JP2020069472A - Solid catalyst and method for producing carbonyl compound and hydrogen using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、脱水素反応用固体触媒、並びにそれを用いたカルボニル化合物及び水素の製造方法に関し、より詳しくは、アルコール類、ギ酸及びギ酸塩の脱水素反応に用いられる固体触媒、並びにそれを用いたカルボニル化合物及び水素の製造方法に関する。 The present invention relates to a solid catalyst for dehydrogenation reaction, and a method for producing a carbonyl compound and hydrogen using the same, and more specifically, a solid catalyst used for dehydrogenation reaction of alcohols, formic acid and formate salts, and the use thereof. And a method for producing hydrogen.
イリジウム等の周期表第9族の遷移金属原子に配位したビピリジン基を備えるメソポーラス有機シリカは、芳香族化合物のホウ素化反応において優れた触媒活性を示すことが知られている(特開2014−193457号公報(特許文献1))。しかしながら、このメソポーラス有機シリカは、アルコール類、ギ酸又及びギ酸塩の脱水素反応においては触媒活性を示さないため、アルコール類からカルボニル化合物を製造したり、アルコール類、ギ酸又及びギ酸塩から水素を製造したりする場合に、固体触媒として利用することはできなかった。 It is known that mesoporous organic silica having a bipyridine group coordinated to a transition metal atom of Group 9 of the periodic table such as iridium exhibits excellent catalytic activity in the boration reaction of an aromatic compound (JP-A-2014-2014). 193457 gazette (patent document 1)). However, since this mesoporous organic silica does not show catalytic activity in the dehydrogenation reaction of alcohols, formic acid and formate salts, carbonyl compounds can be produced from alcohols and hydrogen can be produced from alcohols, formic acid and formate salts. It could not be used as a solid catalyst when it was manufactured.
一方、ビピリドンがイリジウム等の遷移金属原子に配位した金属錯体は、アルコール類、ギ酸又及びギ酸塩の脱水素反応において優れた触媒活性を示すことが知られており、アルコール類からカルボニル化合物を製造したり、アルコール類、ギ酸又及びギ酸塩から水素を製造したりする際の均一系触媒として利用されている(国際公開第2013/125020号(特許文献2))。しかしながら、ビピリドンの互変異性体であるジヒドロキシビピリジンがイリジウム等の遷移金属原子に配位した金属錯体は、アルコール類、ギ酸又及びギ酸塩の脱水素反応において高い触媒活性を示さないため、アルコール類からカルボニル化合物を製造したり、アルコール類、ギ酸又及びギ酸塩から水素を製造したりする場合に、数mol%以上の触媒量が必要であった。 On the other hand, a metal complex in which bipyridone is coordinated with a transition metal atom such as iridium is known to exhibit excellent catalytic activity in the dehydrogenation reaction of alcohols, formic acid or formate salts, and a carbonyl compound is converted from an alcohol. It is used as a homogeneous catalyst for the production or production of hydrogen from alcohols, formic acid or formate (International Publication No. 2013/125020 (Patent Document 2)). However, a metal complex in which dihydroxybipyridine, a tautomer of bipyridone, is coordinated to a transition metal atom such as iridium does not show high catalytic activity in the dehydrogenation reaction of alcohols, formic acid, and formate salts. A catalyst amount of several mol% or more is required in the case of producing a carbonyl compound from bisphenol, or in producing hydrogen from an alcohol, formic acid or formate salt.
また、ビピリドンが前記遷移金属原子に配位した金属錯体を均一系触媒として用いてメタノール水溶液の脱水素反応を行うと、副生成物である二酸化炭素により反応溶液が酸性側にシフトし、水素の生成反応が停止するため、前記脱水素反応を利用して連続的に水素を製造するには、塩基を添加して反応溶液を中性〜塩基性に維持する必要があった。 When a metal complex in which bipyridone is coordinated to the transition metal atom is used as a homogeneous catalyst for dehydrogenation of an aqueous methanol solution, carbon dioxide as a by-product shifts the reaction solution to an acidic side and Since the production reaction is stopped, in order to continuously produce hydrogen by using the dehydrogenation reaction, it was necessary to add a base to maintain the reaction solution in a neutral to basic state.
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、アルコール類、ギ酸又はギ酸塩の脱水素反応において優れた触媒活性を有する固体触媒、並びに、この固体触媒を用いたカルボニル化合物及び水素の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, a solid catalyst having excellent catalytic activity in the dehydrogenation reaction of alcohols, formic acid or formate salts, and carbonyl compounds using this solid catalyst. And a method for producing hydrogen.
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラス有機シリカと、イリジウム、ロジウム、ルテニウムから選択される遷移金属原子を含有する化合物とを混合して、前記水酸基含有ビピリジン基が前記遷移金属原子に配位した金属錯体を形成することによって、前記遷移金属原子を含有する化合物がメソポーラス有機シリカの外表面や細孔内表面に固定化されることを見出し、さらに、得られた遷移金属含有メソポーラス有機シリカがアルコール類、ギ酸又はギ酸塩の脱水素反応において優れた触媒活性を示すことを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors mixed mesoporous organic silica having a hydroxyl group-containing bipyridine group with a compound containing a transition metal atom selected from iridium, rhodium, and ruthenium. By forming a metal complex in which the hydroxyl group-containing bipyridine group is coordinated to the transition metal atom, the compound containing the transition metal atom is immobilized on the outer surface or the inner surface of the pores of the mesoporous organic silica. Furthermore, they have found that the obtained transition metal-containing mesoporous organic silica exhibits excellent catalytic activity in the dehydrogenation reaction of alcohols, formic acid or formate salts, and have completed the present invention.
すなわち、本発明の固体触媒は、下記式(1): That is, the solid catalyst of the present invention has the following formula (1):
〔前記式(1)中、Mはイリジウム、ロジウム、ルテニウムからなる群から選択される遷移金属原子を表し、L1は置換若しくは無置換のフェニル基又は置換若しくは無置換のシクロペンタジエニル基を表し、L2はスルホキシド配位子、含窒素芳香環配位子、アミン配位子、ホスフィン配位子、エーテル配位子及びアコ配位子からなる群から選択される配位子又は水酸基を表し、R1〜R4のうちの少なくとも1つの基及びR5〜R8のうちの少なくとも1つの基は水酸基であり、R1〜R4の残りの基のうちの少なくとも1つの基及びR5〜R8の残りの基のうちの少なくとも1つの基は下記式(2): [In the formula (1), M represents a transition metal atom selected from the group consisting of iridium, rhodium and ruthenium, and L 1 represents a substituted or unsubstituted phenyl group or a substituted or unsubstituted cyclopentadienyl group. represents, L 2 is the sulfoxide ligand, a nitrogen-containing aromatic ring ligand, amine ligand, a phosphine ligand, the ligand or a hydroxyl group is selected from the group consisting of ether ligands and aquo ligands Represents at least one group out of R 1 to R 4 and at least one group out of R 5 to R 8 is a hydroxyl group, and at least one group out of the remaining groups in R 1 to R 4 and R At least one group of the remaining groups of 5 to R 8 is represented by the following formula (2):
(前記式(2)中、Yは、アルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基、アリーレン基、エーテル基、カルボニル基、アミノ基、アミド基及びイミド基からなる群から選択される2価又は3価の有機基或いは単結合であり、Raは炭素数1〜8のアルキル基又は置換若しくは無置換のアリル基を表し、Rbは水素原子又はシリル基を表し、kは1又は2であり、iは1〜3の整数であり、jは0〜2の整数であり、1≦i+j≦3であり、iとjとの組み合わせは、複数存在する前記式(2)で表される基においてそれぞれ独立であり、*は隣接する構造との結合部位である)
で表される基であり、R1〜R4のうちの更に残りの基及びR5〜R8のうちの更に残りの基はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、或いはアルキル基、アリール基、アルコキシ基、フェノキシ基、アセチル基、ベンゾイル基、アミノ基、アミド基、イミド基、ニトロ基及びシアノ基からなる群から選択される1価又は2価の有機基であり、R4及びR8は互いに結合して−CH=CH−を形成していてもよい〕
で表される構造、その立体異性体及び互変異性体からなる群から選択される配位構造を備える遷移金属含有メソポーラス有機シリカからなり、
アルコール類、ギ酸及びギ酸塩からなる群から選択される少なくとも1種の酸素含有化合物の脱水素反応に用いられることを特徴とするものである。
(In the formula (2), Y is a divalent or trivalent group selected from the group consisting of an alkylene group, an alkenylene group, an alkynylene group, an arylene group, an ether group, a carbonyl group, an amino group, an amide group and an imide group. An organic group or a single bond, R a represents an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or a substituted or unsubstituted allyl group, R b represents a hydrogen atom or a silyl group, k is 1 or 2, and i Is an integer of 1 to 3, j is an integer of 0 to 2, 1 ≦ i + j ≦ 3, and a combination of i and j is plural in each group represented by the formula (2). Independent, * is the binding site with the adjacent structure)
Which is a group represented by the following formula, wherein the remaining group of R 1 to R 4 and the remaining group of R 5 to R 8 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, or an alkyl group, an aryl group, It is a monovalent or divalent organic group selected from the group consisting of an alkoxy group, a phenoxy group, an acetyl group, a benzoyl group, an amino group, an amide group, an imide group, a nitro group and a cyano group, and R 4 and R 8 are They may combine with each other to form -CH = CH-]
A structure represented by, a transition metal-containing mesoporous organic silica having a coordination structure selected from the group consisting of its stereoisomers and tautomers,
It is characterized by being used for a dehydrogenation reaction of at least one oxygen-containing compound selected from the group consisting of alcohols, formic acid and formate salts.
このような固体触媒において、前記式(1)で表される構造は、前記遷移金属含有メソポーラス有機シリカの細孔内表面(細孔壁)に配置されていれば、外表面に配置されていてもよく、また、前記遷移金属含有メソポーラス有機シリカの骨格中に含まれていてもよいし(以下、この遷移金属含有メソポーラス有機シリカを「第一の遷移金属含有メソポーラス有機シリカ」ともいう)、通常のメソポーラスシリカの細孔内表面(細孔壁)に結合していてもよい(以下、この遷移金属含有メソポーラス有機シリカを「第二の遷移金属含有メソポーラス有機シリカ」ともいう)。さらに、本発明の固体触媒においては、前記式(1)中のMがイリジウムであり、L1が置換若しくは無置換のシクロペンタジエニル基であり、L2がアコ配位子又は水酸基であることが好ましく、また、R1及びR5が水酸基であり、R2及びR6が前記式(2)で表される基であることも好ましい。 In such a solid catalyst, the structure represented by the formula (1) is arranged on the outer surface if it is arranged on the inner surface (pore wall) of the pores of the transition metal-containing mesoporous organic silica. The transition metal-containing mesoporous organic silica may be contained in the skeleton of the transition metal-containing mesoporous organic silica (hereinafter, this transition metal-containing mesoporous organic silica is also referred to as “first transition metal-containing mesoporous organic silica”). May be bonded to the inner surface (pore wall) of the mesoporous silica (hereinafter, this transition metal-containing mesoporous organic silica is also referred to as “second transition metal-containing mesoporous organic silica”). Furthermore, in the solid catalyst of the present invention, M in the formula (1) is iridium, L 1 is a substituted or unsubstituted cyclopentadienyl group, and L 2 is an aco ligand or a hydroxyl group. Preferably, R 1 and R 5 are hydroxyl groups, and R 2 and R 6 are also groups represented by the above formula (2).
本発明のカルボニル化合物の製造方法は、前記本発明の固体触媒を用いてアルコール類を脱水素化して、カルボニル化合物を生成させることを特徴とする方法である。さらに、本発明の水素の製造方法は、前記本発明の固体触媒を用いてアルコール類、ギ酸及びギ酸塩からなる群から選択される少なくとも1種の酸素含有化合物を脱水素化して、水素を発生させることを特徴とする方法である。また、このような本発明の水素の製造方法においては、前記酸素含有化合物の脱水素化を気相中で実施することが可能である。 The method for producing a carbonyl compound of the present invention is a method characterized in that an alcohol is dehydrogenated using the solid catalyst of the present invention to produce a carbonyl compound. Furthermore, the method for producing hydrogen according to the present invention comprises dehydrogenating at least one oxygen-containing compound selected from the group consisting of alcohols, formic acid and formate salts using the solid catalyst of the present invention to generate hydrogen. The method is characterized by: Further, in such a method for producing hydrogen of the present invention, it is possible to carry out dehydrogenation of the oxygen-containing compound in a gas phase.
なお、本発明の固体触媒がアルコール類、ギ酸又はギ酸塩の脱水素反応において優れた触媒活性を示す理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、本発明の固体触媒においては、メソポーラス有機シリカの細孔壁を構成する水酸基含有ビピリジン基がイリジウム等の遷移金属原子に配位しているため、水酸基含有ビピリジンが前記遷移金属原子に配位した均一系金属錯体と類似した局所構造(触媒サイト)がメソポーラス有機シリカの細孔壁内外に孤立した状態で形成されている。この触媒サイトは細孔壁内外に強固に固定化されているため、脱水素反応時に触媒サイトの不要な相互作用が起こらず、高い触媒活性が発現すると推察される。また、細孔壁内外に固定化された前記触媒サイトの近傍には、シラノール基等の官能基が存在するため、前記遷移金属原子にビピリドン基が配位している場合だけでなく、水酸基を含有するビピリジン基が配位している場合にも高い触媒活性が発現すると推察される。 The reason why the solid catalyst of the present invention exhibits excellent catalytic activity in the dehydrogenation reaction of alcohols, formic acid or formic acid salts is not always clear, but the present inventors speculate as follows. That is, in the solid catalyst of the present invention, since the hydroxyl group-containing bipyridine group constituting the pore wall of the mesoporous organic silica is coordinated to the transition metal atom such as iridium, the hydroxyl group-containing bipyridine is coordinated to the transition metal atom. A local structure (catalyst site) similar to that of the homogeneous metal complex is formed in an isolated state inside and outside the pore walls of mesoporous organic silica. Since this catalyst site is firmly fixed inside and outside the pore walls, it is presumed that unnecessary interaction of the catalyst sites does not occur during the dehydrogenation reaction and high catalytic activity is exhibited. Further, in the vicinity of the catalyst site fixed on the inside and outside of the pore wall, since there is a functional group such as silanol group, not only when the bipyridone group is coordinated to the transition metal atom, hydroxyl group It is presumed that high catalytic activity is exhibited even when the contained bipyridine group is coordinated.
一方、水酸基含有ビピリジンが前記遷移金属原子に配位した均一系金属錯体は、前記脱水素反応中に凝集するため、触媒が失活して反応収率が低下すると推察される。 On the other hand, it is presumed that the homogeneous metal complex in which the hydroxyl group-containing bipyridine is coordinated with the transition metal atom is aggregated during the dehydrogenation reaction, so that the catalyst is deactivated and the reaction yield is reduced.
本発明によれば、アルコール類、ギ酸又はギ酸塩の脱水素反応において優れた触媒活性を有する固体触媒を得ることができる。また、この固体触媒を用いることによって、カルボニル化合物及び水素を高収率で製造することが可能となる。さらに、この固体触媒を用いることによって、前記脱水素反応を気相で行うことが可能となり、水素を連続的に製造する際に、副生成物である二酸化炭素を系外に排出できるため、反応系が酸性にならず、塩基の添加が不要となる。 According to the present invention, it is possible to obtain a solid catalyst having excellent catalytic activity in the dehydrogenation reaction of alcohols, formic acid or formic acid salts. Moreover, by using this solid catalyst, it becomes possible to produce a carbonyl compound and hydrogen in a high yield. Furthermore, by using this solid catalyst, it becomes possible to carry out the dehydrogenation reaction in the gas phase, and when continuously producing hydrogen, carbon dioxide, which is a by-product, can be discharged to the outside of the system. The system does not become acidic and the addition of base is unnecessary.
以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to its preferred embodiments.
<固体触媒>
先ず、本発明の固体触媒について説明する。本発明の固体触媒は、下記式(1):
<Solid catalyst>
First, the solid catalyst of the present invention will be described. The solid catalyst of the present invention has the following formula (1):
〔前記式(1)中、Mはイリジウム、ロジウム、ルテニウムからなる群から選択される遷移金属原子を表し、L1は置換若しくは無置換のフェニル基又は置換若しくは無置換のシクロペンタジエニル基を表し、L2はスルホキシド配位子、含窒素芳香環配位子、アミン配位子、ホスフィン配位子、エーテル配位子及びアコ配位子からなる群から選択される配位子又は水酸基を表し、R1〜R4のうちの少なくとも1つの基及びR5〜R8のうちの少なくとも1つの基は水酸基であり、R1〜R4の残りの基のうちの少なくとも1つの基及びR5〜R8の残りの基のうちの少なくとも1つの基は下記式(2): [In the formula (1), M represents a transition metal atom selected from the group consisting of iridium, rhodium and ruthenium, and L 1 represents a substituted or unsubstituted phenyl group or a substituted or unsubstituted cyclopentadienyl group. represents, L 2 is the sulfoxide ligand, a nitrogen-containing aromatic ring ligand, amine ligand, a phosphine ligand, the ligand or a hydroxyl group is selected from the group consisting of ether ligands and aquo ligands Represents at least one group out of R 1 to R 4 and at least one group out of R 5 to R 8 is a hydroxyl group, and at least one group out of the remaining groups in R 1 to R 4 and R At least one group of the remaining groups of 5 to R 8 is represented by the following formula (2):
(前記式(2)中、Yは、アルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基、アリーレン基、エーテル基、カルボニル基、アミノ基、アミド基及びイミド基からなる群から選択される2価又は3価の有機基或いは単結合であり、Raは炭素数1〜8のアルキル基又は置換若しくは無置換のアリル基を表し、Rbは水素原子又はシリル基を表し、kは1又は2であり、iは1〜3の整数であり、jは0〜2の整数であり、1≦i+j≦3であり、iとjとの組み合わせは、複数存在する前記式(2)で表される基においてそれぞれ独立であり、*は隣接する構造との結合部位である)
で表される基であり、R1〜R4のうちの更に残りの基及びR5〜R8のうちの更に残りの基はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、或いはアルキル基、アリール基、アルコキシ基、フェノキシ基、アセチル基、ベンゾイル基、アミノ基、アミド基、イミド基、ニトロ基及びシアノ基からなる群から選択される1価又は2価の有機基であり、R4及びR8は互いに結合して−CH=CH−を形成していてもよい〕
で表される構造、その立体異性体及び互変異性体からなる群から選択される配位構造を備える遷移金属含有メソポーラス有機シリカからなるものである。本発明において、このような固体触媒は、アルコール類、ギ酸及びギ酸塩からなる群から選択される少なくとも1種の酸素含有化合物の脱水素反応に用いられ、優れた触媒活性を示す。
(In the formula (2), Y is a divalent or trivalent group selected from the group consisting of an alkylene group, an alkenylene group, an alkynylene group, an arylene group, an ether group, a carbonyl group, an amino group, an amide group and an imide group. An organic group or a single bond, R a represents an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or a substituted or unsubstituted allyl group, R b represents a hydrogen atom or a silyl group, k is 1 or 2, and i Is an integer of 1 to 3, j is an integer of 0 to 2, 1 ≦ i + j ≦ 3, and a combination of i and j is plural in each group represented by the formula (2). Independent, * is the binding site with the adjacent structure)
Which is a group represented by the following formula, wherein the remaining group of R 1 to R 4 and the remaining group of R 5 to R 8 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, or an alkyl group, an aryl group, It is a monovalent or divalent organic group selected from the group consisting of an alkoxy group, a phenoxy group, an acetyl group, a benzoyl group, an amino group, an amide group, an imide group, a nitro group and a cyano group, and R 4 and R 8 are They may combine with each other to form -CH = CH-]
And a transition metal-containing mesoporous organic silica having a coordination structure selected from the group consisting of a structure represented by the formula, its stereoisomers and tautomers. In the present invention, such a solid catalyst is used for the dehydrogenation reaction of at least one oxygen-containing compound selected from the group consisting of alcohols, formic acid and formate salts, and exhibits excellent catalytic activity.
