JP2016131949A - Organic synthetic method using alloyed elements in oxidized membrane of active metal as disproportionation catalyst - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an alloy-containing complex by a very simple production method, the complex containing a little amount of transition metal elements and being able to be produced economically, being stable, and having high catalyst reaction activity, and also to provide a catalyst for cross-coupling reaction containing the alloy-containing complex, and a cross-coupling reaction using the catalyst for cross-coupling reaction without performing a reduction treatment with a hydrogen gas and the like.SOLUTION: The present invention relates to a complex comprising: an alloy comprising a metal active towards oxygen and a transition metal having catalytic activity at the center of the complex; an oxidized membrane formed of the metal active towards oxygen around the alloy; and a zero (0)-valent metal atom of the transition metal having catalytic activity in the oxidized membrane. The present invention further relates to a production method of the complex, a catalyst for a cross-coupling reaction containing the complex, and a cross-coupling reaction using the catalyst for cross-coupling reaction.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、機能性金属材料、特に新規な合金含有複合体、並びにその製造方法、およびその不均一化触媒としての有機合成における使用方法に関する。   The present invention relates to a functional metal material, particularly a novel alloy-containing composite, and a method for producing the same, and a method for using the same in organic synthesis as a heterogeneous catalyst.

近年、機能性金属材料としての合金が注目されている。例えば、機能性金属材料としての合金は、有機合成用不均一触媒、光触媒、ガス貯蔵、ガス分離、ガスセンサーデバイス、磁気ヘッド、形状記憶合金、電極、および水素貯蔵合金などに利用することができることが知られる。特に、有機合成用の触媒としては、反応系の溶媒に可溶な均一触媒と不溶な不均一触媒が知られる。ここで、不均一触媒とは、多孔質無機酸化物(例えば、ゼオライト)などに触媒活性を示す遷移金属を物理的に吸着させ担持させたものである。均一触媒は、反応の選択性が高いという利点を有するものの、有機合成した生成物中への混入が問題となる。かかる不均一触媒は均一触媒と異なり、反応の選択率が低いという欠点があるものの、一方で反応系からの分離が容易であり、また触媒の組成が構造上変化することが少ないことにより、触媒としての安定性が高いといった利点を有する。   In recent years, alloys as functional metal materials have attracted attention. For example, alloys as functional metal materials can be used for heterogeneous catalysts for organic synthesis, photocatalysts, gas storage, gas separation, gas sensor devices, magnetic heads, shape memory alloys, electrodes, hydrogen storage alloys, etc. Is known. In particular, as a catalyst for organic synthesis, a homogeneous catalyst that is soluble in a solvent in a reaction system and a heterogeneous catalyst that is insoluble are known. Here, the heterogeneous catalyst is a catalyst in which a transition metal exhibiting catalytic activity is physically adsorbed and supported on a porous inorganic oxide (eg, zeolite). Although the homogeneous catalyst has an advantage of high reaction selectivity, it is problematic to mix it in the organically synthesized product. Such a heterogeneous catalyst, unlike a homogeneous catalyst, has the disadvantage of low reaction selectivity, but on the other hand, it is easy to separate from the reaction system, and the catalyst composition hardly changes structurally. As such, it has the advantage of high stability.

従来の合金を用いる不均一触媒は、合金表面の欠陥を起点に反応が進行するといった欠点があり、反応の選択性を制御することが困難である。また、合金中の遷移金属の含有量が多いと、その製造時に多量の遷移金属を配合することで遷移金属自体が凝集し、クラスターを形成する。かかるクラスター構造の場合には、原子の配位位置によりエッジ原子、テラス原子およびコーナー原子が存在し、その各々の位置毎に反応性が異なるため、同様に選択率が低下するといった欠点を有する(非特許文献1および2)。   A conventional heterogeneous catalyst using an alloy has a drawback that the reaction proceeds starting from defects on the surface of the alloy, and it is difficult to control the selectivity of the reaction. Moreover, when there is much content of the transition metal in an alloy, a transition metal itself will aggregate by forming a large amount of transition metals at the time of the manufacture, and a cluster will be formed. In the case of such a cluster structure, there are edge atoms, terrace atoms, and corner atoms depending on the coordination position of the atoms, and the reactivity is different for each position, so that the selectivity is similarly reduced ( Non-Patent Documents 1 and 2).

また、合金触媒の従来の製造法としては、遷移金属を含んだ塩を、多孔質無機酸化物(例えば、ゼオライト)などの担持体に担持して合金を作製するのが一般的であるが、遷移金属を担持体に強固に保持させる工夫が成されている(特許文献1)。また、その担持には複雑な工程を要する。更に、最近の研究では、触媒の反応点を増やすために触媒分子をナノ化することで、表面積を増大する試みが行われている(非特許文献3および4)。しかし、バルク状の合金はそれ自体が硬い性質を有するため、微粒子化することが困難である。   In addition, as a conventional method for producing an alloy catalyst, a salt containing a transition metal is generally carried on a carrier such as a porous inorganic oxide (for example, zeolite) to produce an alloy. A device for firmly holding the transition metal on the carrier has been devised (Patent Document 1). Moreover, a complicated process is required for the carrying. Furthermore, in recent studies, attempts have been made to increase the surface area by nano-catalyzing catalyst molecules in order to increase the reaction point of the catalyst (Non-patent Documents 3 and 4). However, since a bulk alloy itself has a hard property, it is difficult to make a fine particle.

更に、近年の合金触媒の製造法は、2種類以上の遷移金属元素からなる固溶体を形成させ、これを担持体に加えることにより、触媒活性を示す元素を合金中に均一に分散させるプロセスがとられている。しかし、かかるプロセスは複雑な反応工程を経ること、また触媒自体が大気中に曝されると速やかに失活してしまい、水素雰囲気下で還元しなければならない(非特許文献5)、活性化処理(100−500℃での熱処理)を要する(特許文献2)という問題があった。そこで、合金の製造プロセスが簡便であり、また遷移金属原子の含有量が少なく安価に製造することができ、且つ触媒の還元処理を要せず、反応の活性が高い、合金不均一触媒の開発が望まれている。   Furthermore, a recent method for producing an alloy catalyst is a process in which a solid solution composed of two or more kinds of transition metal elements is formed and added to a support to uniformly disperse an element exhibiting catalytic activity in the alloy. It has been. However, such a process goes through complicated reaction steps, and when the catalyst itself is exposed to the atmosphere, it is quickly deactivated and must be reduced in a hydrogen atmosphere (Non-Patent Document 5). There was a problem of requiring treatment (heat treatment at 100-500 ° C.) (Patent Document 2). Therefore, development of an alloy heterogeneous catalyst with a simple alloy manufacturing process, low transition metal atom content, low cost manufacturing, high catalytic activity, and high reaction activity. Is desired.

特開2008−012419号JP 2008-012419 A 特開平10−137587号JP-A-10-137487

干鯛眞信, 市川 勝著, 均一触媒と不均一触媒入門-これからの触媒化学-, 丸善株式会社 (1989) 4.1.2.Shigeru Inui, Masaru Ichikawa, Introduction to Homogeneous and Heterogeneous Catalysts-Future Catalyst Chemistry-, Maruzen Co., Ltd. Yoshio Ono, Hideshi Hattori; Solid Base Catalysis, Springer Science & Business Media (2012) 84.Yoshio Ono, Hideshi Hattori; Solid Base Catalysis, Springer Science & Business Media (2012) 84. Tuan T. Dang, Yinghuai Zhu, Joyce S. Y. Ngiam, Subhash C. Ghosh, Anqi Chen, and Abdul M. Seayad; Palladium Nanoparticles Supported on ZIF-8 As an Efficient Heterogeneous Catalyst for Aminocarbonylation, ACS Catalysis 3 (2013) 1406-1410.Tuan T. Dang, Yinghuai Zhu, Joyce SY Ngiam, Subhash C. Ghosh, Anqi Chen, and Abdul M. Seayad; Palladium Nanoparticles Supported on ZIF-8 As an Efficient Heterogeneous Catalyst for Aminocarbonylation, ACS Catalysis 3 (2013) 1406-1410 . Megumi Hyotanishi, Yuto Isomura, Hiroko Yamamoto, Hideya Kawasakia, Yasushi Obora; Surfactant-free synthesis of palladium nanoclusters for their use in catalytic cross-coupling reactions, Chemical Communications, 47 (2011) 5750-5752.Megumi Hyotanishi, Yuto Isomura, Hiroko Yamamoto, Hideya Kawasakia, Yasushi Obora; Surfactant-free synthesis of palladium nanoclusters for their use in catalytic cross-coupling reactions, Chemical Communications, 47 (2011) 5750-5752. B. C. Gates; Supported Metal Clusters: Synthesis, Structure, and Catalysis, Chemical Reviews (1995) 511-522.B. C. Gates; Supported Metal Clusters: Synthesis, Structure, and Catalysis, Chemical Reviews (1995) 511-522.

本発明は、遷移金属原子の含有量が少なく安価に製造することができ、安定であり、且つ触媒反応の活性および選択性が高い合金含有複合体を、極めて簡便な製造法により得ることを目的とする。本発明はまた、該合金含有複合体を含むクロスカップリング反応用触媒、および該クロスカップリング反応用触媒を用いるクロスカップリング反応を水素ガスなどの還元処理無しに提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to obtain an alloy-containing composite that has a low content of transition metal atoms and can be manufactured at low cost, is stable, and has a high catalytic activity and selectivity by an extremely simple manufacturing method. And Another object of the present invention is to provide a cross-coupling reaction catalyst containing the alloy-containing composite and a cross-coupling reaction using the cross-coupling reaction catalyst without reduction treatment of hydrogen gas or the like.

そこで、本発明者らは上記目的を達成すべく、触媒活性を有する遷移金属単体を酸素に対して活性な金属単体と不活性気体の雰囲気下で溶解し、合金化させ、次いで該溶解した合金を酸化処理することで酸素に活性な金属由来の酸化皮膜を形成させることにより、触媒活性を有する遷移金属元素が該酸化皮膜中に一様に分散しており、また自己修復性を有することにより、安定で且つ形状変化が容易に可能な合金含有複合体を得られることを見出した。また、得られた合金含有複合体を含む不均一触媒がクロスカップリング反応用触媒として優れていることも見出した。すなわち、本発明は以下の通りである。   Therefore, in order to achieve the above-mentioned object, the present inventors dissolved a transition metal element having catalytic activity in an atmosphere of an inert metal element and an inert gas with respect to oxygen, alloyed it, and then dissolved the dissolved alloy. By forming an oxide film derived from a metal active to oxygen by oxidizing the metal, a transition metal element having catalytic activity is uniformly dispersed in the oxide film, and has self-repairing properties. It has been found that an alloy-containing composite that is stable and can be easily changed in shape can be obtained. The present inventors also found that the heterogeneous catalyst containing the obtained alloy-containing composite is excellent as a catalyst for cross-coupling reaction. That is, the present invention is as follows.

