 子

ン骨 あ 部 吸着 構造 や構造 過程 び

以外 触媒 構造 可能性 あ 少 挙

構造 共通 大 覆わ

Ｈ Ｈ骨 黄色 あ

段 構造 Ｈ Ｈ 間 結合 形

成 構造 生 過程 Ｈ Ｈ 水素原子Ｈ

渡 滑 起 タ 生 過程 炭素

窒素結合 断 ン 生成 Ｈ 反応 経

形成 一方 脱水反応 ン生成 Ｈ ン 反応 経 高 ン 形成

用語解説

注 安定 活性

子式 表 化合物 総称 炭素鎖 水素

原子 表 図 参照 反応 い安定 反応 や い活性

類 Ｈ 表 構造 総称

チ Ｈ Ｈ 指 依

合成法 依 良治 教授 化学賞 賞 中心 開発

方法 超臨界 化炭素 チ ン Ｈ Ｈ 水素

子 Ｈ 水 副生物 廃棄物 方法 反応式

Ｈ Ｈ Ｈ → Ｈ Ｈ Ｈ 表 依教授

英国科学誌 ａ 発表 Ｈ

チ ン Ｈ 用い ン塩 合成 方法 改良

Ｊ

注 水素化

対象 化合物 水素 子 用い 還元 電子 入 反応 水素 子Ｈ

Ｈ Ｈ 電子 持 両者 対象 化合物 結合 電

子 入

注 錯体

金属 非金属 原子 結合 構造 持 化合物 金属錯体 いう 中 機

子 配 子 原子 結合 構造 持 錯体 錯体 いう

注 資源

生物由来 資源 廃棄物系 や未利用 資源作物 や製

品 製造 目的 植物 類 廃棄物系 廃棄

や 系廃棄物 家畜排 物 食品廃棄物 建設発生木材 製材 場 材 黒液 場廃液 水汚泥 尿汚泥 あ 未利用

稲わ や麦わ 殻 林地 材 間伐材や被害木 あ 資源作物

う びや う 糖質系作物や 油糧作物

挙 化学原料や 業原料 液体燃料 利用 石油 化石燃料

違い枯渇 い 大気汚染物質 発生 少 い いう性質 持

注 化合物

炭素 素 結合 持 機化合物 総称 注 配 _子

金属 結合 機 子 配 子 いう

注 ン

芳香族化合物 あ ン Ｈ 子 窒素原子 隣 炭素原子

士 互い 結合 子式 ’ Ｈ 表 図 段参照

注 ン ン

ン構造 持 ン 炭素 炭素 結合 Ｈ = Ｈ構造

付 わ 図 段参照

注

炭素 鎖 一種 子式 Ｈ Ｈ

Ｈ 表 い 炭素 水素 Ｈ 原子団 結合

単結合 Ｈ単結合

注 ン化合物

炭素 炭素 結合 炭素 鎖 持 化合物 総称

注 高 ン

ン 炭素 数 少 い ン Ｈ 表 ン

炭素 数 多い高 ン 表 ン 類

任意 炭素 鎖 表 今回 異 水素化条件 得 ン

種類 高 場合 本文中 高 ン 書い い ン 相対

的 違い 明確 目的 便宜的 使 い

論文タ

Multifaceted catalytic hydrogenation of amides via diverse activation of a sterically confined bipyridine–ruthenium framework

立体的 制限 置 ン骨 多様 活性化 実現

多種多彩 水素化

doi: 10.1038/s41598-017-01645-z

著者 Takashi Miura, Masayuki Naruto, Katsuaki Toda, Taiki Shimomura and Susumu Saito*