本発明の固体触媒において、前記式(1)で表される構造は、前記遷移金属含有メソポーラス有機シリカの細孔内表面(細孔壁)に配置されていれば、外表面に配置されていてもよく、また、前記遷移金属含有メソポーラス有機シリカの骨格中に含まれていてもよいし(以下、この遷移金属含有メソポーラス有機シリカを「第一の遷移金属含有メソポーラス有機シリカ」ともいう)、通常のメソポーラスシリカの細孔内表面(細孔壁)に結合していてもよい(以下、この遷移金属含有メソポーラス有機シリカを「第二の遷移金属含有メソポーラス有機シリカ」ともいう)。 In the solid catalyst of the present invention, the structure represented by the formula (1) is arranged on the outer surface if it is arranged on the inner surface (pore wall) of the pores of the transition metal-containing mesoporous organic silica. The transition metal-containing mesoporous organic silica may be contained in the skeleton of the transition metal-containing mesoporous organic silica (hereinafter, this transition metal-containing mesoporous organic silica is also referred to as “first transition metal-containing mesoporous organic silica”). May be bonded to the inner surface (pore wall) of the mesoporous silica (hereinafter, this transition metal-containing mesoporous organic silica is also referred to as “second transition metal-containing mesoporous organic silica”).
本発明の固体触媒は、前記式(1)で示されるように、水酸基を有するビピリジン基を含有しており、この水酸基含有ビピリジン基が前記遷移金属原子に配位することによって遷移金属錯体が形成され、この遷移金属錯体が活性サイトとなって触媒作用を示す。なお、本発明の固体触媒においては、全ての水酸基含有ビピリジン基が前記遷移金属原子に配位している必要はない。また、前記第一の遷移金属含有メソポーラス有機シリカにおいては、前記式(2)で表される基は架橋点を有する基(以下、「架橋基」ともいう)であり、この架橋基中のシロキサン結合(Si−O結合)によって水酸基含有ビピリジン基が三次元的に架橋されているため、本発明の固体触媒は、機械的作用や化学的作用に対して高い耐久性を示すものとなる。 The solid catalyst of the present invention contains a bipyridine group having a hydroxyl group, as shown by the formula (1), and a transition metal complex is formed by coordinating the hydroxyl group-containing bipyridine group with the transition metal atom. Then, this transition metal complex becomes an active site and exhibits a catalytic action. In the solid catalyst of the present invention, it is not necessary that all the hydroxyl group-containing bipyridine groups be coordinated with the transition metal atom. In the first transition metal-containing mesoporous organic silica, the group represented by the formula (2) is a group having a crosslinking point (hereinafter, also referred to as “crosslinking group”), and the siloxane in the crosslinking group is Since the hydroxyl group-containing bipyridine group is three-dimensionally crosslinked by the bond (Si-O bond), the solid catalyst of the present invention exhibits high durability against mechanical action and chemical action.
前記式(1)において、Mはイリジウム、ロジウム、ルテニウムからなる群から選択される遷移金属原子を表す。これらの中でも、触媒活性が高くなるという観点から、イリジウムが好ましい。また、L1は置換若しくは無置換のフェニル基又は置換若しくは無置換のシクロペンタジエニル基を表し、前記フェニル基及びシクロペンタジエニル基はメチル基等の置換基を有していてもよい。これらの中でも、錯体合成の容易さという観点から、置換若しくは無置換のシクロペンタジエニル基が好ましい。 In the above formula (1), M represents a transition metal atom selected from the group consisting of iridium, rhodium and ruthenium. Among these, iridium is preferable from the viewpoint of high catalytic activity. L 1 represents a substituted or unsubstituted phenyl group or a substituted or unsubstituted cyclopentadienyl group, and the phenyl group and cyclopentadienyl group may have a substituent such as a methyl group. Of these, a substituted or unsubstituted cyclopentadienyl group is preferable from the viewpoint of ease of complex synthesis.
さらに、前記式(1)において、L2はスルホキシド配位子、含窒素芳香環配位子、アミン配位子、ホスフィン配位子、エーテル配位子及びアコ配位子からなる群から選択される配位子又は水酸基を表す。スルホキシド配位子としては、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ジフェニルスルホキシド、メチルフェニルスルホキシド等が挙げられ、含窒素芳香環配位子としては、ピリジン、ピコリン、ルチジン、3−クロロピリジン、4−クロロピリジン等が挙げられ、アミン配位子としては、アニリン、トルイジン、アニシジン等が挙げられ、ホスフィン配位子としては、トリフェニルホスフィン、トリメチルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリ−tert−ブチルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリエトキシホスフィン等が挙げられ、エーテル配位子としては、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル、メチル−tert−ブチルエーテル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、アニソール等が挙げられる。これらの中でも、触媒活性が高くなり、反応収率が向上するという観点から、アコ配位子又は水酸基が好ましい。 Further, in the above formula (1), L 2 is selected from the group consisting of a sulfoxide ligand, a nitrogen-containing aromatic ring ligand, an amine ligand, a phosphine ligand, an ether ligand and an aco ligand. Represents a ligand or a hydroxyl group. Examples of sulfoxide ligands include dimethyl sulfoxide (DMSO), diphenyl sulfoxide, and methylphenyl sulfoxide, and examples of nitrogen-containing aromatic ring ligands include pyridine, picoline, lutidine, 3-chloropyridine, and 4-chloropyridine. Examples of the amine ligand include aniline, toluidine, anisidine, and the like, and examples of the phosphine ligand include triphenylphosphine, trimethylphosphine, tributylphosphine, tri-tert-butylphosphine, tricyclohexylphosphine, and tricyclohexylphosphine. Ethoxyphosphine and the like can be mentioned, and as the ether ligand, dimethyl ether, diethyl ether, diisopropyl ether, cyclopentyl methyl ether, methyl-tert-butyl ether, tetrahydrofuran, - methyltetrahydrofuran, anisole. Among these, an aco ligand or a hydroxyl group is preferable from the viewpoint of increasing the catalytic activity and improving the reaction yield.
また、前記式(1)において、R1〜R4のうちの少なくとも1つの基及びR5〜R8のうちの少なくとも1つの基は水酸基である。前記式(1)で表される構造が水酸基を有することによって、前記酸素含有化合物の脱水素反応において優れた触媒活性が発現する。また、遷移金属原子Mの近傍に水酸基が配置されることによって前記酸素含有化合物の脱水素反応が進行しやすくなるという観点から、R1及びR5が水酸基であることが好ましい。 In the formula (1), at least one group out of R 1 to R 4 and at least one group out of R 5 to R 8 are hydroxyl groups. When the structure represented by the formula (1) has a hydroxyl group, excellent catalytic activity is exhibited in the dehydrogenation reaction of the oxygen-containing compound. Further, it is preferable that R 1 and R 5 are hydroxyl groups from the viewpoint that the dehydrogenation reaction of the oxygen-containing compound is facilitated by arranging the hydroxyl group near the transition metal atom M.
さらに、前記式(1)において、R1〜R4の残りの基のうちの少なくとも1つの基及びR5〜R8の残りの基のうちの少なくとも1つの基は、前記式(2)で表される架橋基である。本発明の固体触媒が前記第一の遷移金属含有メソポーラス有機シリカからなるものである場合には、メソ細孔構造が形成されやすいという観点から、R2及びR6がそれぞれ独立に前記架橋基であることが好ましい。また、本発明の固体触媒が前記第二の遷移金属含有メソポーラス有機シリカからなるものである場合には、その結合しやすさの観点から、R2及びR6のうちの一方の基が前記架橋基であることが好ましい。 Further, in the formula (1), at least one group of the remaining groups of R 1 to R 4 and at least one group of the remaining groups of R 5 to R 8 are the same as those of the formula (2). It is a crosslinking group represented. When the solid catalyst of the present invention is composed of the first transition metal-containing mesoporous organic silica, R 2 and R 6 are each independently a crosslinking group from the viewpoint that a mesopore structure is easily formed. Preferably. Further, when the solid catalyst of the present invention is composed of the second transition metal-containing mesoporous organic silica, one of R 2 and R 6 has the above-mentioned crosslinked structure from the viewpoint of its bondability. It is preferably a group.
前記式(2)中のYは、アルキレン基(好ましくは炭素数1〜12、より好ましくは炭素数1〜6)、アルケニレン基(好ましくは炭素数2〜12、より好ましくは炭素数2〜6)、アルキニレン基(好ましくは炭素数2〜12、より好ましくは炭素数2〜6)、アリーレン基(好ましくは炭素数6〜12)、エーテル基、カルボニル基、アミノ基、アミド基及びイミド基からなる群から選択される2価又は3価の有機基或いは単結合である。 Y in the formula (2) is an alkylene group (preferably having a carbon number of 1 to 12, more preferably a carbon number of 1 to 6), an alkenylene group (preferably having a carbon number of 2 to 12, more preferably a carbon number of 2 to 6). ), An alkynylene group (preferably having 2 to 12 carbon atoms, more preferably 2 to 6 carbon atoms), an arylene group (preferably having 6 to 12 carbon atoms), an ether group, a carbonyl group, an amino group, an amide group and an imide group. It is a divalent or trivalent organic group or a single bond selected from the group consisting of:
前記アルキレン基としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基等が挙げられ、前記アルケニレン基としては、エテニレン基、プロペニレン基、ブテニレン基等が挙げられ、前記アルキニレン基としては、エチニレン基、プロピニレン基、ブチニレン基等が挙げられ、前記アリーレン基としては、フェニレン基等の単環の芳香族環、ナフチレン基、フルオレニレン基等の芳香族縮合環等が挙げられる。 Examples of the alkylene group include methylene group, ethylene group, propylene group, butylene group and the like, examples of the alkenylene group include ethenylene group, propenylene group, butenylene group and the like, and examples of the alkynylene group include ethynylene group, Examples thereof include a propynylene group and a butynylene group. Examples of the arylene group include a monocyclic aromatic ring such as a phenylene group and an aromatic condensed ring such as a naphthylene group and a fluorenylene group.
このような2価又は3価の有機基及び単結合のうち、固体触媒の機械的強度及び化学的安定性が向上するという観点から、アルキレン基及び単結合が好ましく、炭素数1〜6のアルキレン基及び単結合がより好ましい。 Of these divalent or trivalent organic groups and single bonds, an alkylene group and a single bond are preferable from the viewpoint of improving the mechanical strength and chemical stability of the solid catalyst, and an alkylene having 1 to 6 carbon atoms. More preferred are groups and single bonds.
前記式(2)中のRaは、炭素数1〜8(好ましくは1〜4)のアルキル基又は置換若しくは無置換のアリル基を表し、前記アリル基はメチル基等の置換基を有していてもよい。また、前記式(2)中のRbは水素原子又はシリル基を表し、前記シリル基としては、トリメチルシリル基等のアルキルシリル基が挙げられ、Rbとしては、立体障害を抑制できるという観点から、水素原子が好ましい。 Ra in the above formula (2) represents an alkyl group having 1 to 8 (preferably 1 to 4) carbon atoms or a substituted or unsubstituted allyl group, and the allyl group has a substituent such as a methyl group. May be. Further, R b in the formula (2) represents a hydrogen atom or a silyl group, examples of the silyl group include an alkylsilyl group such as a trimethylsilyl group, and R b is from the viewpoint of suppressing steric hindrance. A hydrogen atom is preferred.
また、前記式(2)中の*は、隣接する構造との結合部位である。前記隣接する構造としては、本発明の固体触媒が前記第一の遷移金属含有メソポーラス有機シリカからなるものである場合には、前記遷移金属含有メソポーラス有機シリカ中の前記式(1)で表される構造からなる繰返し単位、後述する式(3)で表される構造、後述する式(4)で表される構造等が挙げられ、本発明の固体触媒が前記第二の遷移金属含有メソポーラス有機シリカからなるものである場合には、前記メソポーラスシリカの表面構造が挙げられ、前記結合部位は前記メソポーラスシリカの表面のケイ素原子と結合していることが好ましい。 Further, * in the formula (2) is a binding site with an adjacent structure. When the solid catalyst of the present invention comprises the first transition metal-containing mesoporous organic silica, the adjacent structure is represented by the formula (1) in the transition metal-containing mesoporous organic silica. A repeating unit having a structure, a structure represented by the formula (3) described later, a structure represented by the formula (4) described below, and the like can be mentioned, and the solid catalyst of the present invention is the second transition metal-containing mesoporous organic silica. When it is composed of, the surface structure of the mesoporous silica is exemplified, and the binding site is preferably bonded to a silicon atom on the surface of the mesoporous silica.
前記式(2)中のkは1又は2であり、iは1〜3の整数(好ましくは2〜3の整数)であり、jは0〜2の整数(好ましくは0〜1の整数)であり、1≦i+j≦3(好ましくは2≦i+j≦3)である。なお、iとjとの組み合わせは、複数存在する前記架橋基においてそれぞれ独立であり、本発明の固体触媒中の全ての前記架橋基において同じである必要はない。 In the formula (2), k is 1 or 2, i is an integer of 1 to 3 (preferably an integer of 2 to 3), and j is an integer of 0 to 2 (preferably an integer of 0 to 1). And 1 ≦ i + j ≦ 3 (preferably 2 ≦ i + j ≦ 3). In addition, the combination of i and j is independent in each of the plural bridging groups, and does not need to be the same in all the bridging groups in the solid catalyst of the present invention.
前記式(1)において、R1〜R4のうちの更に残りの基及びR5〜R8のうちの更に残りの基はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、或いはアルキル基(好ましくは炭素数1〜12)、アリール基(好ましくは炭素数6〜12)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜12)、フェノキシ基、アセチル基、ベンゾイル基、アミノ基、アミド基、イミド基、ニトロ基及びシアノ基からなる群から選択される1価又は2価の有機基である。また、R4及びR8は互いに結合して−CH=CH−を形成していてもよい。 In the formula (1), the remaining group of R 1 to R 4 and the remaining group of R 5 to R 8 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, or an alkyl group (preferably having a carbon number). 1 to 12), aryl group (preferably having 6 to 12 carbon atoms), alkoxy group (preferably having 1 to 12 carbon atoms), phenoxy group, acetyl group, benzoyl group, amino group, amide group, imide group, nitro group and It is a monovalent or divalent organic group selected from the group consisting of cyano groups. R 4 and R 8 may combine with each other to form —CH═CH—.
前記アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等が挙げられ、前記アリール基としては、フェニル基等の単環の芳香族環、ナフチル基、フルオレニル基等の芳香族縮合環等が挙げられ、前記アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等が挙げられる。 Examples of the alkyl group include a methyl group, ethyl group, propyl group and butyl group, and examples of the aryl group include a monocyclic aromatic ring such as a phenyl group, an aromatic condensed ring such as a naphthyl group and a fluorenyl group. Examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group and a butoxy group.
このような1価又は2価の有機基のうち、固体触媒の機械的強度及び化学的安定性が向上するという観点から、水素原子、メチル基、エチル基、メトキシ基、フェニル基、フェノキシ基が好ましく、水素原子がより好ましい。 Among such monovalent or divalent organic groups, a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, a methoxy group, a phenyl group and a phenoxy group are selected from the viewpoint of improving the mechanical strength and the chemical stability of the solid catalyst. A hydrogen atom is more preferable.
前記式(1)で表される構造を備える遷移金属含有メソポーラス有機シリカにおいて、遷移金属含有メソポーラス有機シリカ1gあたりの前記遷移金属原子の固定化量としては、0.01mmol/g以上であれば特に制限はないが、触媒活性の向上と遷移金属原子の有効利用という観点から、0.01〜3.0mmol/gが好ましく、0.02〜2.5mmol/gがより好ましく、0.05〜2.0mmol/gがさらに好ましく、0.075〜1.5mmol/gが特に好ましく、0.10〜1.0mmol/gが最も好ましい。このような遷移金属原子の固定化量は、水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラス有機シリカ中の水酸基含有ビピリジン基の含有量に応じて任意に調整することができ、また、前記水酸基含有ビピリジン基の含有量も任意に調整することができる。 In the transition metal-containing mesoporous organic silica having the structure represented by the formula (1), the fixed amount of the transition metal atom per 1 g of the transition metal-containing mesoporous organic silica is 0.01 mmol / g or more. Although not limited, 0.01 to 3.0 mmol / g is preferable, 0.02 to 2.5 mmol / g is more preferable, and 0.05 to 2 from the viewpoint of improving catalytic activity and effectively utilizing transition metal atoms. 0.0 mmol / g is more preferable, 0.075 to 1.5 mmol / g is particularly preferable, and 0.10 to 1.0 mmol / g is most preferable. The amount of such a transition metal atom immobilized can be arbitrarily adjusted according to the content of the hydroxyl group-containing bipyridine group in the mesoporous organic silica having the hydroxyl group-containing bipyridine group, and also the content of the hydroxyl group-containing bipyridine group. The amount can also be adjusted arbitrarily.
また、前記式(1)で表される構造を備える遷移金属含有メソポーラス有機シリカにおいて、前記式(1)で表される構造の割合としては、1質量%以上であれば特に制限はないが、触媒活性が向上するという観点から、前記第一の遷移金属含有メソポーラス有機シリカについては、1〜90質量%が好ましく、1〜75質量%がより好ましく、1.5〜60質量%がさらに好ましく、2.5〜45質量%が特に好ましく、3.0〜30質量%が最も好ましく、前記第二の遷移金属含有メソポーラス有機シリカについては、1〜60質量%が好ましく、1.5〜50質量%がより好ましく、2.0〜40質量%がさらに好ましく、2.5〜35質量%が特に好ましい。 In the transition metal-containing mesoporous organic silica having the structure represented by the formula (1), the proportion of the structure represented by the formula (1) is not particularly limited as long as it is 1% by mass or more. From the viewpoint of improving the catalytic activity, the first transition metal-containing mesoporous organic silica is preferably 1 to 90% by mass, more preferably 1 to 75% by mass, further preferably 1.5 to 60% by mass, 2.5 to 45% by mass is particularly preferable, 3.0 to 30% by mass is most preferable, and about the second transition metal-containing mesoporous organic silica, 1 to 60% by mass is preferable, and 1.5 to 50% by mass. Are more preferable, 2.0-40 mass% are still more preferable, 2.5-35 mass% are especially preferable.
前記式(1)で表される構造の割合が100質量%未満の場合、前記式(1)で表される構造以外の構造(以下、「その他の構造」という)としては、下記式(3)及び(4): When the ratio of the structure represented by the formula (1) is less than 100% by mass, the structure other than the structure represented by the formula (1) (hereinafter, referred to as “other structure”) is represented by the following formula (3). ) And (4):
で表される構造が好ましく、これらの構造はいずれか一方が含まれていても両方が含まれていてもよい。 The structure represented by is preferable, and one of these structures may be contained or both of them may be contained.