項[1] 複合体の中心部に、酸素に対して活性な金属および触媒活性を有する遷移金属からなる合金、
該合金の周囲に、該酸素に対して活性な金属から形成される酸化皮膜、および
該酸化皮膜中に、該触媒活性を有する遷移金属のゼロ(0)価の金属原子、
を含む、複合体。
項[2] 該酸素に対して活性な金属が、第4A乃至6A、3Bおよび4B族遷移金属からなる群から選ばれる少なくとも1つの遷移金属である、項[1]記載の複合体。
項[3] 該酸素に対して活性な金属が、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、クロム(Cr)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)、および珪素(Si)からなる群から選ばれる少なくとも1つの遷移金属である、項[1]または[2]のいずれかに記載の複合体。
項[4] 該触媒活性を有する遷移金属が、第7族から第11族遷移金属からなる群から選ばれる少なくとも1つの遷移金属である、項[1]乃至[3]のいずれか1項に記載の複合体。
項[5] 該酸素に対して活性な金属がチタン(Ti)であって、且つ該触媒活性を有する遷移金属がパラジウム(Pd)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)またはレニウム(Re)である、項[1]乃至[4]のいずれか1項に記載の複合体。
項[6] 該合金中、該触媒活性を有する遷移金属が該酸素に対して活性な金属に対して約0.01〜約15モル%の比率で含む、項[1]乃至[5]のいずれか1項に記載の複合体。
項[7] 該酸化皮膜の厚さが約5nm以上を有する、項[1]乃至[6]のいずれか1項に記載の複合体。
項[8] 自己修復性を有する、項[1]乃至[7]のいずれか1項に記載の複合体。
Item [1] An alloy composed of a metal active to oxygen and a transition metal having catalytic activity at the center of the composite,
Around the alloy, an oxide film formed from the oxygen-active metal, and a zero (0) valent metal atom of the transition metal having the catalytic activity in the oxide film,
A complex comprising
Item [2] The composite according to Item [1], wherein the metal active with respect to oxygen is at least one transition metal selected from the group consisting of Group 4A to 6A, 3B and 4B transition metals.
Item [3] The metal active against oxygen is titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), chromium (Cr), vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), aluminum The composite according to any one of Items [1] and [2], which is at least one transition metal selected from the group consisting of (Al) and silicon (Si).
Item [4] In any one of Items [1] to [3], the transition metal having catalytic activity is at least one transition metal selected from the group consisting of Group 7 to Group 11 transition metals. The complex described.
Item [5] The oxygen active metal is titanium (Ti), and the catalytic transition metal is palladium (Pd), platinum (Pt), rhodium (Rh) or rhenium (Re). The complex according to any one of Items [1] to [4].
Item [6] The item [1] to [5], wherein the transition metal having catalytic activity is contained in the alloy in a ratio of about 0.01 to about 15 mol% with respect to the metal active with respect to oxygen. The complex according to any one of the above.
Item [7] The composite according to any one of Items [1] to [6], wherein the oxide film has a thickness of about 5 nm or more.
Item [8] The complex according to any one of Items [1] to [7], which has self-healing properties.

項[9] 触媒活性を有する遷移金属単体を酸素に対して活性な金属単体に対して約0.01〜約15モル%の比率で配合し、その混合物を、溶解して合金を製造する;および、
該製造した合金を酸化処理することにより酸化皮膜を形成させて、複合体を得る、
ことを含む、項[1]乃至[8]のいずれか1項記載の複合体の製造方法。
Item [9] A transition metal element having catalytic activity is blended at a ratio of about 0.01 to about 15 mol% with respect to a metal element active against oxygen, and the mixture is melted to produce an alloy; and,
An oxide film is formed by oxidizing the manufactured alloy to obtain a composite.
The manufacturing method of the composite_body | complex of any one of claim | item [1] thru | or [8] including this.

項[10] 項[1]乃至[8]のいずれか1項に記載の複合体を含む、クロスカップリング反応用触媒。
項[11] 触媒として項[1]乃至[8]のいずれか1項に記載の複合体を用いた、クロスカップリング反応。
項[12] 式:A−X
(式中、
Aは、無置換もしくは置換のアリール基であり;そして、
Xは、ハロゲン、メシレート基、トシレート基、またはトリフラート基である)
で示される化合物と、
式:B−Y
(式中、
Bは、無置換もしくは置換のアリール基であり;
Yは、B(OR)であり、そしてRは水素である)
で示される化合物とを反応させることにより、
式:A−B
(式中、AおよびBは前掲する通りである)
で示される生成物を得ることを含む、項[11]記載のクロスカップリング反応。
項[13] 触媒の水素還元処理を要しない、項[11]または[12]のいずれかに記載のクロスカップリング反応。
項[14] ガス貯蔵、ガス分離、ガスセンサーデバイス、または不均一触媒としての、項[1]乃至[8]のいずれか1項に記載する複合体の使用。
Item [10] A catalyst for cross-coupling reaction, comprising the composite according to any one of items [1] to [8].
Item [11] A cross-coupling reaction using the complex according to any one of Items [1] to [8] as a catalyst.
Term [12] Formula: AX
(Where
A is an unsubstituted or substituted aryl group; and
X is a halogen, a mesylate group, a tosylate group, or a triflate group)
A compound represented by
Formula: BY
(Where
B is an unsubstituted or substituted aryl group;
Y is B (OR 1 ) 2 and R 1 is hydrogen)
By reacting with a compound represented by
Formula: AB
(In the formula, A and B are as described above.)
A cross-coupling reaction according to item [11], comprising obtaining a product represented by the formula:
Item [13] The cross-coupling reaction according to any one of Items [11] and [12], which does not require a hydrogen reduction treatment of the catalyst.
Item [14] Use of the composite according to any one of Items [1] to [8] as a gas storage, gas separation, gas sensor device, or heterogeneous catalyst.

本発明は、極めて簡便な製造法により、遷移金属原子の含有量が少なく安価に製造することができ、自己修復性を有し、また触媒反応の活性および選択性が高い、優れた合金含有複合体を得ることができる。また、得られる合金含有複合体はクロスカップリング反応用触媒として優れた活性を奏す。   The present invention is an excellent alloy-containing composite that can be produced inexpensively with a low content of transition metal atoms, has self-healing properties, and has high catalytic activity and selectivity by an extremely simple production method. You can get a body. Moreover, the obtained alloy-containing composite exhibits excellent activity as a catalyst for cross-coupling reaction.

本発明の合金含有複合体の構造の模式図を示す図面である。It is drawing which shows the schematic diagram of the structure of the alloy containing composite_body | complex of this invention. 本発明の合金含有複合体(Ti0.99Pd0.01)のX線回析プロファイルを示す図面である。The X-ray diffraction profile of an alloy comprising complexes of the present invention (Ti 0.99 Pd 0.01) is a drawing showing. 遷移金属がパラジウムである、本発明の合金含有複合体のX線光電子分光分析結果を示す図面である。複合体の表面からのチタンとの合金化に伴うパラジウムの原子価状態(化学シフトの変化)を示す。It is drawing which shows the X-ray photoelectron spectroscopy analysis result of the alloy containing composite_body | complex of this invention whose transition metal is palladium. The valence state (change of chemical shift) of palladium accompanying alloying with titanium from the surface of the composite is shown. 遷移金属がパラジウムである、本発明の合金含有複合体のX線光電子分光分析結果を示す図面である。複合体の表面からのスパッタリングに伴うパラジウムの原子価状態(ピーク強度の変化)を示す。It is drawing which shows the X-ray photoelectron spectroscopy analysis result of the alloy containing composite_body | complex of this invention whose transition metal is palladium. The valence state (change in peak intensity) of palladium accompanying sputtering from the surface of the composite is shown. 遷移金属が白金である、本発明の合金含有複合体のX線光電子分光分析結果を示す図面である。複合体の表面からのスパッタリングに伴う白金の原子価状態(化学シフトの変化)を示す。It is drawing which shows the X-ray photoelectron spectroscopy analysis result of the alloy containing composite_body | complex of this invention whose transition metal is platinum. The valence state (change of chemical shift) of platinum accompanying sputtering from the surface of the composite is shown. 本発明の合金含有複合体の水素分子に対する反応を示す図面である。It is drawing which shows the reaction with respect to the hydrogen molecule of the alloy containing composite_body | complex of this invention.

以下に、本発明をさらに詳細に説明する。
(定義)
以下に、本明細書および特許請求の範囲中で使用する用語の定義を示す。特に断らなければ、本明細書中の基または用語について示す最初の定義を、個別にまたは別の基の一部として本明細書中の基または用語に適用する。
The present invention is described in further detail below.
(Definition)
The definitions of terms used in the present specification and claims are shown below. Unless otherwise indicated, the first definition given for a group or term herein applies to the group or term herein individually or as part of another group.

(複合体の製造)
用語「複合体」とは、酸素に対して活性な金属と触媒活性を有する遷移金属とからなる合金、該酸素に対して活性な金属から形成される酸化皮膜、および該触媒活性を有する遷移金属のゼロ(0)価の金属原子を含む構造体を意味する。該複合体の構造としては、複合体の中心部に酸素に対して活性な金属および触媒活性を有する遷移金属からなる合金;該合金の周囲に、該酸素に対して活性な金属から形成される酸化皮膜;および、該酸化皮膜中に、該触媒活性を有する遷移金属のゼロ(0)価の金属原子を含む(図1を参照)。ここで、該触媒活性を有する遷移金属のゼロ(0)価の金属原子は、物理的吸着ではなく、単に混在する様式で該酸化皮膜中に一様に存在する。また、該ゼロ(0)価の遷移金属原子は酸化皮膜中に存在することで、被毒しない利点をも有する。
(Manufacture of complex)
The term “composite” means an alloy composed of a metal active to oxygen and a transition metal having catalytic activity, an oxide film formed from the metal active to oxygen, and a transition metal having the catalytic activity The structure containing a zero (0) valent metal atom. The structure of the composite is formed of an alloy composed of a metal active against oxygen and a transition metal having catalytic activity at the center of the composite; formed from a metal active against oxygen around the alloy. An oxide film; and the oxide film contains a zero (0) -valent metal atom of the transition metal having catalytic activity (see FIG. 1). Here, the zero (0) valent metal atoms of the transition metal having catalytic activity are not present in physical adsorption, but are present uniformly in the oxide film in a mixed manner. Further, the zero (0) valent transition metal atom is present in the oxide film, and thus has the advantage of not being poisoned.

用語「酸素に対して活性な金属」とは、酸素と反応して酸化されて酸化物を形成する金属を意味する。例えば、第4A乃至6A、3Bおよび4B族金属からなる群から選ばれる少なくとも1つの金属を挙げられる。具体例としては、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、クロム(Cr)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)、および珪素(Si)からなる群から選ばれる少なくとも1つの金属が含まれるが、これらに限定されない。ここで、酸素供与体としては、酸素供与試薬(例えば、過酸化水素、硝酸)または空気中の酸素分子のいずれであってもよい。   The term “oxygen-active metal” means a metal that reacts with oxygen to oxidize to form an oxide. For example, at least one metal selected from the group consisting of Group 4A to 6A, 3B, and 4B metal can be used. Specific examples include titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), chromium (Cr), vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), aluminum (Al), and silicon (Si). At least one metal selected from the group consisting of, but not limited to. Here, the oxygen donor may be either an oxygen donor reagent (for example, hydrogen peroxide or nitric acid) or oxygen molecules in the air.