前記式(3)において、R9は、2〜4価の有機基であり、アルキレン基(好ましくは炭素数1〜12、より好ましくは炭素数1〜6)、アリーレン基(好ましくは炭素数6〜12)等が挙げられる。前記式(3)及び(4)において、Rcはそれぞれ独立に炭素数1〜8(好ましくは1〜4)のアルキル基又は置換若しくは無置換のアリル基を表し、前記アリル基はメチル基等の置換基を有していてもよい。また、前記式(3)及び(4)において、Rdはそれぞれ独立に水素原子又はシリル基を表し、前記シリル基としては、トリメチルシリル基等のアルキルシリル基が挙げられ、Rdとしては、立体障害を抑制できるという観点から、水素原子が好ましい。 In the above formula (3), R 9 is a divalent to tetravalent organic group, an alkylene group (preferably having 1 to 12 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms), an arylene group (preferably having 6 carbon atoms). ~ 12) etc. are mentioned. In the formulas (3) and (4), each R c independently represents an alkyl group having 1 to 8 (preferably 1 to 4) carbon atoms or a substituted or unsubstituted allyl group, and the allyl group is a methyl group or the like. It may have a substituent. In the formulas (3) and (4), R d independently represents a hydrogen atom or a silyl group, and the silyl group includes an alkylsilyl group such as a trimethylsilyl group, and R d is a steric group. A hydrogen atom is preferable from the viewpoint of being able to suppress obstacles.
また、前記式(3)及び(4)中の*は、隣接する構造との結合部位である。前記隣接する構造としては、前記遷移金属含有メソポーラス有機シリカ中の前記式(1)で表される構造からなる繰返し単位、前記式(3)で表される構造、前記式(4)で表される構造、メソポーラスシリカの表面構造(好ましくは、メソポーラスシリカの表面のケイ素原子)等が挙げられる。 Further, * in the formulas (3) and (4) is a binding site with an adjacent structure. The adjacent structure is represented by the repeating unit having the structure represented by the formula (1) in the transition metal-containing mesoporous organic silica, the structure represented by the formula (3), and the formula (4). And a surface structure of mesoporous silica (preferably a silicon atom on the surface of mesoporous silica).
前記式(3)及び(4)中のrはそれぞれ独立に1又は2であり、pはそれぞれ独立に1〜3の整数(好ましくは2〜3の整数)であり、qはそれぞれ独立に0〜2の整数(好ましくは0〜1の整数)であり、1≦p+q≦3(好ましくは2≦p+q≦3)である。なお、pとqとの組み合わせは、複数存在する前記式(3)又は(4)で表される構造においてそれぞれ独立であり、本発明の固体触媒中の全ての前記式(3)又は(4)で表される構造において同じである必要はない。 In the formulas (3) and (4), r is independently 1 or 2, p is independently an integer of 1 to 3 (preferably an integer of 2 to 3), and q is 0 independently. To 2 (preferably 0 to 1), and 1 ≦ p + q ≦ 3 (preferably 2 ≦ p + q ≦ 3). It should be noted that the combination of p and q is independent in the structure represented by the formula (3) or (4), which exists in plural numbers, and all the combinations of the formula (3) or (4) in the solid catalyst of the present invention. ) Need not be the same in the structure represented by.
前記式(1)で表される構造を備える遷移金属含有メソポーラス有機シリカにおいて、このようなその他の構造の割合としては、前記式(1)で表される構造との合計量に対して、99質量%以下であれば特に制限はないが、触媒の耐久性が向上するという観点から、前記第一の遷移金属含有メソポーラス有機シリカについては、10〜99質量%が好ましく、25〜99質量%がより好ましく、40〜98.5質量%がさらに好ましく、55〜97.5質量%が特に好ましく、70〜97.0質量%が最も好ましく、前記第二の遷移金属含有メソポーラス有機シリカについては、40〜99質量%が好ましく、50〜98.5質量%がより好ましく、60〜98.0質量%がさらに好ましく、65〜97.5質量%が特に好ましい。 In the transition metal-containing mesoporous organic silica having the structure represented by the formula (1), the ratio of such other structures is 99 relative to the total amount of the structure represented by the formula (1). There is no particular limitation as long as it is at most% by mass, but from the viewpoint of improving the durability of the catalyst, the first transition metal-containing mesoporous organic silica is preferably 10 to 99% by mass, and 25 to 99% by mass. More preferably, 40 to 98.5 mass% is further preferable, 55 to 97.5 mass% is particularly preferable, 70 to 97.0 mass% is most preferable, and the second transition metal-containing mesoporous organic silica is 40 -99 mass% is preferable, 50-98.5 mass% is more preferable, 60-98.0 mass% is further more preferable, 65-97.5 mass% is especially preferable.
本発明にかかる遷移金属含有メソポーラス有機シリカはメソ細孔を有する構造(メソ細孔構造)を有する。このようなメソ細孔構造における細孔径(中心細孔直径)としては、1〜50nmが好ましく、2〜30nmがより好ましい。また、全細孔容量としては、0.1cm3/g以上が好ましく、0.2cm3/g以上がより好ましい。中心細孔直径及び全細孔容量が前記下限未満になると、触媒反応における反応基質がメソ細孔内に十分に拡散せず、触媒反応が十分に進行しない傾向にある。さらに、前記遷移金属含有メソポーラス有機シリカにおいて、比表面積としては、100cm2/g以上が好ましく、300cm2/g以上がより好ましい。比表面積が前記下限未満になると、十分な触媒活性が得られない傾向にある。 The transition metal-containing mesoporous organic silica according to the present invention has a structure having mesopores (mesopore structure). The pore diameter (central pore diameter) in such a mesopore structure is preferably 1 to 50 nm, more preferably 2 to 30 nm. Further, the total pore volume is preferably 0.1 cm 3 / g or more, more preferably 0.2 cm 3 / g or more. If the central pore diameter and the total pore volume are less than the lower limits, the reaction substrate in the catalytic reaction does not sufficiently diffuse into the mesopores, and the catalytic reaction tends not to proceed sufficiently. Furthermore, in the transition metal-containing mesoporous organic silica, the specific surface area is preferably 100 cm 2 / g or more, more preferably 300 cm 2 / g or more. If the specific surface area is less than the above lower limit, sufficient catalytic activity tends to not be obtained.
なお、前記中心細孔直径は、窒素吸脱着等温線に基づいてDFT(Density−Functional−Theory)法により求めることができ、前記全細孔容量は、窒素吸脱着等温線に基づいてt−プロット法により求めることができ、前記比表面積は、窒素吸脱着等温線に基づいてBET(Brunauer−Emmett−Teller)法により求めることができる。 The central pore diameter can be determined by a DFT (Density-Functional-Theory) method based on the nitrogen adsorption-desorption isotherm, and the total pore volume is t-plot based on the nitrogen adsorption-desorption isotherm. The specific surface area can be determined by the BET (Brunauer-Emmett-Teller) method based on the nitrogen adsorption / desorption isotherm.
また、本発明にかかる遷移金属含有メソポーラス有機シリカのX線回折パターンには、1〜50nmのd値に相当する回折角度に1本以上の回折ピークが存在していることが好ましい。X線回折ピークは、そのピーク角度に相当するd値の周期構造が試料中に存在することを意味する。従って、1〜50nmのd値に相当する回折角度に1本以上の回折ピークがあることは、細孔が1〜50nmの間隔で規則的に配列している、規則的なメソ細孔構造を備えていることを意味する。このような規則的なメソ細孔構造を備える遷移金属含有メソポーラス有機シリカは、前記遷移金属錯体が安定に固定化されており、触媒活性に優れている。 The X-ray diffraction pattern of the transition metal-containing mesoporous organic silica according to the present invention preferably has one or more diffraction peaks at a diffraction angle corresponding to a d value of 1 to 50 nm. The X-ray diffraction peak means that the sample has a periodic structure with a d value corresponding to the peak angle. Therefore, the presence of one or more diffraction peaks at a diffraction angle corresponding to a d value of 1 to 50 nm means that the pores are regularly arranged at intervals of 1 to 50 nm. Means being equipped. In the transition metal-containing mesoporous organic silica having such a regular mesopore structure, the transition metal complex is stably immobilized, and the catalytic activity is excellent.
このような本発明の固体触媒は、例えば、下記式(1a): Such a solid catalyst of the present invention has, for example, the following formula (1a):
〔前記式(1a)中、R1〜R8は前記式(1)中のR1〜R8と同一の基である〕
で表される構造を備えるメソポーラス有機シリカと、イリジウム、ロジウム、ルテニウムからなる群から選択される遷移金属原子を含有する化合物とを混合することによって製造することができる。これにより、前記式(1a)中の窒素原子が前記遷移金属原子に配位し、前記式(1)で表される遷移金属含有メソポーラス有機シリカが得られる。このような混合は、触媒反応を行う前に、触媒反応系とは異なる系で行ってもよいし、触媒反応系において行ってもよい。
[In the formula (1a), R 1 to R 8 are the same group as R 1 to R 8 in the formula (1)]
It can be produced by mixing mesoporous organic silica having a structure represented by and a compound containing a transition metal atom selected from the group consisting of iridium, rhodium and ruthenium. Thereby, the nitrogen atom in the formula (1a) is coordinated with the transition metal atom, and the transition metal-containing mesoporous organic silica represented by the formula (1) is obtained. Such mixing may be carried out in a system different from the catalytic reaction system or in the catalytic reaction system before carrying out the catalytic reaction.
前記遷移金属原子を含有する化合物としては、下記式(5):
L1−M−L2 (5)
(前記式(5)中、M、L1及びL2は前記式(1)中のM、L1及びL2と同一のものである)
で表される遷移金属化合物が好ましい。前記遷移金属化合物の具体例としては、[IrCp*(H2O)3](OTf)2、[IrCp*(H2O)3]SO4、[IrCp*(H2O)3](PF6)2、[IrCp*(H2O)3](BF4)2等のイリジウム錯体;[RhCp*(H2O)3](OTf)2、[RhCp*(H2O)3]SO4、[RhCp*(H2O)3](PF6)2、[RhCp*(H2O)3](BF4)2等のロジウム錯体;[RuCp*(CH3CN)3]PF6、[Ru(η6−p−cym)(H2O)3](PF6)2、[Ru(η6−HMB)(H2O)3](OTf)2等のルテニウム錯体等が挙げられる。なお、前記式中、Cp*はテトラメチルシクロペンタジエニル配位子を表し、η6−p−cymはシメンを表し、HMBはヘキサメチルベンゼンを表す。
Examples of the compound containing a transition metal atom include the following formula (5):
L 1 -ML 2 (5)
(Formula (5) in, M, L 1 and L 2 are those wherein Formula (1) M, the same as L 1 and L 2)
The transition metal compound represented by Specific examples of the transition metal compound, [IrCp * (H 2 O ) 3] (OTf) 2, [IrCp * (H 2 O) 3] SO 4, [IrCp * (H 2 O) 3] (PF 6 ) 2 , iridium complexes such as [IrCp * (H 2 O) 3 ] (BF 4 ) 2 ; [RhCp * (H 2 O) 3 ] (OTf) 2 , [RhCp * (H 2 O) 3 ] SO 4 , rhodium complexes such as [RhCp * (H 2 O) 3 ] (PF 6 ) 2 and [RhCp * (H 2 O) 3 ] (BF 4 ) 2 ; [RuCp * (CH 3 CN) 3 ] PF 6 , Ruthenium complexes such as [Ru (η 6 -p-cym) (H 2 O) 3 ] (PF 6 ) 2 and [Ru (η 6 -HMB) (H 2 O) 3 ] (OTf) 2. Be done. In the above formula, Cp * represents a tetramethylcyclopentadienyl ligand, η 6 -p-cym represents cymene, and HMB represents hexamethylbenzene.
前記式(1a)で表される構造を備えるメソポーラス有機シリカにおいて、前記式(1a)で表される構造は、前記メソポーラス有機シリカの細孔内表面(細孔壁)に配置されていれば、外表面に配置されていてもよく、また、前記メソポーラス有機シリカの骨格中に含まれていてもよいし(以下、このメソポーラス有機シリカを「第一のメソポーラス有機シリカ」ともいう)、通常のメソポーラスシリカの細孔内表面(細孔壁)に結合していてもよい(以下、このメソポーラス有機シリカを「第二のメソポーラス有機シリカ」ともいう)。 In the mesoporous organic silica having the structure represented by the formula (1a), if the structure represented by the formula (1a) is arranged on the inner surface of the pores (pore wall) of the mesoporous organic silica, It may be arranged on the outer surface, or may be contained in the skeleton of the mesoporous organic silica (hereinafter, this mesoporous organic silica is also referred to as “first mesoporous organic silica”), or a normal mesoporous It may be bonded to the inner surface (pore wall) of the pores of silica (hereinafter, this mesoporous organic silica is also referred to as “second mesoporous organic silica”).
また、上述したように、前記式(1a)中のR1〜R8は前記式(1)中のR1〜R8と同一の基である。前記式(1a)における前記式(2)中のRbとしては、立体障害を抑制できるという観点から、水素原子が好ましい。また、前記式(1a)における前記式(2)中の結合部位*に結合する隣接する構造としては、前記メソポーラス有機シリカ中の前記式(1a)で表される構造からなる繰返し単位、前記式(3)で表される構造、前記式(4)で表される構造等が挙げられる。 Further, as described above, R 1 to R 8 in the formula (1a) are the same groups as R 1 to R 8 in the formula (1). R b in the formula (2) in the formula (1a) is preferably a hydrogen atom from the viewpoint of suppressing steric hindrance. In addition, as the adjacent structure bonded to the binding site * in the formula (2) in the formula (1a), a repeating unit having the structure represented by the formula (1a) in the mesoporous organic silica, the formula Examples thereof include the structure represented by (3) and the structure represented by the above formula (4).
前記式(1a)で表される構造を備えるメソポーラス有機シリカにおいて、前記式(1a)で表される構造の割合としては、1質量%以上であれば特に制限はないが、水酸基含有ビピリジン基が前記遷移金属原子に配位した金属錯体の含有量が増加し、触媒活性が向上するという観点から、前記第一のメソポーラス有機シリカについては、1〜90質量%が好ましく、1〜75質量%がより好ましく、1.5〜60質量%がさらに好ましく、2.5〜45質量%が特に好ましく、3.0〜30質量%が最も好ましく、前記第二のメソポーラス有機シリカについては、1〜60質量%が好ましく、1.5〜50質量%がより好ましく、2.0〜40質量%がさらに好ましく、2.5〜35質量%が特に好ましい。 In the mesoporous organic silica having the structure represented by the formula (1a), the proportion of the structure represented by the formula (1a) is not particularly limited as long as it is 1% by mass or more. From the viewpoint that the content of the metal complex coordinated to the transition metal atom is increased and the catalytic activity is improved, the first mesoporous organic silica is preferably 1 to 90% by mass, and 1 to 75% by mass. More preferably, 1.5 to 60% by mass is further preferable, 2.5 to 45% by mass is particularly preferable, 3.0 to 30% by mass is most preferable, and the second mesoporous organic silica is 1 to 60% by mass. % Is more preferable, 1.5 to 50% by mass is more preferable, 2.0 to 40% by mass is further preferable, and 2.5 to 35% by mass is particularly preferable.
前記式(1a)で表される構造の割合が100質量%未満の場合、前記式(1a)で表される構造以外の構造(以下、「その他の構造」という)としては、前記式(3)及び(4)で表される構造が好ましく、これらの構造はいずれか一方が含まれていても両方が含まれていてもよい。 When the ratio of the structure represented by the formula (1a) is less than 100% by mass, the structure other than the structure represented by the formula (1a) (hereinafter, referred to as “other structure”) is represented by the formula (3). ) And (4) are preferable, and any one of these structures may be contained or both of them may be contained.
前記式(1a)で表される構造を備えるメソポーラス有機シリカにおいて、このようなその他の構造の割合としては、前記式(1a)で表される構造との合計量に対して、99質量%以下であれば特に制限はないが、触媒の耐久性が向上するという観点から、前記第一の遷移金属含有メソポーラス有機シリカについては、10〜99質量%が好ましく、25〜99質量%がより好ましく、40〜98.5質量%がさらに好ましく、55〜97.5質量%が特に好ましく、70〜97.0質量%が最も好ましく、前記第二の遷移金属含有メソポーラス有機シリカについては、40〜99質量%が好ましく、50〜98.5質量%がより好ましく、60〜98.0質量%がさらに好ましく、65〜97.5質量%が特に好ましい。 In the mesoporous organic silica having the structure represented by the formula (1a), the proportion of such other structure is 99% by mass or less with respect to the total amount with the structure represented by the formula (1a). It is not particularly limited as long as it is, but from the viewpoint of improving the durability of the catalyst, the first transition metal-containing mesoporous organic silica is preferably 10 to 99% by mass, more preferably 25 to 99% by mass, 40-98.5 mass% is more preferable, 55-97.5 mass% is especially preferable, 70-97.0 mass% is the most preferable, and the second transition metal-containing mesoporous organic silica is 40-99 mass%. %, More preferably 50 to 98.5% by mass, further preferably 60 to 98.0% by mass, and particularly preferably 65 to 97.5% by mass.
<カルボニル化合物の製造方法>
次に、本発明のカルボニル化合物の製造方法について説明する。本発明のカルボニル化合物の製造方法は、前記本発明の固体触媒を用いてアルコール類を脱水素化して、カルボニル化合物を生成させる方法である。
<Method for producing carbonyl compound>
Next, the method for producing the carbonyl compound of the present invention will be described. The method for producing a carbonyl compound of the present invention is a method of producing a carbonyl compound by dehydrogenating alcohols using the solid catalyst of the present invention.
原料として用いられるアルコール類としては特に制限はなく、例えば、メタノール、エタノール、1−プロパノール、1−オクタノール、ベンジルアルコール、4−メトキシベンジルアルコール、4−ブロモベンジルアルコール、シクロヘキサンメタノール等の第一級アルコール;1−フェニルエタノール、1−(4−メトキシフェニル)エタノール、1−(2−メトキシフェニル)エタノール、1−(4−tert−ブチルフェニル)エタノール、1−(4−クロロフェニル)エタノール、1−(4−ブロモフェニル)エタノール、1−[4−(トリフルオロメチル)フェニル]エタノール、1−(4−シアノフェニル)エタノール、1−フェニル−1−プロパノール、2−プロパノール、2−オクタノール、6−ウンデカノール、シクロヘキサノール、シクロペンタノール等の第二級アルコールが挙げられる。 The alcohol used as a raw material is not particularly limited, and examples thereof include primary alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol, 1-octanol, benzyl alcohol, 4-methoxybenzyl alcohol, 4-bromobenzyl alcohol, and cyclohexanemethanol. 1-phenylethanol, 1- (4-methoxyphenyl) ethanol, 1- (2-methoxyphenyl) ethanol, 1- (4-tert-butylphenyl) ethanol, 1- (4-chlorophenyl) ethanol, 1- ( 4-bromophenyl) ethanol, 1- [4- (trifluoromethyl) phenyl] ethanol, 1- (4-cyanophenyl) ethanol, 1-phenyl-1-propanol, 2-propanol, 2-octanol, 6-undecanol , Cyclo Hexanol, include secondary alcohols such as cyclopentanol.
本発明のカルボニル化合物の製造方法において、アルコール類の脱水素反応は、無溶媒下で行っても、溶媒中で行ってもよい。前記溶媒としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素系溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒、テトラヒドロフラン、ジイソプロピルエーテル等の含酸素系溶媒、ジクロロメタン等のハロゲン系溶媒、ジメチルホルムアミド等の含窒素系溶媒、t−ブタノール等のアルコール系溶媒、水が挙げられる。また、アルコール類の脱水素反応の温度としては、25〜250℃が好ましく、50〜180℃がより好ましい。 In the method for producing a carbonyl compound of the present invention, the dehydrogenation reaction of alcohols may be carried out without solvent or in a solvent. Examples of the solvent include aliphatic hydrocarbon solvents such as pentane, hexane and heptane, aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, toluene and xylene, oxygen-containing solvents such as tetrahydrofuran and diisopropyl ether, and halogen solvents such as dichloromethane. , A nitrogen-containing solvent such as dimethylformamide, an alcohol solvent such as t-butanol, and water. The temperature for the dehydrogenation reaction of alcohols is preferably 25 to 250 ° C, more preferably 50 to 180 ° C.