用語「触媒活性を有する遷移金属」とは、有機合成反応において触媒活性を有する遷移金属を意味する。有機合成反応としては、例えばカップリング反応、典型的にはクロスカップリング反応を意図する。例えば、第7族から第11族遷移金属からなる群から選ばれる少なくとも1つの遷移金属が含まれるが、これらに限定されない。具体例としては、第7族遷移金属(例えば、マンガン(Mn)、レニウム(Re)、第8族遷移金属(例えば、鉄(Fe)、ルテニウム(Ru)、オスミウム(Os))、第9族遷移金属(例えば、コバルト(Co)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir))、第10族遷移金属(例えば、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、白金(Pt))、および第11族遷移金属(例えば、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au))からなる群から選ばれる少なくとも1つの遷移金属を意味する。典型的には、第10族遷移金属が挙げられ、例えば白金、パラジウムが好ましい。   The term “transition metal having catalytic activity” means a transition metal having catalytic activity in an organic synthesis reaction. As the organic synthesis reaction, for example, a coupling reaction, typically a cross-coupling reaction is intended. Examples include, but are not limited to, at least one transition metal selected from the group consisting of Group 7 to Group 11 transition metals. Specific examples include Group 7 transition metals (eg, manganese (Mn), rhenium (Re), Group 8 transition metals (eg, iron (Fe), ruthenium (Ru), osmium (Os)), Group 9 Transition metals (eg, cobalt (Co), rhodium (Rh), iridium (Ir)), Group 10 transition metals (eg, nickel (Ni), palladium (Pd), platinum (Pt)), and Group 11 transitions This means at least one transition metal selected from the group consisting of metals (for example, copper (Cu), silver (Ag), gold (Au)), and typically includes Group 10 transition metals such as platinum. Palladium is preferred.

用語「合金」とは、酸素に対して活性な金属と触媒活性を有する遷移金属とから構成される合金を意味する。   The term “alloy” means an alloy composed of a metal active to oxygen and a transition metal having catalytic activity.

典型的な合金の1実施態様としては、酸素に対して活性な金属が、第4A乃至6A、3Bおよび4B族金属からなる群から選ばれる少なくとも1つの金属であり、そして触媒活性を有する遷移金属が、第8族から第11族遷移金属からなる群から選ばれる少なくとも1つの遷移金属である、それらの2種類の金属の組み合わせを含む。
また、典型的な合金の1実施態様としては、酸素に対して活性な金属として第4A乃至6A族金属、および触媒活性を有する遷移金属として第7族乃至第10族からなる遷移金属との組み合わせ、または酸素に対して活性な金属として第4A乃至5A族金属、および触媒活性を有する遷移金属として第8族乃至第10族からなる遷移金属との組み合わせ、または酸素に対して活性な金属が第4A乃至5A族金属から選ばれ、そして触媒活性を有する遷移金属が第10族である遷移金属との組み合わせを含む合金を挙げられる。
具体的な合金の1実施態様としては、酸素に対して活性な金属がチタン(Ti)であり、そして触媒活性を有する遷移金属がパラジウム(Pd)または白金(Pt)である、金属の組み合わせを含む合金を挙げられる。
In one embodiment of a typical alloy, the oxygen active metal is at least one metal selected from the group consisting of Group 4A-6A, 3B and 4B metals and has a catalytic activity transition metal Includes a combination of these two metals, which is at least one transition metal selected from the group consisting of Group 8 to Group 11 transition metals.
One embodiment of a typical alloy is a combination of a Group 4A-6A metal as a metal active to oxygen and a transition metal of Groups 7-10 as a transition metal having catalytic activity. Or a combination of a Group 4A-5A metal as a metal active to oxygen and a transition metal of Groups 8-10 as a transition metal having catalytic activity, or a metal active to oxygen An alloy containing a combination of a transition metal selected from Group 4A to Group 5A metals and a transition metal having catalytic activity of Group 10 may be mentioned.
One embodiment of a specific alloy is a combination of metals wherein the metal active against oxygen is titanium (Ti) and the transition metal having catalytic activity is palladium (Pd) or platinum (Pt). Alloy containing.

合金のそれら酸素に対して活性な金属と触媒活性を有する遷移金属との2種類の金属の組成比率は任意の比率であってもよく、合金の製造時の原料金属単体の配合量を調整することによって、得られる合金中の含有量の比率を適宜変えることができる。例えば、該触媒活性を有する遷移金属は、該酸素に対して活性な金属に対して約15モル%の比率以下が好ましく、約10モル%の比率以下がより好ましい。例えば約0.01〜15モル%の比率、約0.1〜10モル%の比率が挙げられ、典型的には約1モル%の比率で含む。また、例えば、パラジウム(Pd)の配合量が15モル%を超えると、Pdクラスターが形成し易く、生成物の収率が低下するとの報告もある(Liang-Shu Zhong, Jin-Song Hu, Zhi-Min Cui, Li-Jun Wan, Wei-Guo Song; In-Situ Loading of Noble Metal Nanoparticles on Hydroxyl-Group-Rich Titania Precursor and Their Catalytic Applications, Chemistry of Materials 19 (2007) 4557-4562)。よって、触媒活性を有する遷移金属は配合比率が多いとクラスターが形成し、また該触媒活性を有する遷移金属は比較的高価なため、その含有量は少ない方が好ましい。また、酸素に対して活性な金属(「M」と略す)を99モル%、および触媒活性を有する遷移金属(「N」と略す)を1モル%(x = 0.01)とからなる合金は、M0.990.01とも記す。本発明の合金含有複合体(Ti0.99Pd0.01)のX線回析プロファイルを図2に示す。 The composition ratio of the two kinds of metals, that is, the metal active in the alloy with respect to oxygen and the transition metal having catalytic activity, may be any ratio, and the blending amount of the raw material single metal during the production of the alloy is adjusted. Thus, the content ratio in the obtained alloy can be appropriately changed. For example, the transition metal having catalytic activity is preferably about 15 mol% or less, more preferably about 10 mol% or less with respect to the metal active with respect to oxygen. For example, a ratio of about 0.01 to 15 mol%, a ratio of about 0.1 to 10 mol% can be mentioned, and the ratio is typically about 1 mol%. In addition, for example, when the compounding amount of palladium (Pd) exceeds 15 mol%, there is a report that Pd clusters are easily formed and the yield of the product is reduced (Liang-Shu Zhong, Jin-Song Hu, Zhi -Min Cui, Li-Jun Wan, Wei-Guo Song; In-Situ Loading of Noble Metal Nanoparticles on Hydroxyl-Group-Rich Titania Precursor and Their Catalytic Applications, Chemistry of Materials 19 (2007) 4557-4562). Therefore, a transition metal having catalytic activity forms a cluster when the blending ratio is large, and the transition metal having catalytic activity is relatively expensive, so that the content is preferably small. An alloy comprising 99 mol% of a metal active with respect to oxygen (abbreviated as “M”) and 1 mol% (x = 0.01) of a transition metal having a catalytic activity (abbreviated as “N”) Is also referred to as M 0.99 N 0.01 . The X-ray diffraction profile of the alloy-containing composite of the present invention (Ti 0.99 Pd 0.01 ) is shown in FIG.

用語「触媒活性を有する遷移金属のゼロ(0)価の金属原子」とは、該触媒活性を有する遷移金属の原子価が0価であることを意味する。原子価がゼロ(0)価であることは、X線光電子分光分析により確認した。ゼロ価の遷移金属原子は複合体内部へと移るにつれて、チタンと合金化する。該触媒活性を有する遷移金属のゼロ(0)価の金属原子は、酸化皮膜中に物理的に吸着しているのではなく、一様に混在している状態にある。   The term “zero (0) valent metal atom of transition metal having catalytic activity” means that the valence of the transition metal having catalytic activity is zero. It was confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy that the valence was zero (0). Zero-valent transition metal atoms alloy with titanium as they move into the composite. The zero (0) valent metal atoms of the transition metal having catalytic activity are not physically adsorbed in the oxide film, but are uniformly mixed.

用語「酸素に対して活性な金属から形成される酸化皮膜」とは、上記酸素に対して活性な金属由来の酸化物の皮膜を意味する。第4A乃至6A、3Bおよび4B族金属について酸化物の皮膜を形成することが知られる(Alexander Michaelis; Valve Metal, Si and Ceramic Oxides as Dielectric Films for Passive and Active Electronic Devices, Advances in Electrochemical Science and Engineering, Vol.10 (2008) Chapter 1)。
該該酸化皮膜の厚さは、合金を製造するときの酸化処理の条件(例えば、反応時間、反応圧力、反応温度など)によって変わり得る。本発明の複合体の酸化皮膜の厚さは通常は例えば約0.1nm〜約100nmであり、また約5nm〜約20nm、典型的には約1nm〜約20nmが挙げられる。例えば、自然酸化処理を行った場合には、約1〜約5nmの厚さの皮膜を形成した。よって、人為的に物理学的なもしくは化学的な酸化処理を行った場合には、酸化皮膜の成長は自然酸化処理を行った場合と比較して速く、よって人為的な酸化処理または自然酸化処理を行って得られる本発明の複合体における酸化皮膜の厚さは、約5nm以上であることが好ましい。該酸化皮膜中に混在する該触媒活性を有する遷移金属のゼロ(0)価の金属原子が被毒するのを防止する目的で、該酸化皮膜はある程度の厚さを有することが好ましい。また、酸化皮膜の成長は周囲環境にも依存し、例えば不活性雰囲気、減圧雰囲気、乾燥空気下、湿潤環境の順番で、不活性雰囲気下が一番皮膜成長遅く、湿潤環境下が速いことが一般的に知られている。
The term “oxide film formed from a metal active against oxygen” means an oxide film derived from a metal active against oxygen. It is known to form oxide films for Group 4A-6A, 3B and 4B metals (Alexander Michaelis; Valve Metal, Si and Ceramic Oxides as Dielectric Films for Passive and Active Electronic Devices, Advances in Electrochemical Science and Engineering, Vol.10 (2008) Chapter 1).
The thickness of the oxide film may vary depending on the conditions of the oxidation treatment when producing the alloy (for example, reaction time, reaction pressure, reaction temperature, etc.). The thickness of the oxide film of the composite of the present invention is usually, for example, about 0.1 nm to about 100 nm, and about 5 nm to about 20 nm, typically about 1 nm to about 20 nm. For example, when natural oxidation treatment was performed, a film having a thickness of about 1 to about 5 nm was formed. Therefore, when an artificial physical or chemical oxidation treatment is performed, the growth of the oxide film is faster than that when a natural oxidation treatment is performed. Therefore, an artificial oxidation treatment or a natural oxidation treatment is performed. The thickness of the oxide film in the composite of the present invention obtained by performing is preferably about 5 nm or more. In order to prevent poisoning of the zero (0) valent metal atom of the catalytically active transition metal mixed in the oxide film, the oxide film preferably has a certain thickness. The growth of the oxide film also depends on the surrounding environment. For example, in the order of inert atmosphere, reduced-pressure atmosphere, dry air, and wet environment, the inert atmosphere may be the slowest film growth and the wet environment may be fast. Generally known.

本発明の複合体は、物理的に損傷を被っても、その中に存在する合金を構成する酸素に対して活性な金属が周囲(例えば、大気)の酸素により酸化されることで、合金が酸化皮膜とゼロ価の遷移金属元素とに分配され、自己修復する。チタンの酸化皮膜が速やかに自己修復機能を示していることが分かった。   Even if the composite of the present invention is physically damaged, a metal active to oxygen constituting the alloy existing therein is oxidized by ambient (for example, atmospheric) oxygen, so that the alloy It is distributed between the oxide film and the zero-valent transition metal element and self-repairs. It was found that the titanium oxide film exhibited a self-healing function quickly.

次に、本発明の複合体の製造法を記載する。
本発明の複合体は、下記の製造法により製造することができるが、これに限定されない。該製造法は、
1)酸素に対して活性な金属単体と、触媒活性を有する遷移金属単体との混合物を溶解して合金を調製する;
2)該調製した合金を酸化処理することにより酸化皮膜を形成させて、複合体を得る;および、
3)必要に応じて、得られた複合体の形状を所望する形状に成型する、
ことを含む。
Next, a method for producing the composite of the present invention will be described.
Although the composite_body | complex of this invention can be manufactured with the following manufacturing method, it is not limited to this. The production method is as follows:
1) An alloy is prepared by dissolving a mixture of a single metal active against oxygen and a single transition metal having catalytic activity;
2) oxidizing the prepared alloy to form an oxide film to obtain a composite; and
3) If necessary, shape the resulting composite into the desired shape.
Including that.

上記製造法の工程1)における合金の調製法としては、通常知られる合金の製造法を含み、例えば抵抗加熱溶解法、高周波誘導加熱溶解法、アーク溶解法等を含むが、これらに限定されない。合金の調製時において、周囲雰囲気は、不活性雰囲気(例えば、アルゴン、ヘリウム)、減圧雰囲気、乾燥空気下、湿潤環境であってよく、不活性雰囲気下が一番皮膜成長が遅く、湿潤環境下が速い。
また、合金の調製は、該合金構成元素単体の融点以上で、常圧または減圧雰囲気で、合金製造時に通常用いられる機器を用いて製造する。該機器としては、電炉、高周波炉等を挙げられ、具体的には非消耗タングステンアルゴンアーク溶解炉(例えば、大亜真空社製)等を挙げられるが、これらに限定されない。
The preparation method of the alloy in step 1) of the production method includes a generally known alloy production method, for example, including, but not limited to, resistance heating melting method, high frequency induction heating melting method, arc melting method and the like. At the time of alloy preparation, the ambient atmosphere may be an inert atmosphere (for example, argon, helium), a reduced pressure atmosphere, dry air, or a humid environment. Is fast.
Further, the alloy is prepared by using an apparatus usually used at the time of manufacturing the alloy in a normal pressure or reduced pressure atmosphere at a temperature equal to or higher than the melting point of the alloy constituent element. Examples of the equipment include an electric furnace, a high-frequency furnace, and the like, and specific examples include a non-consumable tungsten argon arc melting furnace (for example, manufactured by Daia Vacuum Co., Ltd.), but are not limited thereto.

工程2)において、酸化処理は酸素供与体を用いて行い、酸素供与体としては該酸素供与試薬(例えば、過酸化水素、硝酸)または空気中の酸素分子のいずれであってもよい。簡便な方法としては、複合体を空気中に放置することにより、酸化処理を行う(自然酸化処理)ことが挙げられる。   In step 2), the oxidation treatment is performed using an oxygen donor, and the oxygen donor may be either the oxygen donor reagent (for example, hydrogen peroxide or nitric acid) or oxygen molecules in the air. As a simple method, an oxidation treatment (natural oxidation treatment) may be performed by leaving the complex in the air.

工程3)において、必要に応じて、研磨機による得られた複合体の表面を研磨する。研磨方法として、例えばダイヤモンドペースト、コロイドシリカを用いて鏡面に仕上げることができる。これにより、複合体の表面積をより効率良く使用することができ、また合金表面の欠陥を起点に反応が進行するのを防止することができる。高温で処理され、調製された複合体は、一定の期間デシケータ中に保持することにより、複合体の酸化状態を安定化させ、また複合体が被毒することを防止する目的で、デシケータ中に数時間〜数日間(典型的には、1日〜3日、例えば1日)保持する。   In step 3), the surface of the composite obtained by a polishing machine is polished as necessary. As a polishing method, a mirror surface can be finished using, for example, diamond paste or colloidal silica. As a result, the surface area of the composite can be used more efficiently, and the reaction can be prevented from proceeding starting from defects on the alloy surface. The complex treated and prepared at a high temperature is kept in the desiccator for a certain period of time in order to stabilize the oxidation state of the complex and prevent the complex from being poisoned. Hold for several hours to several days (typically 1 to 3 days, eg 1 day).

工程4)において、必要に応じて、複合体を所望する形状に成型してもよい。例えば、合金の成型において通常知られる機器を用いて所望する形状に成型する。例えば、成型用の機器として縦型フライス盤、旋盤などを用いて、フレーク形状、リボン状、インゴット形状に成型することができるが、これらに限定されない。   In step 4), if necessary, the composite may be molded into a desired shape. For example, it is molded into a desired shape using an apparatus generally known in the molding of alloys. For example, a vertical milling machine, a lathe or the like can be used as a molding device to mold into a flake shape, a ribbon shape, or an ingot shape, but is not limited thereto.

(複合体の触媒的使用)
また、本発明の複合体の使用法を説明する。例えば、有機合成における使用法が挙げられる。有機合成としては、触媒活性を有する遷移金属自体が奏すると知られる有機合成反応であれば、特に限定されない。典型的にはクロスカップリング反応を挙げられる。
(Catalytic use of composite)
In addition, a method for using the composite of the present invention will be described. For example, the usage in organic synthesis is mentioned. The organic synthesis is not particularly limited as long as it is an organic synthesis reaction known to be produced by a transition metal having catalytic activity. A typical example is a cross-coupling reaction.

用語「クロスカップリング反応」とは、異なる2種の化合物の間で選択的に結合する反応を意味する。特に、本発明で意図するクロスカップリング反応とは、遷移金属化合物が触媒的に作用する、下式:

で示される反応を意味する。具体的には、有機ハロゲン化物等と末端アルケン等との反応(溝呂木・ヘック反応)、有機ハロゲン化物等と有機亜鉛化合物との反応(根岸カップリング反応)、有機ハロゲン化物等と有機スズ化合物との反応(右田・小杉・スティルカップリング)、有機ハロゲン化物等と末端アルキン等との反応(薗頭カップリング)、有機ハロゲン化物等と有機ホウ素化合物との反応(鈴木・宮浦カップリング)、有機ハロゲン化物と有機アミン化合物との反応(ブッフバルト・ハートウィッグ反応)、有機ハロゲン化物等と有機マグネシウム化合物との反応(熊田・玉尾・コリューカップリング)、有機ハロゲン化物と有機ケイ素化合物との反応(檜山カップリング)等を意図する。特に、鈴木・宮浦カップリングを意図する。
The term “cross-coupling reaction” means a reaction that selectively binds between two different compounds. In particular, the cross-coupling reaction contemplated by the present invention refers to the following formula where the transition metal compound acts catalytically:

Means the reaction indicated by Specifically, reactions between organic halides and terminal alkenes (Mizorogi / Heck reaction), reactions between organic halides and organic zinc compounds (Negishi coupling reaction), organic halides and organic tin compounds, etc. Reaction (Migita, Kosugi, Stille coupling), reaction of organic halides with terminal alkynes (Soto coupling), reaction of organic halides with organic boron compounds (Suzuki / Miyaura coupling), organic Reaction of halides with organic amine compounds (Buchwald / Hartwig reaction), reaction of organic halides with organic magnesium compounds (Kumada / Tamao / Colleu coupling), reaction of organic halides with organosilicon compounds Intended for (Eizan coupling). In particular, the Suzuki-Miyaura coupling is intended.

1実施態様において、クロスカップリング反応は、
式:A−X
(式中、
Aは、無置換もしくは置換のアリール基、無置換もしくは置換のヘテロアリール基、または無置換もしくは置換のアルケニル基であり;そして、
Xは、ハロゲン、メシレート基、トシレート基、トリフラート基、またはカルボン酸ハロゲン化物基である)
で示される化合物と、
式:B−Y
(式中、
Bは、無置換もしくは置換のアリール基、無置換もしくは置換のヘテロアリール基、無置換もしくは置換のアルケニル基、または無置換もしくは置換のアルキニル基であり;
Yは、水素、アリール基、アルコキシカルボニル基、ニトロ基、ホルミル基、オキソ基、シアノ基、アミノ基、B(OR)、ZnX、AlR 、SnR 、MgX、またはSiR であり、ここで、XおよびXはハロゲンであり、そしてR、R、RおよびRは各々独立して水素またはアルキルである)
で示される化合物とを、本発明の複合体を含むクロスカップリング反応用触媒の存在下で反応させることにより、
式:A−B
(式中、AおよびBは前掲する通りである)
で示される生成物を得ることを含む。
In one embodiment, the cross-coupling reaction is
Formula: AX
(Where
A is an unsubstituted or substituted aryl group, an unsubstituted or substituted heteroaryl group, or an unsubstituted or substituted alkenyl group; and
X is a halogen, a mesylate group, a tosylate group, a triflate group, or a carboxylic acid halide group)
A compound represented by
Formula: BY
(Where
B is an unsubstituted or substituted aryl group, an unsubstituted or substituted heteroaryl group, an unsubstituted or substituted alkenyl group, or an unsubstituted or substituted alkynyl group;
Y is hydrogen, aryl group, alkoxycarbonyl group, nitro group, formyl group, oxo group, cyano group, amino group, B (OR 1 ) 2 , ZnX 1 , AlR 2 2 , SnR 3 3 , MgX 2 , or SiR 4 3, wherein, X 1 and X 2 is halogen and R 1, R 2, R 3 and R 4 are each independently hydrogen or alkyl)
Is reacted in the presence of a catalyst for cross-coupling reaction containing the complex of the present invention,
Formula: AB
(In the formula, A and B are as described above.)
To obtain a product represented by