このようにして得られるカルボニル化合物は、例えば、原料として第一級アルコールを用いた場合にはアルデヒドであり、原料として第二級アルコールを用いた場合にはケトンである。また、第一級アルコールを脱水素化させてアルデヒドを生成させた後、このアルデヒドを水和してヘミアセタールを生成させ、さらに、このヘミアセタールを脱水素化させることによりカルボン酸を製造することもできる。 The carbonyl compound thus obtained is, for example, an aldehyde when a primary alcohol is used as a raw material and a ketone when a secondary alcohol is used as a raw material. Further, after dehydrogenating a primary alcohol to produce an aldehyde, hydrating this aldehyde to produce a hemiacetal, and further dehydrogenating this hemiacetal to produce a carboxylic acid. You can also
<水素の製造方法>
次に、本発明の水素の製造方法について説明する。本発明の水素の製造方法は、前記本発明の固体触媒を用いてアルコール類、ギ酸及びギ酸塩からなる群から選択される少なくとも1種の酸素含有化合物を脱水素化して、水素を発生させる方法である。
<Method of producing hydrogen>
Next, the method for producing hydrogen of the present invention will be described. The method for producing hydrogen of the present invention is a method of dehydrogenating at least one oxygen-containing compound selected from the group consisting of alcohols, formic acid and formate salts using the solid catalyst of the present invention to generate hydrogen. Is.
原料として用いられるアルコール類としては特に制限はないが、水素発生効率が高いという観点から、前記第一級アルコールが好ましく、前記第一級アルコールと水との混合溶液がより好ましい。また、ギ酸塩としては、特に制限はなく、例えば、ギ酸ナトリウム、ギ酸カリウム等のギ酸のアルカリ金属塩;ギ酸アンモニウム塩が挙げられる。 The alcohol used as a raw material is not particularly limited, but from the viewpoint of high hydrogen generation efficiency, the above primary alcohol is preferable, and a mixed solution of the above primary alcohol and water is more preferable. The formate salt is not particularly limited, and examples thereof include alkali metal salts of formic acid such as sodium formate and potassium formate; ammonium formate salts.
本発明の水素の製造方法において、前記酸素含有化合物の脱水素反応は、無溶媒下で行っても、溶媒中で行ってもよい。前記溶媒としては、前記本発明のカルボニル化合物の製造方法において例示した溶媒を使用することができる。また、本発明の水素の製造方法においては、前記酸素含有化合物の脱水素反応を気相中で行ってもよい。前記酸素含有化合物の脱水素反応を気相中で行うことによって、副生成物として二酸化炭素が生成した場合でも、容易に反応系外に排出することができ、反応系が酸性にならないため、塩基を添加することなく、水素を連続的に製造することが可能となる。 In the method for producing hydrogen of the present invention, the dehydrogenation reaction of the oxygen-containing compound may be carried out without solvent or in a solvent. As the solvent, the solvent exemplified in the method for producing a carbonyl compound of the present invention can be used. Moreover, in the method for producing hydrogen of the present invention, the dehydrogenation reaction of the oxygen-containing compound may be carried out in a gas phase. By carrying out the dehydrogenation reaction of the oxygen-containing compound in the gas phase, even if carbon dioxide is produced as a by-product, it can be easily discharged out of the reaction system, and the reaction system does not become acidic, so a base It becomes possible to continuously produce hydrogen without adding.
また、本発明の水素の製造方法における脱水素反応の温度としては、50〜280℃が好ましく、80〜180℃がより好ましい。 The temperature of the dehydrogenation reaction in the method for producing hydrogen of the present invention is preferably 50 to 280 ° C, more preferably 80 to 180 ° C.
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
(調製例A1)
<ビス(メトキシメトキシ)ジヨードビピリジンの調製>
アルゴン雰囲気下、攪拌子を備えた100mlの二口フラスコに、6,6’−ジヒドロキシ−2,2’−ビピリジン(HO−BPy−OH、1.0g,5.36mmol)、ヨウ素(2.84g,11.2mmol)及び炭酸カリウム(5.88g,42.6mmol)を秤量し、さらに、脱気した蒸留水(20ml)及び脱水1,4−ジオキサン(8ml)を添加した。得られた混合物を室温で4日間激しく攪拌して、下記反応式(P1):
(Preparation Example A1)
<Preparation of bis (methoxymethoxy) diiodobipyridine>
In a 100 ml two-necked flask equipped with a stir bar under an argon atmosphere, 6,6′-dihydroxy-2,2′-bipyridine (HO-BPy-OH, 1.0 g, 5.36 mmol), iodine (2.84 g) , 11.2 mmol) and potassium carbonate (5.88 g, 42.6 mmol) were weighed, and degassed distilled water (20 ml) and dehydrated 1,4-dioxane (8 ml) were added. The resulting mixture was vigorously stirred at room temperature for 4 days, and the following reaction formula (P1):
で表される反応を行った。得られた反応生成物に蒸留水(20ml)及び酢酸エチル(40ml)を添加し、生成した黄色固体の沈殿物をろ過により回収した。この沈殿物を蒸留水(20ml)及び酢酸エチル(20ml)で洗浄した後、減圧下で乾燥して、黄色粉末(収量:1.94g)を得た。なお、この黄色粉末は精製せずにそのまま、すなわち、粗製物のまま、以下の合成反応に使用した。また、この黄色粉末を1H−NMR測定により同定し、6,6’−ジヒドロキシ−5,5’−ジヨード−2,2’−ビピリジン(I−(HO)BPy(OH)−I)であることを確認した。その結果を以下に示す。
1H−NMR(400MHz,DMSO−d6):δ7.89(d,2H),6.53(d,2H)。
The reaction represented by Distilled water (20 ml) and ethyl acetate (40 ml) were added to the obtained reaction product, and the formed yellow solid precipitate was collected by filtration. The precipitate was washed with distilled water (20 ml) and ethyl acetate (20 ml) and then dried under reduced pressure to give a yellow powder (yield: 1.94 g). The yellow powder was used in the following synthesis reaction as it was without purification, that is, as a crude product. The yellow powder was identified by 1 H-NMR measurement and was 6,6′-dihydroxy-5,5′-diiodo-2,2′-bipyridine (I- (HO) BPy (OH) -I). It was confirmed. The results are shown below.
1 H-NMR (400 MHz, DMSO-d 6 ): δ 7.89 (d, 2H), 6.53 (d, 2H).
次に、アルゴン雰囲気下、攪拌子を備えた100mlの二口フラスコに、前記I−(HO)BPy(OH)−Iの粗製物(1.94g)及び炭酸カリウム(1.89g,13.7mmol)を秤量し、さらに、脱水テトラヒドロフラン(THF、30ml)を添加した。得られた混合物に、クロロメチルメチルエーテル(MOMCl、790mg,9.8mmol)を添加した後、室温で21時間攪拌して、下記反応式(P2): Next, under an argon atmosphere, in a 100 ml two-necked flask equipped with a stirrer, the crude product of I- (HO) BPy (OH) -I (1.94 g) and potassium carbonate (1.89 g, 13.7 mmol). ) Was weighed, and dehydrated tetrahydrofuran (THF, 30 ml) was further added. Chloromethyl methyl ether (MOMCl, 790 mg, 9.8 mmol) was added to the obtained mixture, and the mixture was stirred at room temperature for 21 hr, then the following reaction formula (P2):
で表される反応を行った。反応終了後、減圧下で溶媒を留去し、得られた固体成分にジクロロメタンを添加して溶解させ、溶け残った成分をセライトろ過により除去した。その後、減圧下で再度溶媒を留去し、得られた粗製物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:ジクロロメタン=100)により精製して、白色粉末(収量:981mg、収率:35%)を得た。この白色粉末を1H−NMR測定及び13C−NMR測定により同定し、6,6’−ビス(メトキシメトキシ)−5,5’−ジヨード−2,2’−ビピリジン(I−(MOMO)BPy(OMOM)−I)であることを確認した。その結果を以下に示す。
1H−NMR(400MHz,CDCl3):δ8.13(d,2H),7.73(d,2H),5.68(s,4H),3.59(s,6H)。
13C−NMR(100MHz,CDCl3):δ159.85,152.52,149.40,116.40,92.72,81.03,57.53。
The reaction represented by After completion of the reaction, the solvent was distilled off under reduced pressure, dichloromethane was added to the obtained solid component to dissolve it, and the undissolved component was removed by Celite filtration. Then, the solvent was distilled off again under reduced pressure, and the obtained crude product was purified by silica gel column chromatography (developing solvent: dichloromethane = 100) to obtain a white powder (yield: 981 mg, yield: 35%). It was This white powder was identified by 1 H-NMR measurement and 13 C-NMR measurement, and 6,6′-bis (methoxymethoxy) -5,5′-diiodo-2,2′-bipyridine (I- (MOMO) BPy was used. (OMOM) -I) was confirmed. The results are shown below.
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ 8.13 (d, 2H), 7.73 (d, 2H), 5.68 (s, 4H), 3.59 (s, 6H).
13 C-NMR (100 MHz, CDCl 3 ): δ159.85, 152.52, 149.40, 116.40, 92.72, 81.03, 57.53.
(調製例B1)
<ビピリジン基含有有機シラン化合物の調製>
アルゴン雰囲気下、攪拌子を備えた二口ガラス管に、調製例A1で得られた前記I−(MOMO)BPy(OMOM)−I(99.8mg,0.19mmol)、ジアセトニトリル(1,5−シクロオクタジエン)ロジウム(I)テトラフルオロボラート([Rh(cod)(CH3CN)2]BF4、4.1mg,0.01mmol)及びテトラブチルアンモニウムヨージド(n−Bu4NI、141.8mg,0.38mmol)を秤量し、さらに、脱水ジメチルホルムアミド(DMF、1ml)及び脱水トリエチルアミン(Et3N、400μl,0.29mmol)を添加した。前記二口ガラス管を0℃に冷却した後、トリエトキシシラン((EtO)3SiH、350μl,1.9mmol)を添加し、得られた混合物を80℃で24時間攪拌して、下記反応式(P3):
(Preparation example B1)
<Preparation of organosilane compound containing bipyridine group>
Under an argon atmosphere, the I- (MOMO) BPy (OMOM) -I (99.8 mg, 0.19 mmol) obtained in Preparation Example A1 and diacetonitrile (1,5) were placed in a two-neck glass tube equipped with a stir bar. - cyclooctadiene) rhodium (I) tetrafluoroborate ([Rh (cod) (CH 3 CN) 2] BF 4, 4.1mg, 0.01mmol) and tetrabutylammonium iodide (n-Bu 4 NI, 141.8 mg, 0.38 mmol) was weighed, and further dehydrated dimethylformamide (DMF, 1 ml) and dehydrated triethylamine (Et 3 N, 400 μl, 0.29 mmol) were added. After cooling the two-necked glass tube to 0 ° C., triethoxysilane ((EtO) 3 SiH, 350 μl, 1.9 mmol) was added, and the obtained mixture was stirred at 80 ° C. for 24 hours, and the reaction formula below was used. (P3):
で表される反応を行った。反応終了後、減圧下で溶媒を留去し、得られた粗製物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(1回目の展開溶媒:ヘキサン/酢酸エチル=3/2、2回目の展開溶媒:ヘキサン/酢酸エチル=3/1)により2回精製して、無色透明の液体(収量:20.4mg、収率:18%)を得た。この無色透明の液体を1H−NMR測定及び13C−NMR測定により同定し、6,6’−ビス(メトキシメトキシ)−5,5’−ビス(トリエトキシシリル)−2,2’−ビピリジン(Si−(MOMO)BPy(OMOM)−Si)であることを確認した。その結果を以下に示す。
1H−NMR(400MHz,CDCl3):δ8.09(d,2H),7.99(d,2H),5.70(s,4H),3.92(q,12H),3.58(s,6H),1.26(t,18H)。
13C−NMR(100MHz,CDCl3):δ165.63,155.21,148.73,114.49,114.01,91.57,58.84,57.28,18.20。
The reaction represented by After completion of the reaction, the solvent was distilled off under reduced pressure, and the obtained crude product was subjected to silica gel column chromatography (first developing solvent: hexane / ethyl acetate = 3/2, second developing solvent: hexane / ethyl acetate = It was purified twice by (3/1) to obtain a colorless transparent liquid (yield: 20.4 mg, yield: 18%). This colorless and transparent liquid was identified by 1 H-NMR measurement and 13 C-NMR measurement, and 6,6′-bis (methoxymethoxy) -5,5′-bis (triethoxysilyl) -2,2′-bipyridine was identified. (Si- (MOMO) BPy (OMOM) -Si) was confirmed. The results are shown below.
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ 8.09 (d, 2H), 7.99 (d, 2H), 5.70 (s, 4H), 3.92 (q, 12H), 3.58. (S, 6H), 1.26 (t, 18H).
13 C-NMR (100 MHz, CDCl 3 ): δ165.63, 155.21, 148.73, 114.49, 114.01, 91.57, 58.84, 57.28, 18.20.
(調製例C1)
<水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラス有機シリカの調製>
攪拌子を備えた110mlバイアル管に、非イオン性界面活性剤(アルドリッチ社製「Brij76」、C12H27(OCH2CH2)10OH、920mg,1.29mmol)及び塩化ナトリウム(3.30g,56.5mmol)を秤量し、さらに、蒸留水(34.3ml)及び濃塩酸(2.26ml)を添加した。得られた混合物を50℃で1時間攪拌して非イオン性界面活性剤を完全に溶解させた。得られた界面活性剤水溶液を激しく攪拌しながら、これに、調製例B1で得られた前記Si−(MOMO)BPy(OMOM)−Si(395mg,0.66mmol)及び4,4’−ビス(トリエトキシシリル)ビフェニル(Si−BPh−Si、1.26g,2.63mmol)のエタノール溶液(0.5ml)を1分間かけて滴下した。得られた溶液を60℃で24時間攪拌し、さらに、80℃で加熱しながら24時間静置して、下記反応式(P4):
(Preparation Example C1)
<Preparation of mesoporous organic silica having a hydroxyl group-containing bipyridine group>
In a 110 ml vial tube equipped with a stir bar, a nonionic surfactant (“Brij76” manufactured by Aldrich, C 12 H 27 (OCH 2 CH 2 ) 10 OH, 920 mg, 1.29 mmol) and sodium chloride (3.30 g). , 56.5 mmol) was weighed, and distilled water (34.3 ml) and concentrated hydrochloric acid (2.26 ml) were further added. The resulting mixture was stirred at 50 ° C. for 1 hour to completely dissolve the nonionic surfactant. While vigorously stirring the obtained aqueous surfactant solution, the Si- (MOMO) BPy (OMOM) -Si (395 mg, 0.66 mmol) and 4,4'-bis (obtained in Preparation Example B1 were added thereto. An ethanol solution (0.5 ml) of triethoxysilyl) biphenyl (Si-BPh-Si, 1.26 g, 2.63 mmol) was added dropwise over 1 minute. The obtained solution was stirred at 60 ° C. for 24 hours, and further left to stand for 24 hours while being heated at 80 ° C. to obtain the following reaction formula (P4):
で表される反応を行った。生成した薄黄色沈殿を加圧ろ過により回収し、鋳型界面活性剤(Brij76)を含むビピリジン基及びビフェニル基含有有機シリカメソ構造体を得た。この有機シリカメソ構造体を酸性エタノール(エタノール265mlと2M塩酸7.5mlとの混合溶液)に添加し、一晩懸濁させて前記鋳型界面活性剤を除去して、薄黄色の水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラス有機シリカ粉末((HO)BPy(OH)−BPh−PMO、収量:1.02g)を得た。 The reaction represented by The produced pale yellow precipitate was collected by pressure filtration to obtain a bipyridine group- and biphenyl group-containing organic silica mesostructure containing a template surfactant (Brij76). This organosilica mesostructure was added to acidic ethanol (a mixed solution of 265 ml of ethanol and 7.5 ml of 2M hydrochloric acid) and suspended overnight to remove the template surfactant, thereby removing a light yellow hydroxyl group-containing bipyridine group. A mesoporous organic silica powder having ((HO) BPy (OH) -BPh-PMO, yield: 1.02 g) was obtained.
この(HO)BPy(OH)−BPh−PMOのX線回折パターンを、粉末X線回折装置(株式会社リガク製「RINT−TTR」)を用いて、Cu−KαをX線源とし、電流値50mA、電圧値300mVの条件で測定したところ、図1Aに示すように、2θ=1.40°(d=6.30nm)に規則的なメソ構造に由来する回折ピークが観察された。また、前記(HO)BPy(OH)−BPh−PMOの窒素吸脱着等温線を、比表面積/細孔分布測定装置(カンタクローム社製「Nova3000e」)を用いて測定したところ、図1Bに示すように、IV型であった。したがって、X線回折パターン及び窒素吸脱着等温線から、前記(HO)BPy(OH)−BPh−PMOは規則的かつ均一なメソ細孔を有するものであることが確認された。さらに、得られた窒素吸脱着等温線に基づいて、前記(HO)BPy(OH)−BPh−PMOの比表面積SBETをBET(Brunauer−Emmett−Teller)法により算出(P/P0=0.1〜0.2の範囲で計算)したところ、844m2/gであり、中心細孔直径dDFTをDFT(Density−Functional−Theory)法により算出したところ、4.2nmであり、全細孔容積VPをt−プロット法により算出(P/P0=0.6〜0.8の範囲で計算)したところ、0.48cm3/gであった。 The X-ray diffraction pattern of this (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was measured using a powder X-ray diffractometer ("RINT-TTR" manufactured by Rigaku Corporation) with Cu-Kα as the X-ray source and a current value. When measured under the conditions of 50 mA and a voltage value of 300 mV, as shown in FIG. 1A, a diffraction peak derived from a regular mesostructure was observed at 2θ = 1.40 ° (d = 6.30 nm). Further, the nitrogen adsorption / desorption isotherm of the (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was measured using a specific surface area / pore distribution measuring device ("Nova3000e" manufactured by Cantachrome Co., Ltd.), and is shown in FIG. 1B. So it was type IV. Therefore, from the X-ray diffraction pattern and the nitrogen adsorption / desorption isotherm, it was confirmed that the (HO) BPy (OH) -BPh-PMO had regular and uniform mesopores. Furthermore, based on the obtained nitrogen adsorption / desorption isotherm, the specific surface area S BET of the (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was calculated by the BET (Brunauer-Emmett-Teller) method (P / P 0 = 0). It was 844 m < 2 > / g when calculated in the range of 0.1 to 0.2), and when the central pore diameter d DFT was calculated by the DFT (Density-Functional-Theory) method, it was 4.2 nm, which was a total fineness. The pore volume V P was calculated by the t-plot method (calculated in the range of P / P 0 = 0.6 to 0.8) and found to be 0.48 cm 3 / g.