好ましい1実施態様において、クロスカップリング反応は、
式:A−X
(式中、
Aは、無置換もしくは置換のアリール基であり;そして、
Xは、ハロゲン、メシレート基、トシレート基、またはトリフラート基である)
で示される化合物と、
式:B−Y
(式中、
Bは、無置換もしくは置換のアリール基であり;
Yは、B(OR)であり、そしてRは水素である)
で示される化合物とを、本発明の複合体を含むクロスカップリング反応用触媒の存在下で反応させることにより、
式:A−B
(式中、AおよびBは前掲する通りである)
で示される生成物を得ることを含む。
In a preferred embodiment, the cross-coupling reaction is
Formula: AX
(Where
A is an unsubstituted or substituted aryl group; and
X is a halogen, a mesylate group, a tosylate group, or a triflate group)
A compound represented by
Formula: BY
(Where
B is an unsubstituted or substituted aryl group;
Y is B (OR 1 ) 2 and R 1 is hydrogen)
Is reacted in the presence of a catalyst for cross-coupling reaction containing the complex of the present invention,
Formula: AB
(In the formula, A and B are as described above.)
To obtain a product represented by

用語「式:A−Xで示される化合物」とは、上記クロスカップリング反応において求電子剤として作用する反応基質の一方を意味する。ここで、基Aは、少なくとも1つの炭素−炭素不飽和結合を有する基であり、具体的には、無置換もしくは置換のアリール基、無置換もしくは置換のヘテロアリール基、および無置換もしくは置換のアルケニル基を含む。無置換もしくは置換のアリール基が好ましい。また、X基は有機化学分野において脱離基として知られる基を意味する。具体的には、ハロゲン(例えば、クロロ、ブロモ、ヨード)、メシレート基(OMs)、トシレート基(OTs)、またはカルボン酸ハロゲン化物基(例えば、カルボン酸臭化物(C(=O)Br、カルボン酸ヨウ化物(C(=O)I))を挙げられる。ハロゲン、メシレート基、トシレート基、またはトリフラート基が好ましく、ハロゲンがより好ましく、ブロモまたはヨードがより好ましく、ヨードが特に好ましい。   The term “compound represented by the formula: AX” means one of the reaction substrates that acts as an electrophile in the cross-coupling reaction. Here, the group A is a group having at least one carbon-carbon unsaturated bond, specifically, an unsubstituted or substituted aryl group, an unsubstituted or substituted heteroaryl group, and an unsubstituted or substituted group. Contains an alkenyl group. An unsubstituted or substituted aryl group is preferred. The X group means a group known as a leaving group in the field of organic chemistry. Specifically, halogen (for example, chloro, bromo, iodo), mesylate group (OMs), tosylate group (OTs), or carboxylic acid halide group (for example, carboxylic acid bromide (C (= O) Br, carboxylic acid) Iodide (C (= O) I)), preferably halogen, mesylate group, tosylate group, or triflate group, more preferably halogen, more preferably bromo or iodo, and particularly preferably iodo.

用語「式:B−Yで示される化合物」とは、上記クロスカップリング反応において求核剤として作用する反応基質の一方を意味する。ここで、基Bは、少なくとも1つの炭素−炭素不飽和結合を有する基であり、具体的には、無置換もしくは置換のアリール、無置換もしくは置換のヘテロアリール基、無置換もしくは置換のアルケニル基、および無置換もしくは置換のアルキニル基を含む。無置換もしくは置換のアリール基が好ましい。また、Y基は、水素、アリール基、アルコキシカルボニル基、ニトロ基、ホルミル基、オキソ基、シアノ基、アミノ基、B(OR)、ZnX、AlR 、SnR 、MgX、またはSiR であり、B(OR)(Rは水素である)が好ましい。ここで、XおよびXはハロゲン(クロロ、ブロモ、ヨードが好ましく、ブロモ、ヨードがより好ましい)であり、そしてR、R、RおよびRは各々独立して水素またはアルキル(炭素数が1〜6のアルキルが好ましく、メチル、エチル、t−ブチルがより好ましい)である。 The term “compound represented by the formula: BY” means one of the reaction substrates that acts as a nucleophile in the cross-coupling reaction. Here, the group B is a group having at least one carbon-carbon unsaturated bond, specifically, an unsubstituted or substituted aryl, an unsubstituted or substituted heteroaryl group, an unsubstituted or substituted alkenyl group. And unsubstituted or substituted alkynyl groups. An unsubstituted or substituted aryl group is preferred. Y group is hydrogen, aryl group, alkoxycarbonyl group, nitro group, formyl group, oxo group, cyano group, amino group, B (OR 1 ) 2 , ZnX 1 , AlR 2 2 , SnR 3 3 , MgX 2. Or SiR 4 3 and B (OR 1 ) 2 (R 1 is hydrogen) is preferred. Wherein X 1 and X 2 are halogens (chloro, bromo, iodo are preferred, bromo, iodo are more preferred) and R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently hydrogen or alkyl ( Alkyl having 1 to 6 carbon atoms is preferable, and methyl, ethyl, and t-butyl are more preferable.

用語「無置換もしくは置換のアリール基」とは、適宜1〜5個の置換基を有する芳香族性炭素環式を意味する。縮合環様式で結合した多環式基(例えば、二環式基)をも本定義に含む。具体例としては、フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基等の単環式アリール基;フェナントリジニル基、6−クロマニル基、5−イソインドリル基等の二環式アリール基等が挙げられる。フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基が好ましい。   The term “unsubstituted or substituted aryl group” means an aromatic carbocyclic group having 1 to 5 substituents as appropriate. Also included in this definition are polycyclic groups (eg, bicyclic groups) linked in a fused ring fashion. Specific examples include monocyclic aryl groups such as phenyl group, 1-naphthyl group and 2-naphthyl group; bicyclic aryl groups such as phenanthridinyl group, 6-chromanyl group and 5-isoindolyl group. It is done. A phenyl group, a 1-naphthyl group, and a 2-naphthyl group are preferable.

ここで、置換基としては、かかるクロスカップリング反応の進行を妨げない基であればよく、有機化学分野において知られる電子供与性基(例えば、アミノ基、アルキル基、アルコキシ基)または電子吸引性基(例えば、ニトロ基、ホルミル基、オキソ基、シアノ基、アルコキシカルボニル基)のいずれであってもよいが、電子供与性基が好ましい。例えば、アルキル基(例えば、炭素数が1〜6個のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基))、ハロゲン化アルキル基(例えば、トリフルオロメチル基)、ニトロ基、ホルミル基、オキソ基、アシル基(例えば、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基)、アミノ基(例えば、N-メチルアミノ基、N-エチルアミノ基、N,N-ジメチルアミノ基、N,N-ジフェニルアミノ基)、ヒドロキシ基、アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基)、カルボキシ基、シアノ基を含む。アルキル基、アルコキシ基が好ましい。   Here, the substituent may be any group that does not hinder the progress of the cross-coupling reaction, and is known as an electron donating group (for example, amino group, alkyl group, alkoxy group) or electron withdrawing property known in the field of organic chemistry. Any of groups (for example, nitro group, formyl group, oxo group, cyano group, alkoxycarbonyl group) may be used, but an electron donating group is preferable. For example, an alkyl group (for example, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms (for example, a methyl group, an ethyl group)), a halogenated alkyl group (for example, a trifluoromethyl group), a nitro group, a formyl group, an oxo group, Acyl group (eg, acetyl group, propionyl group, butyryl group), amino group (eg, N-methylamino group, N-ethylamino group, N, N-dimethylamino group, N, N-diphenylamino group), hydroxy Group, alkoxy group (for example, methoxy group, ethoxy group), carboxy group, and cyano group. An alkyl group and an alkoxy group are preferred.

用語「無置換もしくは置換のヘテロアリール基」とは、適宜1〜5個の置換基を有する、少なくとも1つの環内に、窒素原子、酸素原子、または硫黄原子から選ばれる少なくとも1つのヘテロ原子を有する、芳香族性の環式基を意味する。縮合環様式で結合した多環式基(例えば、二環式基)をも本定義に含む。具体例としては、ピロリル基、ピラゾリル基、イミダゾリル基、オキサゾリル基、イソキサゾリル基、チアゾリル基、チアジアゾリル基、イソチアゾリル基、ピリジル基、フリル基、チエニル基、オキサジアゾリル基、2−オキサアゼピニル基、アゼピニル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピリダジニル基、トリアジニル基、トリアゾリル基などの単環式へテロアリール基;および、ベンゾチアゾリル基、ベンゾキサゾリル基、ベンゾチエニル基、ベンゾフリル基、キノリニル基、キノリニル−N−オキシド基、イソキノリニル基、ベンゾイミダゾリル基、ベンゾピラニル基、インドリジニル基、シンノリニル基、キノキサリニル基、インダゾリル基、ピロロピリジル基、フロピリジニル基(例えば、フロ[2,3−c]ピリジニル基、フロ[3,1−b]ピリジニル基、またはフロ[2,3−b]ピリジニル基)、ベンジイソチアゾリル基、ベンゾイソキサゾリル基、ベンゾジアジニル基、ベンゾチオピラニル基、ベンゾトリアゾリル基、ベンゾピラゾリル基、ナフチリジニル基、フタラジニル基、プリニル基、ピリドピリジル基、キナゾリニル基、チエノフリル基、チエノピリジル基、チエノチエニル基などの二環式ヘテロアリール基等の二環式アリール基等が挙げられる。ピリジル基が好ましい。置換基としては、上記の「無置換もしくは置換のアリール基」において定義するのと同様に、かかるクロスカップリング反応の進行を妨げない基であればよく、具体例は上述の通りである。   The term “unsubstituted or substituted heteroaryl group” refers to at least one heteroatom selected from a nitrogen atom, an oxygen atom, or a sulfur atom in at least one ring having 1 to 5 substituents as appropriate. Means an aromatic cyclic group. Also included in this definition are polycyclic groups (eg, bicyclic groups) linked in a fused ring fashion. Specific examples include pyrrolyl, pyrazolyl, imidazolyl, oxazolyl, isoxazolyl, thiazolyl, thiadiazolyl, isothiazolyl, pyridyl, furyl, thienyl, oxadiazolyl, 2-oxaazepinyl, azepinyl, pyrazinyl Group, pyrimidinyl group, pyridazinyl group, triazinyl group, triazolyl group and the like monocyclic heteroaryl group; and benzothiazolyl group, benzoxazolyl group, benzothienyl group, benzofuryl group, quinolinyl group, quinolinyl-N-oxide group, isoquinolinyl group, Benzoimidazolyl group, benzopyranyl group, indolizinyl group, cinnolinyl group, quinoxalinyl group, indazolyl group, pyrrolopyridyl group, furopyridinyl group (for example, furo [2,3-c] pyridinyl group, furo [ 3,1-b] pyridinyl group or furo [2,3-b] pyridinyl group), benzisothiazolyl group, benzisoxazolyl group, benzodiazinyl group, benzothiopyranyl group, benzotriazolyl group, And bicyclic aryl groups such as bicyclic heteroaryl groups such as benzopyrazolyl group, naphthyridinyl group, phthalazinyl group, purinyl group, pyridopyridyl group, quinazolinyl group, thienofuryl group, thienopyridyl group, and thienothienyl group. A pyridyl group is preferred. As defined in the above “unsubstituted or substituted aryl group”, the substituent may be any group that does not hinder the progress of the cross-coupling reaction, and specific examples are as described above.

用語「無置換もしくは置換のアルケニル基」とは、適宜1〜5個の置換基を有する、2〜12個の炭素原子および少なくとも1個の二重結合を有する、直鎖、分枝または環状の炭化水素基を意味する。具体例としては、エテニル基(ビニル基)、1−プロペニル基、1−ブテニル基、1−ペンテニル基、1,3−ジペンテニル基、シクロヘキセニル基等を挙げられる。エテニル基が好ましい。置換基としては、上記の「無置換もしくは置換のアリール基」において定義するのと同様に、かかるクロスカップリング反応の進行を妨げない基であればよく、具体例は上述の通りである。   The term “unsubstituted or substituted alkenyl group” means a straight, branched or cyclic group having 2 to 12 carbon atoms and at least one double bond, optionally having 1 to 5 substituents. A hydrocarbon group is meant. Specific examples include ethenyl group (vinyl group), 1-propenyl group, 1-butenyl group, 1-pentenyl group, 1,3-dipentenyl group, cyclohexenyl group and the like. An ethenyl group is preferred. As defined in the above “unsubstituted or substituted aryl group”, the substituent may be any group that does not hinder the progress of the cross-coupling reaction, and specific examples are as described above.

用語「無置換もしくは置換のアルキニル基」とは、適宜1〜3個の置換基を有する、2〜6個の炭素原子および1個の三重結合を有する、直鎖または分枝の炭化水素基を意味する。アセチレンの一端の炭素上の水素が水素以外の基で置換された末端アルキニル基が好ましい。具体例としては、1−プロピニル、1−ブチニル、3,3−ジメチル−1−ブチニル等を挙げられる。1−プロピニルが好ましい。置換基としては、上記の「無置換もしくは置換のアリール基」において定義するのと同様に、かかるクロスカップリング反応の進行を妨げない基であればよく、具体例は上述の通りである。   The term “unsubstituted or substituted alkynyl group” refers to a linear or branched hydrocarbon group having 2 to 6 carbon atoms and one triple bond, optionally having 1 to 3 substituents. means. A terminal alkynyl group in which hydrogen on carbon at one end of acetylene is substituted with a group other than hydrogen is preferable. Specific examples include 1-propynyl, 1-butynyl, 3,3-dimethyl-1-butynyl and the like. 1-propynyl is preferred. As defined in the above “unsubstituted or substituted aryl group”, the substituent may be any group that does not hinder the progress of the cross-coupling reaction, and specific examples are as described above.

用語「アルコキシカルボニル基」とは、炭素数が1〜12個、好ましくは炭素数が1〜8個、より好ましくは炭素数が1〜6個のアルキル基を含むアルコキシカルボニル基を意味する。具体例としては、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、n−プロポキシカルボニル、ブトキシカルボニル(n−ブトキシカルボニル、イソ−ブトキシカルボニル、t−ブトキシカルボニル)、ペンチルオキシカルボニル、ヘキシルオキシカルボニル等を挙げられる。メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、t−ブトキシカルボニルが好ましい。   The term “alkoxycarbonyl group” means an alkoxycarbonyl group containing an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, preferably 1 to 8 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms. Specific examples include methoxycarbonyl, ethoxycarbonyl, n-propoxycarbonyl, butoxycarbonyl (n-butoxycarbonyl, iso-butoxycarbonyl, t-butoxycarbonyl), pentyloxycarbonyl, hexyloxycarbonyl and the like. Methoxycarbonyl, ethoxycarbonyl and t-butoxycarbonyl are preferred.

クロスカップリング反応は、上記式1に示す通り一般に触媒的クロスカップリング反応として知られる手順に準じて行う。具体的には、式:A−Xで示される化合物(1)と、式:B−Yで示される化合物(2)とを、上記で得られた合金含有複合体を含む触媒の存在下で反応させる。ここで、クロスカップリング反応のタイプによっては、塩基の存在下で行う。塩基としては、有機塩基(例えば、トリエチルアミン、ピリジン)または無機塩基(例えば、水酸化物(例えば、水酸化ナトリウム))、炭酸塩(例えば、炭酸カリウム)、炭酸水素塩(例えば、炭酸水素ナトリウム))を挙げられる。   The cross-coupling reaction is generally performed according to a procedure known as a catalytic cross-coupling reaction as shown in the above formula 1. Specifically, the compound (1) represented by the formula: AX and the compound (2) represented by the formula: BY in the presence of a catalyst containing the alloy-containing composite obtained above. React. Here, depending on the type of the cross-coupling reaction, the reaction is performed in the presence of a base. Bases include organic bases (eg triethylamine, pyridine) or inorganic bases (eg hydroxides (eg sodium hydroxide)), carbonates (eg potassium carbonate), bicarbonates (eg sodium bicarbonate) ).

反応基質である、式:A−Xで示される化合物(1)と、式:B−Yで示される化合物(2)はいずれも市販されているか、または当該有機化学の分野において知られる方法、或いはこれらに準じた方法により製造することができる。   A compound (1) represented by the formula: AX and a compound (2) represented by the formula: BY, which are reaction substrates, are either commercially available or a method known in the field of organic chemistry, Or it can manufacture by the method according to these.

クロスカップリング反応の反応溶媒は、通常の有機溶媒を用いることができ、あるいは反応基質または塩基を溶媒として用いることができる。例えば、典型的な反応溶媒としては、アルコール性有機溶媒(例えば、メタノール、エタノール)を挙げられる。   As a reaction solvent for the cross-coupling reaction, an ordinary organic solvent can be used, or a reaction substrate or a base can be used as a solvent. For example, typical reaction solvents include alcoholic organic solvents (eg, methanol, ethanol).

反応基質である化合物(1)と化合物(2)の配合量比率は、化合物(2)の量が化合物(1)の配合量基準で等量または過剰量で使用する。例えば、化合物(2)を、1.0〜3.0当量、1.0〜2.0当量、好ましくは1.2〜1.5当量で使用する。   The compounding ratio of the compound (1) and the compound (2) as the reaction substrate is such that the amount of the compound (2) is equal or excessive based on the compounding amount of the compound (1). For example, the compound (2) is used in an amount of 1.0 to 3.0 equivalents, 1.0 to 2.0 equivalents, preferably 1.2 to 1.5 equivalents.

本発明の合金含有複合体を含む触媒の使用量は、反応基質である化合物(1)の配合量基準で約10−1〜10−5モル%、約10−1〜10−3モル%、好ましくは約10−1〜10−2モル%で使用することができる。特に鈴木・宮浦カップリングの場合には約10−1〜10−2モル%、具体的には約0.1〜1.0モル%で使用することができる。 The amount of the catalyst containing the alloy-containing composite of the present invention is about 10 −1 to 10 −5 mol%, about 10 −1 to 10 −3 mol%, based on the amount of compound (1) as the reaction substrate, Preferably about 10 < -1 > -10 <-2> mol% can be used. In particular, in the case of Suzuki-Miyaura coupling, it can be used at about 10 −1 to 10 −2 mol%, specifically about 0.1 to 1.0 mol%.

本発明の触媒としての評価は、例えば触媒化学分野においてよく用いられる最終生成物への転換率を用いて表すことができる。本発明の触媒は、転換率を約90%以上、約92%以上、約94%以上、または約95%以上、典型的には約99%以上を示す。よって、このことは副生成物がほとんど生成しないことを示唆する。また、本発明の生成物の収率は、約90%以上、または約95%以上、典型的には約99%以上を示す。よって、転換率および収率から、本発明のカップリング反応は極めて効率よく進行することを示唆する。   The evaluation as the catalyst of the present invention can be expressed by, for example, the conversion rate to the final product often used in the field of catalytic chemistry. The catalyst of the present invention exhibits a conversion of about 90% or more, about 92% or more, about 94% or more, or about 95% or more, typically about 99% or more. This therefore suggests that little by-product is produced. Also, the yield of the product of the present invention is about 90% or higher, or about 95% or higher, typically about 99% or higher. Therefore, the conversion rate and yield suggest that the coupling reaction of the present invention proceeds extremely efficiently.

通常のクロスカップリング反応の場合には一般には、使用する触媒は大気中に曝露され、失活するため、水素ガスなどの還元処理を要する。一方で、本発明の合金複合体を含む触媒は、ゼロ(0)価の遷移金属原子が酸化皮膜中で保護されているので、それら還元処理を要しない。   In the case of a normal cross-coupling reaction, generally, the catalyst to be used is exposed to the atmosphere and deactivated, so that reduction treatment of hydrogen gas or the like is required. On the other hand, the catalyst containing the alloy composite of the present invention does not require such reduction treatment because zero (0) -valent transition metal atoms are protected in the oxide film.

本発明のカップリング反応は、低温(例えば、−70℃以下)から高温(例えば、100℃以上)で行なうことができ、通常室温〜使用する反応溶媒の沸点であり、80以上の温度が好ましく、100℃以上の温度がより好ましい。   The coupling reaction of the present invention can be carried out at a low temperature (for example, −70 ° C. or lower) to a high temperature (for example, 100 ° C. or higher), and is usually from room temperature to the boiling point of the reaction solvent used, preferably a temperature of 80 or higher. A temperature of 100 ° C. or higher is more preferable.

本発明の反応は、常圧から加圧容器(例えば、プレッシャーチューブなどの市販の容器)中での加圧条件下で行なうことができ、通常常圧で行なう。   The reaction of the present invention can be performed under normal pressure from a normal pressure in a pressurized container (for example, a commercially available container such as a pressure tube), and is usually performed at normal pressure.

本発明の反応時間は、使用する溶媒、反応温度などの反応条件に依存して変わり得るが、数時間〜数日間で完結し、通常約5時間〜約3日間で完結し、約24時間が好ましい。   The reaction time of the present invention may vary depending on the reaction conditions such as the solvent used, reaction temperature, etc., but it is completed in several hours to several days, usually about 5 hours to about 3 days, and about 24 hours. preferable.

(複合体の機能的材料)
また、本発明の合金含有複合体は、触媒活性を有する遷移金属元素が酸化皮膜中に混在していることにより被毒しにくく、遷移金属の触媒活性を保持することができる。また、自己修復性を示すことから、安定でありまた形状変化が可能な合金含有複合体を形成する。よって、本発明の複合体は、上記の機能に基づいて様々な用途の機能性材料として利用することができる。例えば、ガス(例えば、窒素、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、ヘリウム、アルゴン)などに対するガス貯蔵、ガス分離;触媒(例えば、不均一触媒として(水素添加反応触媒、光触媒、クネーフェナーゲル縮合反応用触媒));およびデバイス(例えば、ガスセンサーデバイス、燃料電池用固体電解質)を挙げられる。
(Functional material of composite)
Further, the alloy-containing composite of the present invention is difficult to be poisoned because the transition metal element having catalytic activity is mixed in the oxide film, and can maintain the catalytic activity of the transition metal. In addition, since it exhibits self-healing properties, it forms an alloy-containing composite that is stable and can change its shape. Therefore, the composite of the present invention can be used as a functional material for various applications based on the above functions. For example, gas storage and gas separation for gas (eg, nitrogen, hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, helium, argon); catalyst (eg, heterogeneous catalyst (hydrogenation reaction catalyst, photocatalyst, Kunefener gel condensation) Reaction catalysts)); and devices (eg gas sensor devices, solid electrolytes for fuel cells).