(調製例B2)
<ビピリジン基含有有機シラン化合物の調製>
アルゴン雰囲気下、攪拌子を備えた30ml二口ナスフラスコに、イソプロピルマグネシウムクロリド(i−PrMgCl、4.73mmol)のテトラヒドロフラン(THF)溶液(4.7ml)を入れ、−15℃に冷却した。これに、調製例A1で得られた前記I−(MOMO)BPy(OMOM)−I(500mg,0.95mmol)を添加して30分間攪拌し、さらに、−10℃で3時間攪拌した。得られた混合物に臭化アリル(1.2ml,14.2mmol)を滴下した後、室温で4時間攪拌して、下記反応式(P5):
(Preparation Example B2)
<Preparation of organosilane compound containing bipyridine group>
Under an argon atmosphere, a tetrahydrofuran (THF) solution (4.7 ml) of isopropylmagnesium chloride (i-PrMgCl, 4.73 mmol) was placed in a 30 ml two-necked eggplant flask equipped with a stir bar and cooled to -15 ° C. The above-mentioned I- (MOMO) BPy (OMOM) -I (500 mg, 0.95 mmol) obtained in Preparation Example A1 was added thereto and stirred for 30 minutes, and further stirred at -10 ° C for 3 hours. Allyl bromide (1.2 ml, 14.2 mmol) was added dropwise to the obtained mixture, and the mixture was stirred at room temperature for 4 hr to give the following reaction formula (P5):
で表される反応を行った。アンモニア水でクエンチを行って反応を終了させた後、生成したエマルジョンをセライトろ過により除去した。得られた反応生成物をジエチルエーテルで抽出し、無水硫酸ナトリウムを用いて乾燥した後、ロータリーエバポレーターを用いて溶媒を除去した。得られた粗製物をカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:ジクロロメタン)により単離精製して、白色粉末(収量:272.4mg、収率:82%)を得た。この白色粉末を1H−NMR測定により同定し、6,6’−ビス(メトキシメトキシ)−5,5’−ジアリル−2,2’−ビピリジン(Allyl−(MOMO)BPy(OMOM)−Allyl)であることを確認した。その結果を以下に示す。
1H−NMR(400MHz,CD3OD,r.t):δ7.91(d,2H),7.52(d,2H),6.01(m,2H),5.70(s,4H),5.10(m,4H),3.55(s,6H),3.41(m,4H)。
The reaction represented by After quenching with aqueous ammonia to terminate the reaction, the produced emulsion was removed by Celite filtration. The obtained reaction product was extracted with diethyl ether, dried over anhydrous sodium sulfate, and then the solvent was removed using a rotary evaporator. The obtained crude product was isolated and purified by column chromatography (developing solvent: dichloromethane) to obtain a white powder (yield: 272.4 mg, yield: 82%). This white powder was identified by 1 H-NMR measurement, and 6,6′-bis (methoxymethoxy) -5,5′-diallyl-2,2′-bipyridine (Allyl- (MOMO) BPy (OMOM) -Allyl) was identified. Was confirmed. The results are shown below.
1 H-NMR (400 MHz, CD 3 OD, rt): δ 7.91 (d, 2H), 7.52 (d, 2H), 6.01 (m, 2H), 5.70 (s, 4H). ), 5.10 (m, 4H), 3.55 (s, 6H), 3.41 (m, 4H).
次に、アルゴン雰囲気下、攪拌子を備えた5ml二口試験管に、トリス(トリフェニルホスフィン)ロジウム(I)クロリド([RhCl(PPh3)3]、15.8mg,0.0086mmol)及びトリエトキシシラン((EtO)3SiH、702μl,4.28mmol)を入れ、80℃で攪拌した。得られた混合物に前記Allyl−(MOMO)BPy(OMOM)−Allyl(299.9mg,0.86mmol)を添加し、80℃で20時間攪拌して、下記反応式(P6): Then, under an argon atmosphere, tris (triphenylphosphine) rhodium (I) chloride ([RhCl (PPh 3 ) 3 ], 15.8 mg, 0.0086 mmol) and tris were added to a 5 ml two-necked test tube equipped with a stir bar. Ethoxysilane ((EtO) 3 SiH, 702 μl, 4.28 mmol) was added, and the mixture was stirred at 80 ° C. The above-mentioned Allyl- (MOMO) BPy (OMOM) -Allyl (299.9 mg, 0.86 mmol) was added to the obtained mixture, and the mixture was stirred at 80 ° C for 20 hours, and the following reaction formula (P6):
で表される反応を行った。得られた反応生成物をショートシリカゲルカラム(展開溶媒:ヘキサン/酢酸エチル=7/1)に通した後、ロータリーエバポレーターを用いて溶媒を除去した。得られた粗製物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン/酢酸エチル=7/1)により単離精製して、無色透明の液体(収量:515.5mg、収率:88%)を得た。この無色透明の液体を1H−NMR測定及び13C−NMR測定により同定し、6,6’−ビス(メトキシメトキシ)−5,5’−ビス(3−(トリエトキシシリル)プロピル)−2,2’−ビピリジン(Si−C3−(MOMO)BPy(OMOM)−C3−Si)であることを確認した。その結果を以下に示す。
1H−NMR(400MHz,CD3OD,r.t):δ7.87(d,2H),7.49(d,2H),5.69(s,4H),3.81(q,12H),3.58(s,6H),2.67(t,4H),1.76(m,4H),1.21(t,18H),0.69(t,4H)。
13C−NMR(400MHz,CD3OD,r.t):δ159.7,150.9,139.4,124.8,114.3,91.6,58.4,57.3,33.2,22.6,18.4,10.3。
The reaction represented by After passing the obtained reaction product through a short silica gel column (developing solvent: hexane / ethyl acetate = 7/1), the solvent was removed using a rotary evaporator. The obtained crude product was isolated and purified by silica gel column chromatography (developing solvent: hexane / ethyl acetate = 7/1) to obtain a colorless transparent liquid (yield: 515.5 mg, yield: 88%). .. This colorless and transparent liquid was identified by 1 H-NMR measurement and 13 C-NMR measurement, and 6,6′-bis (methoxymethoxy) -5,5′-bis (3- (triethoxysilyl) propyl) -2 was identified. , 2'-bipyridine (Si-C3- (MOMO) BPy (OMOM) -C3-Si). The results are shown below.
1 H-NMR (400 MHz, CD 3 OD, rt): δ 7.87 (d, 2H), 7.49 (d, 2H), 5.69 (s, 4H), 3.81 (q, 12H). ), 3.58 (s, 6H), 2.67 (t, 4H), 1.76 (m, 4H), 1.21 (t, 18H), 0.69 (t, 4H).
13 C-NMR (400 MHz, CD 3 OD, rt): δ159.7, 150.9, 139.4, 124.8, 114.3, 91.6, 58.4, 57.3, 33. 2,22.6,18.4,10.3.
(調製例C2)
<水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラスシリカの調製>
アルゴン雰囲気下、攪拌子及び還流管を備えた200ml三口フラスコに、メソポーラスシリカFSM−16(太陽化学株式会社製、2.0g)を秤量し、さらに、トルエン(80ml)を添加した。得られた分散液に調製例B2で得られた前記Si−C3−(MOMO)BPy(OMOM)−C3−Si(800mg,1.17mmol)のトルエン溶液(20ml)添加し、さらに、トリフルオロ酢酸(0.066ml)を滴下した。得られた混合物を120℃で24時間攪拌して、下記反応式(P7):
(Preparation Example C2)
<Preparation of mesoporous silica having a hydroxyl group-containing bipyridine group>
Under an argon atmosphere, mesoporous silica FSM-16 (manufactured by Taiyo Kagaku Co., Ltd., 2.0 g) was weighed into a 200 ml three-necked flask equipped with a stirrer and a reflux tube, and toluene (80 ml) was further added. A toluene solution (20 ml) of the Si-C3- (MOMO) BPy (OMOM) -C3-Si (800 mg, 1.17 mmol) obtained in Preparation Example B2 was added to the obtained dispersion liquid, and trifluoroacetic acid was further added. (0.066 ml) was added dropwise. The resulting mixture was stirred at 120 ° C. for 24 hours, and the following reaction formula (P7):
で表される反応を行った。反応終了後、得られた固体成分をろ過により回収し、トルエン及びエタノールで洗浄した。洗浄後の固体成分を真空下で乾燥した後、2Mの塩酸(50ml)に添加し、50℃で2時間攪拌した。その後、室温まで冷却し、固体成分をろ過により回収した。得られた固体成分をエタノール及び水で洗浄した後、真空下、50℃で乾燥して、薄黄色の水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラスシリカ粉末(C3−(HO)BPy(OH)−C3−FSM16、収量:2.47g)を得た。 The reaction represented by After completion of the reaction, the obtained solid component was collected by filtration and washed with toluene and ethanol. The solid component after washing was dried under vacuum, added to 2M hydrochloric acid (50 ml), and stirred at 50 ° C for 2 hours. Then, it cooled to room temperature and collected the solid component by filtration. The obtained solid component was washed with ethanol and water, and then dried at 50 ° C. under vacuum to obtain a mesoporous silica powder (C3- (HO) BPy (OH) -C3-FSM16 having a pale yellow hydroxyl group-containing bipyridine group. , Yield: 2.47 g) was obtained.
このC3−(HO)BPy(OH)−C3−FSM16のX線回折パターンを調製例C1と同様にして測定したところ、図2Aに示すように、2θ=1.88°(d=4.70nm)に規則的なメソ構造に由来する回折ピークが観察された。また、前記C3−(HO)BPy(OH)−C3−FSM16の窒素吸脱着等温線を調製例C1と同様にして測定したところ、図2Bに示すように、IV型であった。したがって、X線回折パターン及び窒素吸脱着等温線から、前記C3−(HO)BPy(OH)−C3−FSM16は規則的かつ均一なメソ細孔を有するものであることが確認された。さらに、得られた窒素吸脱着等温線に基づいて、調製例C1と同様にして、前記C3−(HO)BPy(OH)−C3−FSM16の比表面積SBETを算出したところ、705m2/gであり、中心細孔直径dDFTを算出したところ、4.3nmであり、全細孔容積VPを算出したところ、0.54cm3/gであった。 The X-ray diffraction pattern of this C3- (HO) BPy (OH) -C3-FSM16 was measured in the same manner as in Preparation Example C1, and as shown in FIG. 2A, 2θ = 1.88 ° (d = 4.70 nm ), A diffraction peak derived from a regular mesostructure was observed. Further, when the nitrogen adsorption / desorption isotherm of the C3- (HO) BPy (OH) -C3-FSM16 was measured in the same manner as in Preparation Example C1, it was IV type as shown in FIG. 2B. Therefore, from the X-ray diffraction pattern and the nitrogen adsorption-desorption isotherm, it was confirmed that the C3- (HO) BPy (OH) -C3-FSM16 had regular and uniform mesopores. Further, based on the obtained nitrogen adsorption / desorption isotherm, the specific surface area S BET of the C3- (HO) BPy (OH) -C3-FSM16 was calculated in the same manner as in Preparation Example C1, and found to be 705 m 2 / g The central pore diameter d DFT was calculated to be 4.3 nm, and the total pore volume V P was calculated to be 0.54 cm 3 / g.
(調製例B3)
<ビピリジン基含有有機シラン化合物の調製>
アルゴン雰囲気下、還流管を備えた100ml二口ナスフラスコに、調製例A1で得られた前記I−(MOMO)BPy(OMOM)−I(1.0g,1.89mmol)、酢酸パラジウム(II)(Pd(OAc)2、8.6mg,0.04mmol)、トリフェニルホスフィン(PPh3、30.0mg,0.11mmol)、炭酸セシウム(1.85g,5.68mmol)、カリウムビニルトリフルオロボラート(761.3mg,5.68mmol)、テトラヒドロフラン(THF,29.0ml)及び蒸留水(1.0ml)を入れ、さらに、攪拌子を入れた。得られた混合物を85℃で48時間攪拌して、下記反応式(P8):
(Preparation Example B3)
<Preparation of organosilane compound containing bipyridine group>
Under an argon atmosphere, in a 100 ml two-necked eggplant flask equipped with a reflux tube, the I- (MOMO) BPy (OMOM) -I (1.0 g, 1.89 mmol) obtained in Preparation Example A1 and palladium (II) acetate were prepared. (Pd (OAc) 2 , 8.6 mg, 0.04 mmol), triphenylphosphine (PPh 3 , 30.0 mg, 0.11 mmol), cesium carbonate (1.85 g, 5.68 mmol), potassium vinyl trifluoroborate ( 761.3 mg, 5.68 mmol), tetrahydrofuran (THF, 29.0 ml) and distilled water (1.0 ml) were added, and further a stir bar was added. The resulting mixture was stirred at 85 ° C. for 48 hours, and the following reaction formula (P8):
で表される反応を行った。反応終了後、ロータリーエバポレーターを用いて溶媒を除去し、得られた残渣に蒸留水(5ml)を添加した。得られた水溶液を分液漏斗に移し、ジクロロメタン(30ml×3回)を用いて3回分液抽出した。得られた有機層を1つにまとめて分液漏斗に入れ、蒸留水(10ml)を用いて洗浄した。この有機層を硫酸ナトリウムを用いて乾燥した後、ろ過した。得られた黄色溶液の溶媒をロータリーエバポレーターを用いて除去した。得られた残渣をショートシリカゲルカラム(展開溶媒:ヘキサン/酢酸エチル=4/1)に通した後、溶媒を留去して黄色固体を得た。この黄色固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン/酢酸エチル=4/1)により精製して、白色固体(収量:382.7mg、収率:62%)を得た。この白色固体を1H−NMR測定により同定し、6,6’−ビス(メトキシメトキシ)−5,5’−ジビニル−2,2’−ビピリジン(Vinyl−(MOMO)BPy(OMOM)−Vinyl)であることを確認した。その結果を以下に示す。
1H−NMR(400MHz,CDCl3,r.t):δ7.97(d,2H),7.83(d,2H),6.98(q,2H),5.89(dd,2H),5.74(s,4H),5.40(dd,2H),3.58(s,6H)。
The reaction represented by After completion of the reaction, the solvent was removed using a rotary evaporator, and distilled water (5 ml) was added to the obtained residue. The obtained aqueous solution was transferred to a separatory funnel and subjected to liquid separation extraction three times with dichloromethane (30 ml × 3 times). The obtained organic layers were put together in a separatory funnel and washed with distilled water (10 ml). The organic layer was dried with sodium sulfate and then filtered. The solvent of the resulting yellow solution was removed using a rotary evaporator. The obtained residue was passed through a short silica gel column (developing solvent: hexane / ethyl acetate = 4/1), and then the solvent was distilled off to obtain a yellow solid. This yellow solid was purified by silica gel column chromatography (developing solvent: hexane / ethyl acetate = 4/1) to obtain a white solid (yield: 382.7 mg, yield: 62%). This white solid was identified by 1 H-NMR measurement, and 6,6′-bis (methoxymethoxy) -5,5′-divinyl-2,2′-bipyridine (Vinyl- (MOMO) BPy (OMOM) -Vinyl). Was confirmed. The results are shown below.
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 , rt): δ 7.97 (d, 2H), 7.83 (d, 2H), 6.98 (q, 2H), 5.89 (dd, 2H). , 5.74 (s, 4H), 5.40 (dd, 2H), 3.58 (s, 6H).
次に、アルゴン雰囲気下、30ml二口ナスフラスコに、前記Vinyl−(MOMO)BPy(OMOM)−Vinyl(500mg,1.52mmol)、トルエン(6.2ml)、1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン白金(0)錯体溶液(Karstedt触媒、〜2%Ptキシレン溶液、175.0μl,0.02mmol−Pt)、トリエトキシシラン((EtO)3SiH、1.15ml,6.23mmol)を入れ、さらに、攪拌子を入れた。得られた黄褐色溶液を100℃で加熱しながら20時間攪拌して、下記反応式(P9): Next, under an argon atmosphere, the above Vinyl- (MOMO) BPy (OMOM) -Vinyl (500 mg, 1.52 mmol), toluene (6.2 ml), 1,3-divinyl-1,1 were placed in a 30 ml two-necked eggplant flask. , 3,3-Tetramethyldisiloxane platinum (0) complex solution (Karstedt catalyst, ~ 2% Pt xylene solution, 175.0 μl, 0.02 mmol-Pt), triethoxysilane ((EtO) 3 SiH, 1.15 ml) , 6.23 mmol) and a stirrer. The resulting yellowish brown solution was stirred at 100 ° C. for 20 hours with stirring, and the following reaction formula (P9):
で表される反応を行った。得られた反応溶液をろ紙でろ過し、得られたろ液の溶媒をロータリーエバポレーターを用いて除去した。得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン/酢酸エチル=5/1)により精製して、無色透明の液体(収量:345.8mg、収率:35%)を得た。この無色透明の液体を1H−NMR測定及び13C−NMR測定により同定し、6,6’−ビス(メトキシメトキシ)−5,5’−ビス(2−(トリエトキシシリル)エチル)−2,2’−ビピリジン(Si−C2−(MOMO)BPy(OMOM)−C2−Si)であることを確認した。その結果を以下に示す。
1H−NMR(400MHz,CDCl3,r.t):δ7.89(d,2H),7.55(d,2H),5.71(s,4H),3.86(q,12H),3.57(s,6H),2.75(m,4H),1.26(t,18H),1.01(m,4H)。
13C−NMR(400MHz,CDCl3,r.t):δ159.4,150.8,138.3,127.0,114.4,91.6,58.5,57.3,23.3,18.4,10.2。
The reaction represented by The obtained reaction solution was filtered with a filter paper, and the solvent of the obtained filtrate was removed using a rotary evaporator. The obtained residue was purified by silica gel column chromatography (developing solvent: hexane / ethyl acetate = 5/1) to obtain a colorless transparent liquid (yield: 345.8 mg, yield: 35%). This colorless and transparent liquid was identified by 1 H-NMR measurement and 13 C-NMR measurement, and was found to be 6,6′-bis (methoxymethoxy) -5,5′-bis (2- (triethoxysilyl) ethyl) -2. , 2'-bipyridine (Si-C2- (MOMO) BPy (OMOM) -C2-Si). The results are shown below.
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 , rt): δ 7.89 (d, 2H), 7.55 (d, 2H), 5.71 (s, 4H), 3.86 (q, 12H). , 3.57 (s, 6H), 2.75 (m, 4H), 1.26 (t, 18H), 1.01 (m, 4H).
13 C-NMR (400 MHz, CDCl 3 , rt): δ159.4, 150.8, 138.3, 127.0, 114.4, 91.6, 58.5, 57.3, 23.3. , 18.4, 10.2.
(調製例C3)
<水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラスシリカの調製>
アルゴン雰囲気下、攪拌子及び還流管を備えた200ml三口フラスコに、メソポーラスシリカFSM−16(太陽化学株式会社製、1.0g)を秤量し、さらに、トルエン(40ml)を添加した。得られた分散液に調製例B3で得られた前記Si−C2−(MOMO)BPy(OMOM)−C2−Si(382mg,0.58mmol)のトルエン溶液(10ml)添加し、さらに、トリフルオロ酢酸(0.033ml)を滴下した。得られた混合物を120℃で24時間攪拌して、下記反応式(P10):
(Preparation Example C3)
<Preparation of mesoporous silica having a hydroxyl group-containing bipyridine group>
Under an argon atmosphere, mesoporous silica FSM-16 (manufactured by Taiyo Kagaku Co., Ltd., 1.0 g) was weighed in a 200 ml three-necked flask equipped with a stirrer and a reflux tube, and toluene (40 ml) was further added. To the obtained dispersion liquid was added the toluene solution (10 ml) of Si-C2- (MOMO) BPy (OMOM) -C2-Si (382 mg, 0.58 mmol) obtained in Preparation Example B3, and trifluoroacetic acid was further added. (0.033 ml) was added dropwise. The resulting mixture was stirred at 120 ° C. for 24 hours, and the following reaction formula (P10):
で表される反応を行った。反応終了後、得られた固体成分をろ過により回収し、トルエン及びエタノールで洗浄した。洗浄後の固体成分を真空下で乾燥した後、2Mの塩酸(30ml)に添加し、50℃で2時間攪拌した。その後、室温まで冷却し、固体成分をろ過により回収した。得られた固体成分をエタノール及び水で洗浄した後、真空下、50℃で乾燥して、薄黄色の水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラスシリカ粉末(C2−(HO)BPy(OH)−C2−FSM16、収量:1.00g)を得た。 The reaction represented by After completion of the reaction, the obtained solid component was collected by filtration and washed with toluene and ethanol. The solid component after washing was dried under vacuum, added to 2M hydrochloric acid (30 ml), and stirred at 50 ° C for 2 hours. Then, it cooled to room temperature and collected the solid component by filtration. The obtained solid component is washed with ethanol and water, and then dried under vacuum at 50 ° C. to obtain a mesoporous silica powder (C2- (HO) BPy (OH) -C2-FSM16 having a pale yellow hydroxyl group-containing bipyridine group. , Yield: 1.00 g) was obtained.