以下に実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。合金含有複合体およびクロスカップリング反応の生成物の確認は、各種分光学的分析の解析により行なった。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples. Confirmation of the alloy-containing composite and the product of the cross-coupling reaction was performed by analysis of various spectroscopic analyses.

(実施例1)
合金触媒の作製
純度99.5%以上のスポンジチタン(東邦チタニウム製)を非消耗電極型タングステンアーク溶解炉を用いて、99.99%以上のアルゴン雰囲気下、電流200mA以上で溶解し、ボタン状のチタンインゴットを得た。得られたボタン状インゴットに対して目標組成(1.0mol%Pd)になるようPdを秤量し、先に得られたボタン状のチタンインゴットに加え、該混合物を再び非消耗電極型タングステンアーク溶解炉を用いて溶解し、ボタン状の合金を得た。また、本合金を縦型フライス盤および超硬バイトを用いて表面から切削し、フレーク状の合金触媒を得た。
Example 1
Preparation of alloy catalyst Sponge titanium (manufactured by Toho Titanium) with a purity of 99.5% or more is melted at a current of 200 mA or more in a 99.99% or more argon atmosphere using a non-consumable electrode type tungsten arc melting furnace. The titanium ingot was obtained. Pd is weighed so as to have a target composition (1.0 mol% Pd) with respect to the obtained button-shaped ingot, added to the button-shaped titanium ingot obtained previously, and the mixture is again melted with a non-consumable electrode type tungsten arc. It melt | dissolved using the furnace and the button-shaped alloy was obtained. The alloy was cut from the surface using a vertical milling machine and a carbide tool to obtain a flaky alloy catalyst.

(実施例2)
複合体の製造
複合体はチタンの自然酸化皮膜を利用することで得た。つまり、フライス盤を用いて切削したフレーク状試料は不活性雰囲気下で調製したものではなく、大気開放下で調製した。その後、乾燥空気下、温度20℃、湿度25%に調整されたデシケータ内に1日以上放置し、自然酸化皮膜を成長させた。
プレート状の本合金の表面を耐水研磨紙(粒度#150−#800)まで用いて粗研磨を施し、ダイヤモンドペースト(粒度1−9μm)およびコロイダルシリカ(粒度0.04μm)を用いて鏡面に仕上げた。鏡面に仕上げる際、研磨剤の残留および伸展液の汚染を防ぐことを目的に、コロイダルシリカに超純水(メルクミリポア、比抵抗値18.2Mωcm−1)を徐々に足し、最後に超純水のみで合金表面を洗浄した。鏡面に仕上げた後、デシケータ内で少なくとも1日以上放置し、自然酸化皮膜の成長を促した。該複合体の構造はX線光電子分光分析装置(ULVAC Phi、PHI 5000 VersaProbe)を用いて分析した。その結果、得られた本発明の複合体の構造を図1に示す。
(Example 2)
Manufacture of the composite The composite was obtained by utilizing a natural oxide film of titanium. That is, the flaky sample cut with a milling machine was not prepared under an inert atmosphere, but was prepared under the open atmosphere. Then, it was left to stand in a desiccator adjusted to a temperature of 20 ° C. and a humidity of 25% for 1 day or more under dry air to grow a natural oxide film.
The surface of the plate-like alloy is roughly polished using water-resistant abrasive paper (grain size # 150- # 800) and finished to a mirror surface using diamond paste (grain size 1-9 μm) and colloidal silica (grain size 0.04 μm) It was. When finishing to a mirror surface, ultrapure water (Merck Millipore, specific resistance value 18.2 MΩcm −1 ) is gradually added to colloidal silica for the purpose of preventing residual abrasives and contamination of the spreading liquid, and finally ultrapure water. Only the alloy surface was cleaned. After finishing the mirror surface, it was left in a desiccator for at least one day to promote the growth of a natural oxide film. The structure of the complex was analyzed using an X-ray photoelectron spectrometer (ULVAC Phi, PHI 5000 VersaProbe). As a result, the structure of the composite of the present invention obtained is shown in FIG.

(実施例3)
複合体の構造
該複合体(Ti0.99Pd0.01)の構造をX線回折プロファイルにより分析した。その結果を図2に示す。チタン酸化物中のパラジウムの原子価状態により、該複合体は表面からある程度の範囲までだけの最表面が酸化皮膜で覆われており、それより中心内部は固体合金金属であることがわかった。また、中心内部が合金金属であるため、皮膜を一時的に破壊されたとしても、直ちに(例えば、数msで)皮膜が修復される構造となっている。
Example 3
Structure of complex The structure of the complex (Ti 0.99 Pd 0.01 ) was analyzed by X-ray diffraction profile. The result is shown in FIG. Due to the valence state of palladium in the titanium oxide, it was found that the outermost surface of the composite was covered with an oxide film only to a certain extent from the surface, and the center inside was a solid alloy metal. In addition, since the inside of the center is an alloy metal, even if the film is temporarily destroyed, the film is repaired immediately (for example, in a few ms).

また、本発明の合金含有複合体のX線光電子分光分析結果を行った。具体的には、本発明の合金含有複合体の表面からスパッタリングを行って削っていき、内部の遷移金属原子の原子価状態を調べた。遷移金属原子がパラジウム(図3)および白金(図5)について分析を行った。パラジウムの場合、結合エネルギーが約336、341evのピークはPd(0)の存在を示唆する。パラジウムの原子価は表面から内部に渡って全てゼロ価であり、合金内部ではチタンと金属結合することで僅かなケミカルシフトが認められた(図3)。これらピークはスパッタリング時間の増加と共に、つまり複合体の内部へと移るに伴い、高エネルギー側へシフトした。これは、パラジウムがチタンと合金化していることを示唆された(図3)。また、当該ピークの強度のスパッタリング時間の増加と共に、ピークの強度の増加がみられた。これは、内部へと移るに伴い、パラジウムの濃度が高いことを示唆する(図4)。
同様に作製した白金を添加した合金含有複合体においても、結合エネルギーが約71、75evのピークはPt(0)の存在を示唆する。パラジウムの場合と同様に、これらピークは高エネルギー側へシフトし、白金はゼロ価で合金含有複合体表面に存在し、中心内部はチタンと合金化していることが示された(図5)。
パラジウム、白金がゼロ価であるため、クロスカップリング反応が進行したといえる。
Moreover, the X-ray photoelectron spectroscopy analysis result of the alloy containing composite_body | complex of this invention was performed. Specifically, sputtering was performed from the surface of the alloy-containing composite of the present invention, and the valence state of the transition metal atoms inside was examined. The transition metal atoms were analyzed for palladium (FIG. 3) and platinum (FIG. 5). In the case of palladium, peaks with binding energies of about 336 and 341 ev suggest the presence of Pd (0). The valence of palladium was all zero from the surface to the inside, and a slight chemical shift was observed due to metal bonding with titanium inside the alloy (FIG. 3). These peaks shifted to a higher energy side as the sputtering time increased, that is, as they moved into the composite. This suggested that palladium was alloyed with titanium (FIG. 3). Further, as the sputtering time of the peak intensity increased, the peak intensity increased. This suggests that the concentration of palladium increases as it moves inward (FIG. 4).
Similarly, in the alloy-containing composite to which platinum was added, a peak having a binding energy of about 71 and 75 ev suggests the presence of Pt (0). As in the case of palladium, these peaks shifted to the high energy side, indicating that platinum is zero-valent and exists on the surface of the alloy-containing composite, and that the central interior is alloyed with titanium (FIG. 5).
Since palladium and platinum are zero-valent, it can be said that the cross-coupling reaction has proceeded.

(実施例4)
複合体の特性
パラジウムや白金は水素分子の解離に対する触媒として作用することが知られている。図6は水素雰囲気下で室温から400℃に昇温および保持したときの水素ガスの圧力の変化を示した。チタンは熱力学的に常温、常圧水素雰囲気下で水素と化学反応を起こすことが知られるが、本発明においては実際は表面の酸化皮膜が障壁となり、水素と反応しない。従って、パラジウムをチタンに添加する事によって、合金表面におけるパラジウム原子により、水素分子の解離が促進され、速やかに水素ガスの圧力が減少したことが認められた。
Example 4
Properties of composites Palladium and platinum are known to act as catalysts for the dissociation of hydrogen molecules. FIG. 6 shows the change in the pressure of the hydrogen gas when the temperature is raised and maintained from room temperature to 400 ° C. in a hydrogen atmosphere. Titanium is known to cause a chemical reaction with hydrogen thermodynamically at normal temperature and atmospheric pressure in an atmosphere of hydrogen, but in the present invention, the surface oxide film is actually a barrier and does not react with hydrogen. Therefore, it was recognized that by adding palladium to titanium, dissociation of hydrogen molecules was promoted by palladium atoms on the alloy surface, and the pressure of hydrogen gas was quickly reduced.

(実施例5)
クロスカップリング反応
本発明のクロスカップリング反応の代表例として、鈴木−宮浦反応を選び、本願発明の合金含有複合体の触媒能を調べた。また、以下の実施例中に用いた略号を説明する。
Meはメチル基を、Etはエチル基を、iPrはイソプロピル基を、DMAはジメチルアセトアミドを、DMFはジメチルホルムアミドを、THFはテトラヒドロフランを意味する。
以下の実施例で用いた試薬及び全ての出発物質は市販品であり、これらをさらに精製することなく使用した。
15mLプレッシャーチューブに撹拌子を入れ、実施例1で得られたチタン−1.0mol%パラジウム合金0.024g(0.5mmol、Pd換算0.005mmol)、4−メチルフェニルボロン酸またはフェニルボロン酸0.75mmol(0.1020g)及び炭酸ナトリウム0.1382g(1.0mmol)を入れ、容器内をアルゴンで置換した。次いで、ヨードベンゼン0.1020g(0.5mmol)、溶媒としてメタノール2mLを入れ、攪拌した。その後、120℃で24時間加熱し、反応を行った。
定量は、ガスクロマトグラフィーを用い、内部標準法(基準物質はトリデカンである)で分析を行ったところ、カップリング生成物である、ビフェニルまたは4−メチルビフェニルが定量的に得られていることが確認できた。以下に示す検討を、Ti−0.2mol%Pd0.024g(0.5mmol、Pd換算0.001mmol)で行った。
(Example 5)
Cross Coupling Reaction As a representative example of the cross coupling reaction of the present invention, the Suzuki-Miyaura reaction was selected, and the catalytic ability of the alloy-containing composite of the present invention was examined. In addition, abbreviations used in the following examples will be described.
Me represents a methyl group, Et represents an ethyl group, iPr represents an isopropyl group, DMA represents dimethylacetamide, DMF represents dimethylformamide, and THF represents tetrahydrofuran.
The reagents and all starting materials used in the following examples are commercially available and were used without further purification.
A stirrer was placed in a 15 mL pressure tube, 0.024 g of titanium-1.0 mol% palladium alloy obtained in Example 1 (0.5 mmol, 0.005 mmol in terms of Pd), 4-methylphenylboronic acid or phenylboronic acid 0 .75 mmol (0.1020 g) and 0.1382 g (1.0 mmol) of sodium carbonate were added, and the inside of the container was replaced with argon. Next, 0.1020 g (0.5 mmol) of iodobenzene and 2 mL of methanol as a solvent were added and stirred. Then, it heated at 120 degreeC for 24 hours, and reaction was performed.
Quantitative analysis was performed by gas chromatography using an internal standard method (the reference material is tridecane), and as a result, biphenyl or 4-methylbiphenyl as a coupling product was quantitatively obtained. It could be confirmed. The following examination was performed with Ti-0.2 mol% Pd 0.024 g (0.5 mmol, 0.001 mmol in terms of Pd).

以下に、本願反応の種々の反応条件を変えた場合の結果を示す。反応条件の検討結果を示す。
(実施例5−1)
本願発明の合金含有複合体触媒について、水素化還元処理を施した場合と施さない場合とを比較検討した。


生成物の質量スペクトル(MS):154.21
Below, the result at the time of changing various reaction conditions of this application reaction is shown. The examination result of reaction conditions is shown.
(Example 5-1)
About the alloy containing composite catalyst of this invention, the case where a hydrogenation reduction process is given and the case where it does not give were compared.


Product mass spectrum (MS): 154.21

表中、Pt(Hy)とは、水素化処理を施した触媒を意味する。この結果、水素化還元処理を要しない本願発明の複合体触媒は、触媒活性が高いことを示した。   In the table, Pt (Hy) means a catalyst subjected to a hydrogenation treatment. As a result, it was shown that the composite catalyst of the present invention that does not require hydroreduction treatment has high catalytic activity.

(実施例5−2)
本願発明の合金種について検討を行った。基質をp−トリルボロン酸に変更し、様々な合金および金属バルクを用いて検討を行った。


生成物の質量スペクトル(MS):168.23
(Example 5-2)
The alloy type of the present invention was examined. The substrate was changed to p-tolylboronic acid and examined using various alloys and metal bulks.


Product mass spectrum (MS): 168.23

結果、チタン単独の場合と比較して、本願発明の合金複合体触媒は高い触媒活性を示すことを示した。   As a result, it was shown that the alloy composite catalyst of the present invention showed higher catalytic activity than the case of titanium alone.

(実施例5−3)
基質について検討を行った。具体的には、ヨウ化ベンゼンに代えて、臭化ベンゼン、塩化ベンゼンについて反応を行った。

(Example 5-3)
The substrate was examined. Specifically, the reaction was carried out with benzene bromide and benzene chloride instead of benzene iodide.

結果、ヨウ化ベンゼンと比較して反応は遅いが、反応は進行することが分かった。   As a result, it was found that the reaction proceeded slower than iodobenzene, but the reaction proceeded.

(実施例5−4)
反応雰囲気下の検討を行った。具体的には、大気雰囲気での反応の進行を調べた。
(Example 5-4)
The reaction atmosphere was examined. Specifically, the progress of the reaction in the air atmosphere was examined.

結果、大気雰囲気下で反応を行った場合でも、触媒反応が円滑に進行し、生成物を高収率で与えることがわかった。   As a result, it was found that even when the reaction was carried out in an air atmosphere, the catalytic reaction proceeded smoothly and the product was given in high yield.

(実施例5−5)
溶媒の検討を行った。



(Example 5-5)
The solvent was examined.



結果、MeOH、ジエチレングリコール、水の場合に反応が円滑に進行することが示された。   As a result, it was shown that the reaction proceeds smoothly in the case of MeOH, diethylene glycol, and water.

(実施例5−6)
塩基種の検討を行った。

(Example 5-6)
Base species were examined.

NaHCO3、Na2CO3、K2CO3、CsCO3、KPO4、NaOHで反応が円滑に進行した。 The reaction proceeded smoothly with NaHCO 3 , Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , Cs 2 CO 3 , K 3 PO 4 , and NaOH.

(実施例5−7)
反応温度の検討を行った。

(Example 5-7)
The reaction temperature was examined.

結果、本反応を進行させるためには、100℃以上の高温が適していることが示唆される。   As a result, it is suggested that a high temperature of 100 ° C. or higher is suitable for proceeding with this reaction.

本発明で得られる合金含有複合体は、極めて簡便な製造法により、遷移金属原子の含有量が少なく安価に製造することができ、自己修復性を有し、また触媒反応の活性および選択性が高い、優れた合金含有複合体を提供する。また、得られる合金含有複合体はクロスカップリング反応用触媒として優れた活性を奏し、また水素ガスなどの還元処理を要しない。更に、ガス貯蔵、ガス分離、ガスセンサーデバイス、または不均一触媒などの機能性材料としても有用である。   The alloy-containing composite obtained by the present invention can be manufactured at a low cost with a low content of transition metal atoms by a very simple manufacturing method, has self-healing properties, and has catalytic activity and selectivity. To provide a high and excellent alloy-containing composite. Further, the obtained alloy-containing composite exhibits excellent activity as a catalyst for cross-coupling reaction, and does not require reduction treatment of hydrogen gas or the like. Furthermore, it is useful as a functional material such as gas storage, gas separation, gas sensor device, or heterogeneous catalyst.

Claims (14)

複合体の中心部に、酸素に対して活性な金属および触媒活性を有する遷移金属からなる合金、
該合金の周囲に、該酸素に対して活性な金属から形成される酸化皮膜、および
該酸化皮膜中に、該触媒活性を有する遷移金属のゼロ(0)価の金属原子、
を含む、複合体。
An alloy composed of a metal active against oxygen and a transition metal having catalytic activity at the center of the composite;
Around the alloy, an oxide film formed from the oxygen-active metal, and a zero (0) valent metal atom of the transition metal having the catalytic activity in the oxide film,
A complex comprising
該酸素に対して活性な金属が、第4A乃至6A、3Bおよび4B族遷移金属からなる群から選ばれる少なくとも1つの遷移金属である、請求項1記載の複合体。   The composite according to claim 1, wherein the oxygen active metal is at least one transition metal selected from the group consisting of Group 4A-6A, 3B and 4B transition metals. 該酸素に対して活性な金属が、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、クロム(Cr)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)、および珪素(Si)からなる群から選ばれる少なくとも1つの遷移金属である、請求項1または2のいずれかに記載の複合体。   Metals active against oxygen are titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), chromium (Cr), vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), aluminum (Al), The composite according to claim 1, which is at least one transition metal selected from the group consisting of silicon and silicon (Si). 該触媒活性を有する遷移金属が、第7族から第11族遷移金属からなる群から選ばれる少なくとも1つの遷移金属である、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の複合体。   The composite according to any one of claims 1 to 3, wherein the transition metal having catalytic activity is at least one transition metal selected from the group consisting of Group 7 to Group 11 transition metals. 該酸素に対して活性な金属がチタン(Ti)であって、且つ該触媒活性を有する遷移金属がパラジウム(Pd)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)またはレニウム(Re)である、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の複合体。   The metal active to oxygen is titanium (Ti), and the transition metal having catalytic activity is palladium (Pd), platinum (Pt), rhodium (Rh), or rhenium (Re). 5. The complex according to any one of 1 to 4. 該合金中、該触媒活性を有する遷移金属が該酸素に対して活性な金属に対して約0.01〜約15モル%の比率で含む、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の複合体。   6. The alloy according to any one of claims 1 to 5, wherein the catalytically active transition metal comprises in the alloy at a ratio of about 0.01 to about 15 mole percent relative to the oxygen active metal. Complex. 該酸化皮膜の厚さが約5nm以上を有する、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の複合体。   The composite according to any one of claims 1 to 6, wherein the oxide film has a thickness of about 5 nm or more. 自己修復性を有する、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の複合体。   The composite according to any one of claims 1 to 7, which has self-healing properties. 触媒活性を有する遷移金属単体を酸素に対して活性な金属単体に対して約0.01〜約15モル%の比率で配合し、その混合物を、溶解して合金を製造する;および、
該製造した合金を酸化処理することにより酸化皮膜を形成させて、複合体を得る、
ことを含む、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の複合体の製造方法。
A single elemental transition metal having catalytic activity is blended at a ratio of about 0.01 to about 15 mole percent with respect to a single element active against oxygen, and the mixture is melted to produce an alloy; and
An oxide film is formed by oxidizing the manufactured alloy to obtain a composite.
The manufacturing method of the composite_body | complex of any one of Claims 1 thru | or 8 including this.
請求項1乃至8のいずれか1項に記載の複合体を含む、クロスカップリング反応用触媒。   A catalyst for cross-coupling reaction, comprising the composite according to any one of claims 1 to 8. 触媒として請求項1乃至8のいずれか1項に記載の複合体を用いた、クロスカップリング反応。   A cross-coupling reaction using the complex according to any one of claims 1 to 8 as a catalyst. 式:A−X
(式中、
Aは、無置換もしくは置換のアリール基であり;そして、
Xは、ハロゲン、メシレート基、トシレート基、またはトリフラート基である)
で示される化合物と、
式:B−Y
(式中、
Bは、無置換もしくは置換のアリール基であり;
Yは、B(OR)であり、そしてRは水素である)
で示される化合物とを反応させることにより、
式:A−B
(式中、AおよびBは前掲する通りである)
で示される生成物を得ることを含む、請求項11に記載のクロスカップリング反応。
Formula: AX
(Where
A is an unsubstituted or substituted aryl group; and
X is a halogen, a mesylate group, a tosylate group, or a triflate group)
A compound represented by
Formula: BY
(Where
B is an unsubstituted or substituted aryl group;
Y is B (OR 1 ) 2 and R 1 is hydrogen)
By reacting with a compound represented by
Formula: AB
(In the formula, A and B are as described above.)
The cross-coupling reaction according to claim 11, comprising obtaining a product represented by:
触媒の水素還元処理を要しない、請求項11または12のいずれかに記載のクロスカップリング反応用触媒。   The catalyst for cross-coupling reaction according to claim 11, which does not require hydrogen reduction treatment of the catalyst. ガス貯蔵、ガス分離、ガスセンサーデバイス、または不均一触媒としての、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の複合体の使用。   Use of a composite according to any one of claims 1 to 8 as gas storage, gas separation, gas sensor device or heterogeneous catalyst.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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