このC2−(HO)BPy(OH)−C2−FSM16のX線回折パターンを調製例C1と同様にして測定したところ、図3Aに示すように、2θ=1.80°(d=4.65nm)に規則的なメソ構造に由来する回折ピークが観察された。また、前記C2−(HO)BPy(OH)−C2−FSM16の窒素吸脱着等温線を調製例C1と同様にして測定したところ、図3Bに示すように、IV型であった。したがって、X線回折パターン及び窒素吸脱着等温線から、前記C2−(HO)BPy(OH)−C2−FSM16は規則的かつ均一なメソ細孔を有するものであることが確認された。さらに、得られた窒素吸脱着等温線に基づいて、調製例C1と同様にして、前記C2−(HO)BPy(OH)−C2−FSM16の比表面積SBETを算出したところ、709m2/gであり、中心細孔直径dDFTを算出したところ、4.3nmであり、全細孔容積VPを算出したところ、0.53cm3/gであった。 The X-ray diffraction pattern of this C2- (HO) BPy (OH) -C2-FSM16 was measured in the same manner as in Preparation Example C1, and as shown in FIG. 3A, 2θ = 1.80 ° (d = 4.65 nm ), A diffraction peak derived from a regular mesostructure was observed. Further, the nitrogen adsorption-desorption isotherm of the C2- (HO) BPy (OH) -C2-FSM16 was measured in the same manner as in Preparation Example C1, and as a result, it was IV type as shown in FIG. 3B. Therefore, from the X-ray diffraction pattern and the nitrogen adsorption / desorption isotherm, it was confirmed that the C2- (HO) BPy (OH) -C2-FSM16 had regular and uniform mesopores. Further, based on the obtained nitrogen adsorption / desorption isotherm, the specific surface area S BET of the C2- (HO) BPy (OH) -C2-FSM16 was calculated in the same manner as in Preparation Example C1, and found to be 709 m 2 / g The central pore diameter d DFT was calculated to be 4.3 nm, and the total pore volume V P was calculated to be 0.53 cm 3 / g.
(調製例C4)
<水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラス有機シリカの調製>
攪拌子を備えた110mlバイアル管に、非イオン性界面活性剤(アルドリッチ社製「Brij76」、C12H27(OCH2CH2)10OH、1.0g,1.41mmol)及び塩化ナトリウム(3.0g,51.3mmol)を秤量し、さらに、蒸留水(52.0ml)及び濃塩酸(3.46ml)を添加した。得られた混合物を60℃で2時間攪拌して非イオン性界面活性剤を完全に溶解させた。得られた界面活性剤水溶液を激しく攪拌しながら、これに、調製例B2で得られた前記Si−C3−(MOMO)BPy(OMOM)−C3−Si(458mg,0.67mmol)及び1,2−ビス(トリエトキシシリル)エタン(Si−Et−Si,1.35g,3.81mmol)のエタノール溶液(1.0ml)を滴下した。得られた溶液を60℃で24時間攪拌し、さらに、80℃で加熱しながら24時間静置して、下記反応式(P11):
(Preparation Example C4)
<Preparation of mesoporous organic silica having a hydroxyl group-containing bipyridine group>
In a 110 ml vial tube equipped with a stir bar, a nonionic surfactant (“Brij76” manufactured by Aldrich, C 12 H 27 (OCH 2 CH 2 ) 10 OH, 1.0 g, 1.41 mmol) and sodium chloride (3 0.0 g, 51.3 mmol) was weighed, and distilled water (52.0 ml) and concentrated hydrochloric acid (3.46 ml) were further added. The resulting mixture was stirred at 60 ° C. for 2 hours to completely dissolve the nonionic surfactant. While vigorously stirring the obtained surfactant aqueous solution, the Si-C3- (MOMO) BPy (OMOM) -C3-Si (458 mg, 0.67 mmol) and 1,2 obtained in Preparation Example B2 were added thereto. An ethanol solution (1.0 ml) of -bis (triethoxysilyl) ethane (Si-Et-Si, 1.35 g, 3.81 mmol) was added dropwise. The obtained solution was stirred at 60 ° C. for 24 hours, and further left standing for 24 hours while being heated at 80 ° C. to obtain the following reaction formula (P11):
で表される反応を行った。生成した薄黄色沈殿を加圧ろ過により回収し、鋳型界面活性剤(Brij76)を含むビピリジン基含有有機シリカメソ構造体を得た。この有機シリカメソ構造体を酸性エタノール(エタノール100mlと2N塩酸3.0mlとの混合溶液)に添加し、一晩懸濁させて前記鋳型界面活性剤を除去して、薄黄色の水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラス有機シリカ粉末(C3−(HO)BPy(OH)−C3−Et−PMO、収量:0.904g)を得た。 The reaction represented by The generated pale yellow precipitate was collected by pressure filtration to obtain a bipyridine group-containing organic silica mesostructure containing a template surfactant (Brij76). The organosilica mesostructure was added to acidic ethanol (a mixed solution of 100 ml of ethanol and 3.0 ml of 2N hydrochloric acid) and suspended overnight to remove the template surfactant, thereby removing a pale yellow hydroxyl group-containing bipyridine group. A mesoporous organic silica powder having (C3- (HO) BPy (OH) -C3-Et-PMO, yield: 0.904 g) was obtained.
このC3−(HO)BPy(OH)−C3−Et−PMOのX線回折パターンを調製例C1と同様にして測定したところ、図4Aに示すように、2θ=1.36°(d=6.50nm)、2.36°(d=3.75nm)、2.72°(d=3.25nm)に規則的なメソ構造に由来する回折ピークが観察された。また、前記C3−(HO)BPy(OH)−C3−Et−PMOの窒素吸脱着等温線を調製例C1と同様にして測定したところ、図4Bに示すように、IV型であった。したがって、X線回折パターン及び窒素吸脱着等温線から、前記C3−(HO)BPy(OH)−C3−Et−PMOは規則的かつ均一なメソ細孔を有するものであることが確認された。さらに、得られた窒素吸脱着等温線に基づいて、調製例C1と同様にして、前記C3−(HO)BPy(OH)−C3−Et−PMOの比表面積SBETを算出したところ、773m2/gであり、中心細孔直径dDFTを算出したところ、4.4nmであり、全細孔容積VPを算出したところ、0.58cm3/gであった。 The X-ray diffraction pattern of this C3- (HO) BPy (OH) -C3-Et-PMO was measured in the same manner as in Preparation Example C1, and as shown in FIG. 4A, 2θ = 1.36 ° (d = 6 A diffraction peak derived from a regular mesostructure was observed at 0.50 nm), 2.36 ° (d = 3.75 nm) and 2.72 ° (d = 3.25 nm). Further, the nitrogen adsorption-desorption isotherm of C3- (HO) BPy (OH) -C3-Et-PMO was measured in the same manner as in Preparation Example C1, and it was IV type as shown in FIG. 4B. Therefore, it was confirmed from the X-ray diffraction pattern and the nitrogen adsorption / desorption isotherm that the C3- (HO) BPy (OH) -C3-Et-PMO had regular and uniform mesopores. Furthermore, based on the obtained nitrogen adsorption / desorption isotherm, the specific surface area S BET of the C3- (HO) BPy (OH) -C3-Et-PMO was calculated in the same manner as in Preparation Example C1, and found to be 773 m 2. The central pore diameter d DFT was calculated to be 4.4 nm, and the total pore volume V P was calculated to be 0.58 cm 3 / g.
(合成例1)
<Irに配位した水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラス有機シリカの合成>
攪拌子を備えた褐色の110mlバイアル管に、調製例C1で得られた水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラス有機シリカ粉末(HO)BPy(OH)−BPh−PMO(600mg)を秤量し、さらに、蒸留水(40ml)を添加した。得られた分散液を攪拌しながら、これに、Organometallics,1999,18(26),pp5470−5474に記載の方法に準拠して調製したイリジウム錯体[IrCp*(H2O)3](OTf)2(前記式中、Cp*はテトラメチルシクロペンタジエニル配位子を表す。120mg,0.18mmol)の水溶液(20ml)を滴下した。得られた混合物を80℃で20時間攪拌して、下記反応式(S1):
(Synthesis example 1)
<Synthesis of Mesoporous Organosilica Having Hydroxyl Group-Containing Bipyridine Group Coordinated to Ir>
In a brown 110 ml vial tube equipped with a stirrer, the mesoporous organic silica powder (HO) BPy (OH) -BPh-PMO (600 mg) having a hydroxyl group-containing bipyridine group obtained in Preparation Example C1 was weighed and further distilled. Water (40 ml) was added. While stirring the resulting dispersion, an iridium complex [IrCp * (H 2 O) 3 ] (OTf) prepared according to the method described in Organometallics, 1999, 18 (26), pp5470-5474 was added thereto . 2 (in the above formula, Cp * represents a tetramethylcyclopentadienyl ligand. 120 mg, 0.18 mmol) in water (20 ml) was added dropwise. The obtained mixture was stirred at 80 ° C. for 20 hours to give the following reaction formula (S1):
で表される反応を行った。反応終了後、室温まで冷却し、メンブレンフィルターでろ過して固体成分を回収した。得られた固体成分を蒸留水(30ml)で洗浄した後、エタノール(30ml)に再分散させ、ろ過により回収した。この再分散・ろ過の操作を3回繰返して、未反応の前記イリジウム前駆体を除去した後、固体成分を減圧下で乾燥して、薄茶色のIrに配位した水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラス有機シリカ粉末(Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMO、収量:600mg)を得た。 The reaction represented by After completion of the reaction, the mixture was cooled to room temperature and filtered with a membrane filter to collect solid components. The obtained solid component was washed with distilled water (30 ml), redispersed in ethanol (30 ml), and collected by filtration. This redispersion / filtration operation was repeated 3 times to remove the unreacted iridium precursor, and then the solid component was dried under reduced pressure to obtain a mesoporous hydroxyl group-containing bipyridine group coordinated to light brown Ir. An organic silica powder (Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO, yield: 600 mg) was obtained.
このIr−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOのX線回折パターンを調製例C1と同様にして測定したところ、図5Aに示すように、2θ=1.36°(d=6.50nm)に規則的なメソ構造に由来する回折ピークが観察された。また、前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOの窒素吸脱着等温線を調製例C1と同様にして測定したところ、図5Bに示すように、IV型であった。したがって、X線回折パターン及び窒素吸脱着等温線から、前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOは規則的かつ均一なメソ細孔を有するものであり、調製例C1で得られた(HO)BPy(OH)−BPh−PMOにIrを固定化しても、規則的かつ均一なメソ細孔構造が維持されていることが確認された。さらに、得られた窒素吸脱着等温線に基づいて、調製例C1と同様にして、前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOの比表面積SBETを算出したところ、673m2/gであり、中心細孔直径dDFTを算出したところ、4.4nmであり、全細孔容積VPを算出したところ、0.41cm3/gであった。また、前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMO中のIr含有量をICP発光分光分析法(ICP−AES分析法、株式会社東レリサーチセンターにおいて実施)により測定したところ、0.249〜0.255mmol−Ir/gであった。 The X-ray diffraction pattern of this Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was measured in the same manner as in Preparation Example C1, and as shown in FIG. 5A, 2θ = 1.36 ° (d = 6.50 nm ), A diffraction peak derived from a regular mesostructure was observed. Further, when the nitrogen adsorption / desorption isotherm of Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was measured in the same manner as in Preparation Example C1, it was IV type as shown in FIG. 5B. Therefore, from the X-ray diffraction pattern and the nitrogen adsorption / desorption isotherm, the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO had regular and uniform mesopores, and was obtained in Preparation Example C1. It was confirmed that the regular and uniform mesopore structure was maintained even when Ir was immobilized on (HO) BPy (OH) -BPh-PMO. Further, based on the obtained nitrogen adsorption / desorption isotherm, the specific surface area S BET of Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was calculated in the same manner as in Preparation Example C1, and was 673 m 2 / g The central pore diameter d DFT was calculated to be 4.4 nm, and the total pore volume V P was calculated to be 0.41 cm 3 / g. In addition, the Ir content in the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was measured by ICP emission spectroscopy (ICP-AES analysis, carried out by Toray Research Center Co., Ltd.). It was -0.255 mmol-Ir / g.
(合成例2)
<Irに配位したビピリドン基を有するメソポーラス有機シリカの合成>
攪拌子を備えた反応容器に、合成例1で得られたIrに配位した水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラス有機シリカ粉末Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMO(0.255mmol−Ir/g,183mg,46.7μmol)を秤量し、さらに、NaOH(16mg,0.40mmol)を含むメタノール(11.25ml)の水溶液を添加した。得られた分散液を室温で1時間攪拌して、下記反応式(S2):
(Synthesis example 2)
<Synthesis of mesoporous organic silica having a bipyridone group coordinated to Ir>
Mesoporous organic silica powder Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO (0.255mmol-Ir) having a hydroxyl group-containing bipyridine group coordinated to Ir obtained in Synthesis Example 1 was placed in a reaction vessel equipped with a stirring bar. / G, 183 mg, 46.7 μmol) was weighed, and an aqueous solution of methanol (11.25 ml) containing NaOH (16 mg, 0.40 mmol) was further added. The obtained dispersion liquid was stirred at room temperature for 1 hour, and the following reaction formula (S2):
で表される反応を行った。反応終了後、メンブレンフィルターでろ過して固体成分を回収した。得られた固体成分を減圧下で乾燥して、薄茶色のIrに配位したビピリドン基を有するメソポーラス有機シリカ粉末(Ir−BPyd−BPh−PMO、収量:180mg)を得た。なお、Irに配位したビピリドン基は前記Irに配位した水酸基含有ビピリジン基の互変異性体である。 The reaction represented by After the reaction was completed, the solid component was collected by filtration with a membrane filter. The obtained solid component was dried under reduced pressure to obtain a mesoporous organic silica powder having a light brown Ir-coordinated bipyridone group (Ir-BPyd-BPh-PMO, yield: 180 mg). The bipyridone group coordinated to Ir is a tautomer of the bipyridine group having a hydroxyl group coordinated to Ir.
このIr−BPyd−BPh−PMOのX線回折パターンを調製例C1と同様にして測定したところ、図6Aに示すように、2θ=1.36°(d=6.50nm)に規則的なメソ構造に由来する回折ピークが観察された。また、前記Ir−BPyd−BPh−PMOの窒素吸脱着等温線を調製例C1と同様にして測定したところ、図6Bに示すように、IV型であった。したがって、X線回折パターン及び窒素吸脱着等温線から、前記Ir−BPyd−BPh−PMOは規則的かつ均一なメソ細孔を有するものであり、合成例1で得られたIr−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOをNaOHで処理しても規則的かつ均一なメソ細孔構造が維持されていることが確認された。さらに、得られた窒素吸脱着等温線に基づいて、調製例C1と同様にして、前記Ir−BPyd−BPh−PMOの比表面積SBETを算出したところ、649m2/gであり、中心細孔直径dDFTを算出したところ、4.1nmであり、全細孔容積VPを算出したところ、0.40cm3/gであった。また、前記Ir−BPyd−BPh−PMO中のIr含有量を、エネルギー分散型X線分光分析装置を備えた走査電子顕微鏡(株式会社日立ハイテクノロジーズ製「S−5500」)を用いてSEM−EDX分析法により測定したところ、0.198mmol−Ir/gであった。 An X-ray diffraction pattern of this Ir-BPyd-BPh-PMO was measured in the same manner as in Preparation Example C1, and as shown in FIG. 6A, a regular meso at 2θ = 1.36 ° (d = 6.50 nm) was obtained. A diffraction peak derived from the structure was observed. Further, when the nitrogen adsorption / desorption isotherm of Ir-BPyd-BPh-PMO was measured in the same manner as in Preparation Example C1, it was IV type as shown in FIG. 6B. Therefore, from the X-ray diffraction pattern and the nitrogen adsorption / desorption isotherm, the Ir-BPyd-BPh-PMO had regular and uniform mesopores, and Ir- (HO) BPy obtained in Synthesis Example 1 was obtained. It was confirmed that the regular and uniform mesopore structure was maintained even when (OH) -BPh-PMO was treated with NaOH. Further, based on the obtained nitrogen adsorption / desorption isotherm, the specific surface area S BET of Ir-BPyd-BPh-PMO was calculated in the same manner as in Preparation Example C1, and was 649 m 2 / g, and the central pore The calculated diameter d DFT was 4.1 nm, and the calculated total pore volume V P was 0.40 cm 3 / g. In addition, the Ir content in the Ir-BPyd-BPh-PMO was measured using a scanning electron microscope (“S-5500” manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) equipped with an energy dispersive X-ray spectroscopic analyzer. When measured by an analytical method, it was 0.198 mmol-Ir / g.
(合成例3)
<Irに配位した水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラスシリカの合成>
攪拌子を備えた褐色の110mlバイアル管に、調製例C2で得られた水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラスシリカ粉末C3−(HO)BPy(OH)−C3−FSM16(600mg)を秤量し、さらに、蒸留水(33.6ml)を添加した。得られた分散液を攪拌しながら、これに、Organometallics,1999,18(26),pp5470−5474に記載の方法に準拠して調製したイリジウム錯体[IrCp*(H2O)3](OTf)2(前記式中、Cp*はテトラメチルシクロペンタジエニル配位子を表す。102mg,0.15mmol)の水溶液(16.8ml)を滴下した。得られた混合物を80℃で20時間攪拌して、下記反応式(S3):
(Synthesis example 3)
<Synthesis of mesoporous silica having a hydroxyl group-containing bipyridine group coordinated to Ir>
In a brown 110 ml vial tube equipped with a stirrer, mesoporous silica powder C3- (HO) BPy (OH) -C3-FSM16 (600 mg) having a hydroxyl group-containing bipyridine group obtained in Preparation Example C2 was weighed, and further, Distilled water (33.6 ml) was added. While stirring the resulting dispersion, an iridium complex [IrCp * (H 2 O) 3 ] (OTf) prepared according to the method described in Organometallics, 1999, 18 (26), pp5470-5474 was added thereto . 2 (in the above formula, Cp * represents a tetramethylcyclopentadienyl ligand. 102 mg, 0.15 mmol) in water (16.8 ml) was added dropwise. The resulting mixture was stirred at 80 ° C. for 20 hours, and the following reaction formula (S3):
で表される反応を行った。反応終了後、ろ過により固体成分を回収した。得られた固体成分をエタノールで洗浄した後、真空下で乾燥して、茶色のIrに配位した水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラスシリカ粉末(Ir−C3−(HO)BPy(OH)−C3−FSM16、収量:600mg)を得た。 The reaction represented by After completion of the reaction, solid components were collected by filtration. The obtained solid component was washed with ethanol and then dried under vacuum to obtain a mesoporous silica powder having a brown Ir-coordinated hydroxyl group-containing bipyridine group (Ir-C3- (HO) BPy (OH) -C3-. FSM16, yield: 600 mg) was obtained.
このIr−C3−(HO)BPy(OH)−C3−FSM16のX線回折パターンを調製例C1と同様にして測定したところ、図7Aに示すように、2θ=1.94°(d=4.55nm)に規則的なメソ構造に由来する回折ピークが観察された。また、前記Ir−C3−(HO)BPy(OH)−C3−FSM16の窒素吸脱着等温線を調製例C1と同様にして測定したところ、図7Bに示すように、IV型であった。したがって、X線回折パターン及び窒素吸脱着等温線から、前記Ir−C3−(HO)BPy(OH)−C3−FSM16は規則的かつ均一なメソ細孔を有するものであり、調製例C2で得られたC3−(HO)BPy(OH)−C3−FSM16にIrを固定化しても、規則的かつ均一なメソ細孔構造が維持されていることが確認された。さらに、得られた窒素吸脱着等温線に基づいて、調製例C1と同様にして、前記Ir−C3−(HO)BPy(OH)−C3−FSM16の比表面積SBETを算出したところ、641m2/gであり、中心細孔直径dDFTを算出したところ、3.8nmであり、全細孔容積VPを算出したところ、0.46cm3/gであった。また、前記Ir−C3−(HO)BPy(OH)−C3−FSM16中のIr含有量を合成例1と同様にしてICP−AES分析法により測定したところ、0.228mmol−Ir/gであった。 The X-ray diffraction pattern of this Ir-C3- (HO) BPy (OH) -C3-FSM16 was measured in the same manner as in Preparation Example C1, and as shown in FIG. 7A, 2θ = 1.94 ° (d = 4 A diffraction peak derived from a regular mesostructure was observed at 0.55 nm. Moreover, when the nitrogen adsorption / desorption isotherm of Ir-C3- (HO) BPy (OH) -C3-FSM16 was measured in the same manner as in Preparation Example C1, it was IV type as shown in FIG. 7B. Therefore, from the X-ray diffraction pattern and the nitrogen adsorption / desorption isotherm, the Ir-C3- (HO) BPy (OH) -C3-FSM16 had regular and uniform mesopores, and was obtained in Preparation Example C2. It was confirmed that even if Ir was immobilized on the obtained C3- (HO) BPy (OH) -C3-FSM16, a regular and uniform mesopore structure was maintained. Further, based on the obtained nitrogen adsorption / desorption isotherm, the specific surface area S BET of Ir-C3- (HO) BPy (OH) -C3-FSM16 was calculated in the same manner as in Preparation Example C1, and found to be 641 m 2. The central pore diameter d DFT was calculated to be 3.8 nm, and the total pore volume V P was calculated to be 0.46 cm 3 / g. Moreover, when the Ir content in the Ir-C3- (HO) BPy (OH) -C3-FSM16 was measured by the ICP-AES analysis method in the same manner as in Synthesis Example 1, it was 0.228 mmol-Ir / g. It was
(合成例4)
<Irに配位したビピリドン基を有するメソポーラスシリカの合成>
攪拌子を備えた褐色の50mlバイアル管に、合成例3で得られたIrに配位した水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラスシリカ粉末Ir−C3−(HO)BPy(OH)−C3−FSM16(0.228mmol−Ir/g,200mg,45.8μmol)を秤量し、さらに、NaOH(16mg,0.40mmol)を含むメタノール(11.25ml)の水溶液を添加した。得られた分散液を室温で1時間攪拌して、下記反応式(S4):
(Synthesis example 4)
<Synthesis of mesoporous silica having a bipyridone group coordinated to Ir>
In a brown 50 ml vial tube equipped with a stirrer, mesoporous silica powder Ir-C3- (HO) BPy (OH) -C3-FSM16 (0 having the hydroxyl group-containing bipyridine group obtained in Synthesis Example 3 was obtained. 0.228 mmol-Ir / g, 200 mg, 45.8 μmol) was weighed, and an aqueous solution of methanol (11.25 ml) containing NaOH (16 mg, 0.40 mmol) was further added. The obtained dispersion liquid was stirred at room temperature for 1 hour, and the following reaction formula (S4):
で表される反応を行った。反応終了後、メンブレンフィルターでろ過して固体成分を回収した。得られた固体成分を減圧下で乾燥して、薄茶色のIrに配位したビピリドン基を有するメソポーラスシリカ粉末(Ir−C3−BPyd−C3−FSM16、収量:180mg)を得た。なお、Irに配位したビピリドン基は前記Irに配位した水酸基含有ビピリジン基の互変異性体である。 The reaction represented by After the reaction was completed, the solid component was collected by filtration with a membrane filter. The obtained solid component was dried under reduced pressure to obtain a mesoporous silica powder having a light brown Ir-coordinated bipyridone group (Ir-C3-BPyd-C3-FSM16, yield: 180 mg). The bipyridone group coordinated to Ir is a tautomer of the bipyridine group having a hydroxyl group coordinated to Ir.
このIr−C3−BPyd−C3−FSM16のX線回折パターンを調製例C1と同様にして測定したところ、図8Aに示すように、2θ=1.90°(d=4.65nm)に規則的なメソ構造に由来する回折ピークが観察された。また、前記Ir−C3−BPyd−C3−FSM16の窒素吸脱着等温線を調製例C1と同様にして測定したところ、図8Bに示すように、IV型であった。したがって、X線回折パターン及び窒素吸脱着等温線から、前記Ir−C3−BPyd−C3−FSM16は規則的かつ均一なメソ細孔を有するものであり、合成例3で得られたIr−C3−(HO)BPy(OH)−C3−FSM16をNaOHで処理しても規則的かつ均一なメソ細孔構造が維持されていることが確認された。さらに、得られた窒素吸脱着等温線に基づいて、調製例C1と同様にして、前記Ir−C3−BPyd−C3−FSM16の比表面積SBETを算出したところ、593m2/gであり、中心細孔直径dDFTを算出したところ、4.1nmであり、全細孔容積VPを算出したところ、0.42cm3/gであった。また、前記Ir−C3−BPyd−C3−FSM16中のIr含有量を合成例2と同様にしてSEM−EDX分析法により測定したところ、0.228mmol−Ir/gであった。 The X-ray diffraction pattern of this Ir-C3-BPyd-C3-FSM16 was measured in the same manner as in Preparation Example C1, and as shown in FIG. 8A, it was regular at 2θ = 1.90 ° (d = 4.65 nm). A diffraction peak derived from a different mesostructure was observed. Moreover, when the nitrogen adsorption / desorption isotherm of Ir-C3-BPyd-C3-FSM16 was measured in the same manner as in Preparation Example C1, it was IV type as shown in FIG. 8B. Therefore, from the X-ray diffraction pattern and the nitrogen adsorption / desorption isotherm, the Ir-C3-BPyd-C3-FSM16 had regular and uniform mesopores, and the Ir-C3-obtained in Synthesis Example 3 was obtained. It was confirmed that even if the (HO) BPy (OH) -C3-FSM16 was treated with NaOH, the regular and uniform mesopore structure was maintained. Furthermore, when the specific surface area S BET of Ir-C3-BPyd-C3-FSM16 was calculated based on the obtained nitrogen adsorption / desorption isotherm in the same manner as in Preparation Example C1, it was 593 m 2 / g, and The pore diameter d DFT was calculated to be 4.1 nm, and the total pore volume V P was calculated to be 0.42 cm 3 / g. The Ir content in Ir-C3-BPyd-C3-FSM16 was 0.228 mmol-Ir / g when measured by SEM-EDX analysis in the same manner as in Synthesis Example 2.
(合成例5)
<Irに配位した水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラスシリカの合成>
攪拌子を備えた褐色の110mlバイアル管に、調製例C3で得られた水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラスシリカ粉末C2−(HO)BPy(OH)−C2−FSM16(1.0g)を秤量し、さらに、蒸留水(56.0ml)を添加した。得られた分散液を攪拌しながら、これに、Organometallics,1999,18(26),pp5470−5474に記載の方法に準拠して調製したイリジウム錯体[IrCp*(H2O)3](OTf)2(前記式中、Cp*はテトラメチルシクロペンタジエニル配位子を表す。170mg,0.25mmol)の水溶液(28ml)を滴下した。得られた混合物を80℃で20時間攪拌して、下記反応式(S5):
(Synthesis example 5)
<Synthesis of mesoporous silica having a hydroxyl group-containing bipyridine group coordinated to Ir>
In a brown 110 ml vial tube equipped with a stirrer, the mesoporous silica powder C2- (HO) BPy (OH) -C2-FSM16 (1.0 g) having a hydroxyl group-containing bipyridine group obtained in Preparation Example C3 was weighed, Further, distilled water (56.0 ml) was added. While stirring the resulting dispersion, an iridium complex [IrCp * (H 2 O) 3 ] (OTf) prepared according to the method described in Organometallics, 1999, 18 (26), pp5470-5474 was added thereto . 2 (in the above formula, Cp * represents a tetramethylcyclopentadienyl ligand. 170 mg, 0.25 mmol) in water (28 ml) was added dropwise. The resulting mixture was stirred at 80 ° C. for 20 hours to give the following reaction formula (S5):
で表される反応を行った。反応終了後、ろ過により固体成分を回収した。得られた固体成分をエタノールで洗浄した後、真空下で乾燥して、茶色のIrに配位した水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラスシリカ粉末(Ir−C2−(HO)BPy(OH)−C2−FSM16、収量:1.0g)を得た。 The reaction represented by After completion of the reaction, solid components were collected by filtration. The obtained solid component was washed with ethanol and then dried under vacuum to obtain a mesoporous silica powder (Ir-C2- (HO) BPy (OH) -C2- having a hydroxyl group-containing bipyridine group coordinated to brown Ir. FSM16, yield: 1.0 g) was obtained.
このIr−C2−(HO)BPy(OH)−C2−FSM16のX線回折パターンを調製例C1と同様にして測定したところ、図9Aに示すように、2θ=1.92°(d=4.90nm)に規則的なメソ構造に由来する回折ピークが観察された。また、前記Ir−C2−(HO)BPy(OH)−C2−FSM16の窒素吸脱着等温線を調製例C1と同様にして測定したところ、図9Bに示すように、IV型であった。したがって、X線回折パターン及び窒素吸脱着等温線から、前記Ir−C2−(HO)BPy(OH)−C2−FSM16は規則的かつ均一なメソ細孔を有するものであり、調製例C3で得られたC2−(HO)BPy(OH)−C2−FSM16にIrを固定化しても、規則的かつ均一なメソ細孔構造が維持されていることが確認された。さらに、得られた窒素吸脱着等温線に基づいて、調製例C1と同様にして、前記Ir−C2−(HO)BPy(OH)−C2−FSM16の比表面積SBETを算出したところ、628m2/gであり、中心細孔直径dDFTを算出したところ、4.1nmであり、全細孔容積VPを算出したところ、0.46cm3/gであった。また、前記Ir−C2−(HO)BPy(OH)−C2−FSM16中のIr含有量を合成例1と同様にしてICP−AES分析法により測定したところ、0.223mmol−Ir/gであった。 The X-ray diffraction pattern of this Ir-C2- (HO) BPy (OH) -C2-FSM16 was measured in the same manner as in Preparation Example C1, and as shown in FIG. 9A, 2θ = 1.92 ° (d = 4 A diffraction peak derived from a regular mesostructure was observed at (.90 nm). Further, the nitrogen adsorption-desorption isotherm of Ir-C2- (HO) BPy (OH) -C2-FSM16 was measured in the same manner as in Preparation Example C1, and it was IV type as shown in FIG. 9B. Therefore, from the X-ray diffraction pattern and the nitrogen adsorption-desorption isotherm, the Ir-C2- (HO) BPy (OH) -C2-FSM16 had regular and uniform mesopores, and was obtained in Preparation Example C3. It was confirmed that even if Ir was immobilized on the obtained C2- (HO) BPy (OH) -C2-FSM16, a regular and uniform mesopore structure was maintained. Further, based on the obtained nitrogen adsorption / desorption isotherm, the specific surface area S BET of Ir-C2- (HO) BPy (OH) -C2-FSM16 was calculated in the same manner as in Preparation Example C1, and found to be 628 m 2. The central pore diameter d DFT was calculated to be 4.1 nm, and the total pore volume V P was calculated to be 0.46 cm 3 / g. Moreover, when the Ir content in the Ir-C2- (HO) BPy (OH) -C2-FSM16 was measured by the ICP-AES analysis method in the same manner as in Synthesis Example 1, it was 0.223 mmol-Ir / g. It was
(合成例6)
<Irに配位した水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラス有機シリカの合成>
攪拌子を備えた200mlバイアル管に、調製例C4で得られた水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラス有機シリカ粉末C3−(HO)BPy(OH)−C3−Et−PMO(1.5g)を秤量し、さらに、蒸留水(84.0ml)を添加した。得られた分散液を攪拌しながら、これに、Organometallics,1999,18(26),pp5470−5474に記載の方法に準拠して調製したイリジウム錯体[IrCp*(H2O)3](OTf)2(前記式中、Cp*はテトラメチルシクロペンタジエニル配位子を表す。255mg,0.375mmol)の水溶液(42ml)を滴下した。得られた混合物を80℃で24時間攪拌して、下記反応式(S6):
(Synthesis example 6)
<Synthesis of Mesoporous Organosilica Having Hydroxyl Group-Containing Bipyridine Group Coordinated to Ir>
A mesoporous organic silica powder C3- (HO) BPy (OH) -C3-Et-PMO (1.5 g) having a hydroxyl group-containing bipyridine group obtained in Preparation Example C4 was weighed into a 200 ml vial tube equipped with a stir bar. Further, distilled water (84.0 ml) was added. While stirring the resulting dispersion, an iridium complex [IrCp * (H 2 O) 3 ] (OTf) prepared according to the method described in Organometallics, 1999, 18 (26), pp5470-5474 was added thereto . An aqueous solution (42 ml) of 2 (in the above formula, Cp * represents a tetramethylcyclopentadienyl ligand. 255 mg, 0.375 mmol) was added dropwise. The obtained mixture was stirred at 80 ° C. for 24 hours, and the following reaction formula (S6):
で表される反応を行った。反応終了後、ろ過により固体成分を回収した。得られた固体成分をエタノールで洗浄した後、真空下で乾燥して、茶色のIrに配位した水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラス有機シリカ粉末(Ir−C3−(HO)BPy(OH)−C3−Et−PMO、収量:1.64g)を得た。 The reaction represented by After completion of the reaction, solid components were collected by filtration. The obtained solid component was washed with ethanol and then dried under vacuum to obtain a mesoporous organic silica powder having a brown Ir-coordinated hydroxyl group-containing bipyridine group (Ir-C3- (HO) BPy (OH) -C3. -Et-PMO, yield: 1.64 g) was obtained.
このIr−C3−(HO)BPy(OH)−C3−Et−PMOのX線回折パターンを調製例C1と同様にして測定したところ、図10Aに示すように、2θ=1.38°(d=6.40nm)に規則的なメソ構造に由来する回折ピークが観察された。また、前記Ir−C3−(HO)BPy(OH)−C3−Et−PMOの窒素吸脱着等温線を調製例C1と同様にして測定したところ、図10Bに示すように、IV型であった。したがって、X線回折パターン及び窒素吸脱着等温線から、前記Ir−C3−(HO)BPy(OH)−C3−Et−PMOは規則的かつ均一なメソ細孔を有するものであり、調製例C4で得られたC3−(HO)BPy(OH)−C3−Et−PMOにIrを固定化しても、規則的かつ均一なメソ細孔構造が維持されていることが確認された。さらに、得られた窒素吸脱着等温線に基づいて、調製例C1と同様にして、前記Ir−C3−(HO)BPy(OH)−C3−Et−PMOの比表面積SBETを算出したところ、649m2/gであり、中心細孔直径dDFTを算出したところ、4.4nmであり、全細孔容積VPを算出したところ、0.50cm3/gであった。また、前記Ir−C3−(HO)BPy(OH)−C3−Et−PMO中のIr含有量を合成例2と同様にしてSEM−EDX分析法により測定したところ、0.264mmol−Ir/gであった。 The X-ray diffraction pattern of this Ir-C3- (HO) BPy (OH) -C3-Et-PMO was measured in the same manner as in Preparation Example C1, and as shown in FIG. 10A, 2θ = 1.38 ° (d = 6.40 nm), a diffraction peak derived from a regular mesostructure was observed. Further, the nitrogen adsorption-desorption isotherm of Ir-C3- (HO) BPy (OH) -C3-Et-PMO was measured in the same manner as in Preparation Example C1, and it was IV type as shown in FIG. 10B. .. Therefore, from the X-ray diffraction pattern and the nitrogen adsorption-desorption isotherm, the Ir-C3- (HO) BPy (OH) -C3-Et-PMO has regular and uniform mesopores, and Preparation Example C4 It was confirmed that the regular and uniform mesopore structure was maintained even when Ir was immobilized on the C3- (HO) BPy (OH) -C3-Et-PMO obtained in 1. Furthermore, based on the obtained nitrogen adsorption-desorption isotherm, the specific surface area S BET of Ir-C3- (HO) BPy (OH) -C3-Et-PMO was calculated in the same manner as in Preparation Example C1. 649m was 2 / g, was calculated median pore diameter d DFT, is 4.4 nm, was calculated on the total pore volume V P, it was 0.50 cm 3 / g. Further, when the Ir content in the Ir-C3- (HO) BPy (OH) -C3-Et-PMO was measured by the SEM-EDX analysis method in the same manner as in Synthesis Example 2, it was 0.264 mmol-Ir / g. Met.
(合成例7)
<Irに配位したビピリドン基を有するメソポーラスシリカの合成>
攪拌子を備えた50mlバイアル管に、合成例6で得られたIrに配位した水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラス有機シリカ粉末Ir−C3−(HO)BPy(OH)−C3−Et−PMO(0.264mmol−Ir/g,200mg,52.8μmol)を秤量し、メタノール(10ml)を添加して懸濁させた。得られた分散液に4MのNaOH水溶液(100μl,0.40mmol)を添加した後、室温で15分間攪拌して、下記反応式(S7):
(Synthesis example 7)
<Synthesis of mesoporous silica having a bipyridone group coordinated to Ir>
In a 50 ml vial tube equipped with a stirrer, mesoporous organic silica powder having a hydroxyl group-containing bipyridine group coordinated to Ir obtained in Synthesis Example 6 Ir-C3- (HO) BPy (OH) -C3-Et-PMO ( 0.264 mmol-Ir / g, 200 mg, 52.8 μmol) was weighed, and methanol (10 ml) was added and suspended. After adding a 4M NaOH aqueous solution (100 μl, 0.40 mmol) to the obtained dispersion, the mixture was stirred at room temperature for 15 minutes, and the following reaction formula (S7):
で表される反応を行った。反応終了後、メンブレンフィルターでろ過して固体成分を回収した。得られた固体成分を減圧下で乾燥して、薄茶色のIrに配位したビピリドン基を有するメソポーラス有機シリカ粉末(Ir−C3−BPyd−C3−Et−PMO、収量:205mg)を得た。なお、Irに配位したビピリドン基は前記Irに配位した水酸基含有ビピリジン基の互変異性体である。 The reaction represented by After the reaction was completed, the solid component was collected by filtration with a membrane filter. The obtained solid component was dried under reduced pressure to obtain a mesoporous organic silica powder having a light brown Ir coordinated bipyridone group (Ir-C3-BPyd-C3-Et-PMO, yield: 205 mg). The bipyridone group coordinated to Ir is a tautomer of the bipyridine group having a hydroxyl group coordinated to Ir.
このIr−C3−BPyd−C3−Et−PMOのX線回折パターンを調製例C1と同様にして測定したところ、図11Aに示すように、2θ=1.46°(d=6.05nm)に規則的なメソ構造に由来する回折ピークが観察された。また、前記Ir−C3−BPyd−C3−Et−PMOの窒素吸脱着等温線を調製例C1と同様にして測定したところ、図11Bに示すように、IV型であった。したがって、X線回折パターン及び窒素吸脱着等温線から、前記Ir−C3−BPyd−C3−Et−PMOは規則的かつ均一なメソ細孔を有するものであり、合成例6で得られたIr−C3−(HO)BPy(OH)−C3−Et−PMOをNaOHで処理しても規則的かつ均一なメソ細孔構造が維持されていることが確認された。さらに、得られた窒素吸脱着等温線に基づいて、調製例C1と同様にして、前記Ir−C3−BPyd−C3−Et−PMOの比表面積SBETを算出したところ、651m2/gであり、中心細孔直径dDFTを算出したところ、4.4nmであり、全細孔容積VPを算出したところ、0.49cm3/gであった。また、前記Ir−C3−BPyd−C3−Et−PMO中のIr含有量を合成例2と同様にしてSEM−EDX分析法により測定したところ、0.269mmol−Ir/gであった。 The X-ray diffraction pattern of this Ir-C3-BPyd-C3-Et-PMO was measured in the same manner as in Preparation Example C1, and as shown in FIG. 11A, it was 2θ = 1.46 ° (d = 6.05 nm). Diffraction peaks derived from a regular mesostructure were observed. Further, when the nitrogen adsorption / desorption isotherm of Ir-C3-BPyd-C3-Et-PMO was measured in the same manner as in Preparation Example C1, it was IV type as shown in FIG. 11B. Therefore, from the X-ray diffraction pattern and the nitrogen adsorption / desorption isotherm, the Ir-C3-BPyd-C3-Et-PMO had regular and uniform mesopores, and Ir-obtained in Synthesis Example 6 It was confirmed that the regular and uniform mesopore structure was maintained even when C3- (HO) BPy (OH) -C3-Et-PMO was treated with NaOH. Furthermore, when the specific surface area S BET of Ir-C3-BPyd-C3-Et-PMO was calculated based on the obtained nitrogen adsorption / desorption isotherm in the same manner as in Preparation Example C1, it was 651 m 2 / g. The central pore diameter d DFT was calculated to be 4.4 nm, and the total pore volume V P was calculated to be 0.49 cm 3 / g. Moreover, when the Ir content in the Ir-C3-BPyd-C3-Et-PMO was measured by the SEM-EDX analysis method in the same manner as in Synthesis Example 2, it was 0.269 mmol-Ir / g.
(比較合成例1)
<Irに配位したビピリジン基を有するメソポーラス有機シリカの合成>
攪拌子を備えた褐色の110mlバイアル管に、特開2015−147911号公報に記載の方法に準拠して調製したビピリジン基含有メソポーラス有機シリカ粉末BPy−PMO(300mg)を秤量し、アセトニトリル(30ml)を添加した。得られた分散液を攪拌しながら、これに、国際公開第2011/108730号に記載の方法に準拠して調製したイリジウム錯体[IrCp*(H2O)3](SO4)(前記式中、Cp*はテトラメチルシクロペンタジエニル配位子を表す。34mg,0.071mmol)のアセトニトリル溶液(30ml)を滴下した。得られた混合物を室温で20時間攪拌して、下記反応式(S8):
(Comparative Synthesis Example 1)
<Synthesis of Mesoporous Organic Silica Having Bipyridine Group Coordinated to Ir>
A brown 110 ml vial tube equipped with a stirrer was weighed with bipyridine group-containing mesoporous organic silica powder BPy-PMO (300 mg) prepared according to the method described in JP-A-2015-147911, and acetonitrile (30 ml). Was added. While stirring the obtained dispersion liquid, an iridium complex [IrCp * (H 2 O) 3 ] (SO 4 ) (in the above formula) prepared according to the method described in International Publication No. 2011/108730 was added thereto. , Cp * represents a tetramethylcyclopentadienyl ligand. 34 mg, 0.071 mmol) in acetonitrile was added dropwise (30 ml). The resulting mixture was stirred at room temperature for 20 hours, and the following reaction formula (S8):
で表される反応を行った。反応終了後、室温まで冷却し、メンブレンフィルターでろ過して固体成分を回収した。得られた固体成分を蒸留水(30ml)及びエタノール(30ml)で洗浄した後、減圧下で乾燥して黄色のIrに配位したビピリジン基を有するメソポーラス有機シリカ粉末(Ir−BPy−PMO、収量:277mg)を得た。 The reaction represented by After completion of the reaction, the mixture was cooled to room temperature and filtered with a membrane filter to collect solid components. The obtained solid component was washed with distilled water (30 ml) and ethanol (30 ml), dried under reduced pressure, and then a mesoporous organic silica powder having a yellow Ir-coordinated bipyridine group (Ir-BPy-PMO, yield) was obtained. : 277 mg) was obtained.
このIr−BPy−PMOのX線回折パターンを調製例C1と同様にして測定したところ、図12Aに示すように、2θ=1.84°(d=4.80nm)に規則的なメソ構造に由来する回折ピークが観察された。また、2θ=7.56°(d=1.17nm)、2θ=15.20°(d=0.58nm)、2θ=22.9°(d=0.39nm)にビピリジン基の層状配列構造に由来する回折ピークが観察された。また、前記Ir−BPy−PMOの窒素吸脱着等温線を調製例C1と同様にして測定したところ、図12Bに示すように、IV型であった。したがって、X線回折パターン及び窒素吸脱着等温線から、前記Ir−BPy−PMOは規則的かつ均一なメソ細孔を有するものであることが確認された。さらに、得られた窒素吸脱着等温線に基づいて、調製例C1と同様にして、前記Ir−BPy−PMOの比表面積SBETを算出したところ、715m2/gであり、中心細孔直径dDFTを算出したところ、3.8nmであり、全細孔容積VPを算出したところ、0.47cm3/gであった。また、前記Ir−BPy−PMO中のIr含有量を合成例2と同様にして測定したところ、0.24mmol−Ir/gであった。 The X-ray diffraction pattern of this Ir-BPy-PMO was measured in the same manner as in Preparation Example C1, and as shown in FIG. 12A, a regular meso structure was formed at 2θ = 1.84 ° (d = 4.80 nm). The derived diffraction peak was observed. In addition, a bipyridine-based layered array structure at 2θ = 7.56 ° (d = 1.17 nm), 2θ = 15.20 ° (d = 0.58 nm), 2θ = 22.9 ° (d = 0.39 nm). A diffraction peak derived from was observed. Further, when the nitrogen adsorption / desorption isotherm of Ir-BPy-PMO was measured in the same manner as in Preparation Example C1, it was found to be type IV as shown in FIG. 12B. Therefore, from the X-ray diffraction pattern and the nitrogen adsorption / desorption isotherm, it was confirmed that the Ir-BPy-PMO had regular and uniform mesopores. Further, based on the obtained nitrogen adsorption / desorption isotherm, the specific surface area S BET of Ir-BPy-PMO was calculated in the same manner as in Preparation Example C1 to find that it was 715 m 2 / g and the central pore diameter d. When the DFT was calculated, it was 3.8 nm, and when the total pore volume V P was calculated, it was 0.47 cm 3 / g. Moreover, when the Ir content in the Ir-BPy-PMO was measured in the same manner as in Synthesis Example 2, it was 0.24 mmol-Ir / g.
(実施例1)
アルゴン雰囲気下、攪拌子及び還流管を備えた二口試験管に、固体触媒として合成例1で得られたIrに配位した水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラス有機シリカ粉末Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMO(0.255mmol−Ir/g,4.0mg,1.0μmol−Ir)、脱水トルエン(3ml)及び1−フェニルエタノール(122.2mg,1mmol)を秤量した。この二口試験管を150℃のオイルバスに浸し、20時間加熱還流させて、下記反応式(E1):
(Example 1)
Mesoporous organic silica powder Ir- (HO) BPy (having a hydroxyl group-containing bipyridine group coordinated to Ir obtained in Synthesis Example 1 as a solid catalyst was placed in a two-necked test tube equipped with a stirrer and a reflux tube under an argon atmosphere. OH) -BPh-PMO (0.255 mmol-Ir / g, 4.0 mg, 1.0 μmol-Ir), dehydrated toluene (3 ml) and 1-phenylethanol (122.2 mg, 1 mmol) were weighed. The two-necked test tube was immersed in an oil bath at 150 ° C., heated and refluxed for 20 hours, and the following reaction formula (E1):
で表される、1−フェニルエタノールの脱水素反応を行った。放冷後、前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを、メンブレンフィルターを用いてろ過により回収し、脱水トルエン(15ml)で洗浄した。また、得られたろ液に内部標準物質としてビフェニルを添加し、ガスクロマトグラフィー(GL−Sciences社製「GC−4000Plus」、検出器:FID)によりアセトフェノンの生成量を測定して、反応収率を求めたところ、99%であった。 The dehydrogenation reaction of 1-phenylethanol represented by After cooling, the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was collected by filtration using a membrane filter and washed with dehydrated toluene (15 ml). Further, biphenyl was added as an internal standard substance to the obtained filtrate, and the amount of acetophenone produced was measured by gas chromatography (“GC-4000 Plus” manufactured by GL-Sciences, detector: FID) to determine the reaction yield. When calculated, it was 99%.
(実施例2)
実施例1において回収した前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを用いて固体触媒の再利用実験を行った。すなわち、合成例1で得られた前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOの代わりに、実施例1で回収した前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを固体触媒として用いた以外は実施例1と同様にして、前記反応式(E1)で表される、1−フェニルエタノールの脱水素反応を行った(これを1回目の再利用とする)。その後、実施例1と同様にして、前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを回収するとともに、アセトフェノンの生成量を測定して1回目の再利用における反応収率を求めた。また、これら一連の操作を繰返して再利用実験を行い、2〜4回目の再利用における反応収率を求めた。その結果、1回目の再利用における反応収率は100%、2回目の再利用における反応収率は93%、3回目の再利用における反応収率は94%、4回目の再利用における反応収率は90%であった。
(Example 2)
A reuse experiment of a solid catalyst was conducted using the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO recovered in Example 1. That is, instead of the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO obtained in Synthesis Example 1, the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO recovered in Example 1 was used as a solid catalyst. The dehydrogenation reaction of 1-phenylethanol represented by the above reaction formula (E1) was carried out in the same manner as in Example 1 except that it was used as (1st reuse). Then, in the same manner as in Example 1, the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was recovered and the amount of acetophenone produced was measured to obtain the reaction yield in the first reuse. In addition, a recycling experiment was performed by repeating these series of operations, and the reaction yield in the second to fourth recycling was determined. As a result, the reaction yield in the first reuse was 100%, the reaction yield in the second reuse was 93%, the reaction yield in the third reuse was 94%, the reaction yield in the fourth reuse was The rate was 90%.
(実施例3)
固体触媒として合成例5で得られたIrに配位した水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラスシリカ粉末Ir−C2−(HO)BPy(OH)−C2−FSM16(0.223mmol−Ir/g,9.0mg,2.0μmol−Ir)を用い、オイルバスの温度を130℃に変更し、加熱還流時間を6時間に変更した以外は実施例1と同様にして、下記反応式(E2):
(Example 3)
Mesoporous silica powder Ir having a hydroxyl group-containing bipyridine group coordinated to Ir obtained in Synthesis Example 5 as a solid catalyst Ir-C2- (HO) BPy (OH) -C2-FSM16 (0.223 mmol-Ir / g, 9. 0 mg, 2.0 μmol-Ir) was used, the temperature of the oil bath was changed to 130 ° C., and the heating reflux time was changed to 6 hours, in the same manner as in Example 1 and the following reaction formula (E2):
で表される、1−フェニルエタノールの脱水素反応を行い、アセトフェノンの生成量を測定して、反応収率を求めたところ、98%であった。 The dehydrogenation reaction of 1-phenylethanol represented by and the amount of acetophenone produced was measured, and the reaction yield was determined to be 98%.
(実施例4)
実施例3において回収した前記Ir−C2−(HO)BPy(OH)−C2−FSM16を用いて固体触媒の再利用実験を行った。すなわち、合成例5で得られた前記Ir−C2−(HO)BPy(OH)−C2−FSM16の代わりに、実施例3で回収した前記Ir−C2−(HO)BPy(OH)−C2−FSM16を固体触媒として用いた以外は実施例3と同様にして、前記反応式(E2)で表される、1−フェニルエタノールの脱水素反応を行った(これを1回目の再利用とする)。その後、実施例3と同様にして、前記Ir−C2−(HO)BPy(OH)−C2−FSM16を回収するとともに、アセトフェノンの生成量を測定して1回目の再利用における反応収率を求めた。また、これら一連の操作を繰返して再利用実験を行い、2〜4回目の再利用における反応収率を求めた。その結果、1回目の再利用における反応収率は97%、2回目の再利用における反応収率は97%、3回目の再利用における反応収率は95%、4回目の再利用における反応収率は92%であった。
(Example 4)
A reuse experiment of a solid catalyst was conducted using the Ir-C2- (HO) BPy (OH) -C2-FSM16 collected in Example 3. That is, instead of the Ir-C2- (HO) BPy (OH) -C2-FSM16 obtained in Synthesis Example 5, the Ir-C2- (HO) BPy (OH) -C2- recovered in Example 3 was used. The dehydrogenation reaction of 1-phenylethanol represented by the reaction formula (E2) was performed in the same manner as in Example 3 except that FSM16 was used as the solid catalyst (this is the first reuse). .. Then, in the same manner as in Example 3, the Ir-C2- (HO) BPy (OH) -C2-FSM16 was recovered and the amount of acetophenone produced was measured to obtain the reaction yield in the first reuse. It was In addition, a recycling experiment was performed by repeating these series of operations, and the reaction yield in the second to fourth recycling was determined. As a result, the reaction yield in the first reuse was 97%, the reaction yield in the second reuse was 97%, the reaction yield in the third reuse was 95%, the reaction yield in the fourth reuse was The rate was 92%.
(比較例1)
アルゴン雰囲気下、攪拌子及び還流管を備えた二口試験管に、均一系触媒としてJ.Am.Chem.Soc.,2012,134(8),pp3643−3646に記載の方法に準拠して調製したイリジウム錯体[IrCp*(dhybpy)(H2O)](OTf)2(前記式中、Cp*はテトラメチルシクロペンタジエニル配位子を表し、dhybpyは6,6’−ジヒドロキシ−2,2’−ビピリジン配位子を表す。0.9mg,1.0μmol−Ir)、脱水トルエン(3ml)及び1−フェニルエタノール(122.2mg,1mmol)を秤量した。この二口試験管を140℃のオイルバスに浸し、20時間加熱還流させて、下記反応式(C1):
(Comparative Example 1)
In a two-necked test tube equipped with a stirrer and a reflux tube under an argon atmosphere, J. Am. Chem. Soc. , 2012,134 (8), iridium complex [IrCp * (dhybpy) (H 2 O)] which was prepared according to the method described in pp3643-3646 (OTf) 2 (in the formula, Cp * is tetramethylcyclopentadienyl Represents a pentadienyl ligand, dhybpy represents a 6,6′-dihydroxy-2,2′-bipyridine ligand, 0.9 mg, 1.0 μmol-Ir), dehydrated toluene (3 ml) and 1-phenyl. Ethanol (122.2 mg, 1 mmol) was weighed. The two-necked test tube was immersed in an oil bath at 140 ° C., heated and refluxed for 20 hours, and the following reaction formula (C1):
で表される、1−フェニルエタノールの脱水素反応を行った。放冷後、得られた溶液に内部標準物質としてビフェニルを添加し、ガスクロマトグラフィー(GL−Sciences社製「GC−4000Plus」、検出器:FID)によりアセトフェノンの生成量を測定して、反応収率を求めたところ、5%であった。 The dehydrogenation reaction of 1-phenylethanol represented by After allowing to cool, biphenyl was added to the resulting solution as an internal standard substance, the amount of acetophenone produced was measured by gas chromatography (“GC-4000 Plus” manufactured by GL-Sciences, detector: FID), and the reaction yield was determined. The rate was 5%.
図13〜図14に示したように、本発明の固体触媒を用いた場合(実施例1〜4)には、均一系触媒を用いた場合(比較例1)に比べて、1−フェニルエタノールの脱水素反応によって極めて高い収率でアセトフェノンが得られることがわかった。また、本発明の固体触媒は再利用した場合(実施例2及び4)でも、1−フェニルエタノールの脱水素反応における高い収率が維持されており、繰返し使用できることがわかった。 As shown in FIGS. 13 to 14, in the case of using the solid catalyst of the present invention (Examples 1 to 4), 1-phenylethanol was compared with the case of using the homogeneous catalyst (Comparative Example 1). It was found that acetophenone was obtained in an extremely high yield by the dehydrogenation reaction of. Further, even when the solid catalyst of the present invention was reused (Examples 2 and 4), it was found that the high yield in the dehydrogenation reaction of 1-phenylethanol was maintained and that it could be used repeatedly.
(実施例5)
攪拌子を備えた反応容器に、固体触媒として合成例1で得られたIrに配位した水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラス有機シリカ粉末Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMO(0.249mmol−Ir/g,38.6mg,9.6μmol−Ir,0.048mmol%−Ir)を秤量し、さらに、メタノール(641mg,20mmol)、水(1.44g,80mmol)及びNaOH(3.2mg,0.08mmol)を添加した。ミリガスメーターを接続した還流管を前記反応容器に装着した後、この反応容器を135℃のオイルバスに浸して、下記反応式(E3):
(Example 5)
In a reaction vessel equipped with a stirrer, a mesoporous organic silica powder having a hydroxyl group-containing bipyridine group coordinated to Ir obtained in Synthesis Example 1 as a solid catalyst Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO (0. 249 mmol-Ir / g, 38.6 mg, 9.6 μmol-Ir, 0.048 mmol% -Ir) was weighed, and further methanol (641 mg, 20 mmol), water (1.44 g, 80 mmol) and NaOH (3.2 mg). , 0.08 mmol) was added. After attaching a reflux tube connected to a milligas meter to the reaction vessel, the reaction vessel was immersed in an oil bath at 135 ° C. to give the following reaction formula (E3):
で表される、メタノール水溶液の脱水素反応を100時間継続した。発生したガスの量をミリガスメーターにより測定するとともに、発生したガスの成分をガスクロマトグラフィー(株式会社島津製作所製「GC−8A」、検出器:TCD)により測定して、水素ガスの反応収率を求めたところ、47%であった。 The dehydrogenation reaction of the aqueous methanol solution represented by was continued for 100 hours. The amount of generated gas was measured by a millimeter gas meter, and the components of the generated gas were measured by gas chromatography (“GC-8A” manufactured by Shimadzu Corporation, detector: TCD), and the reaction yield of hydrogen gas was measured. Was 47%.
(比較例2)
合成例1で得られた前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOの代わりに、比較合成例1で得られたIrに配位したビピリジン基を有するメソポーラス有機シリカ粉末Ir−BPy−PMO(0.24mmol−Ir/g,40.0mg,9.6μmol−Ir,0.048mmol%−Ir)を固体触媒として用い、反応時間を24時間に変更した以外は実施例5と同様にして、下記反応式(C2):
(Comparative example 2)
Instead of the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO obtained in Synthesis Example 1, a mesoporous organic silica powder having a bipyridine group coordinated to Ir obtained in Comparative Synthesis Example 1 Ir-BPy- PMO (0.24 mmol-Ir / g, 40.0 mg, 9.6 μmol-Ir, 0.048 mmol% -Ir) was used as a solid catalyst, and the reaction time was changed to 24 hours in the same manner as in Example 5. , The following reaction formula (C2):
で表される、メタノール水溶液の脱水素反応を行った。発生したガスの量及び成分を実施例5と同様にして測定し、水素ガスの反応収率を求めたところ、1%未満であった。 The dehydrogenation reaction of the aqueous methanol solution represented by The amount and components of the generated gas were measured in the same manner as in Example 5, and the reaction yield of hydrogen gas was determined to be less than 1%.
(実施例6)
攪拌子を備えた反応容器に、固体触媒として合成例1で得られたIrに配位した水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラス有機シリカ粉末Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMO(0.255mmol−Ir/g,39.2mg,10μmol−Ir)を秤量し、さらに、ギ酸(921mg,20mmol)、水(10ml)及びNaOH(3.2mg,0.08mmol)を添加した。ミリガスメーターを接続した還流管を前記反応容器に装着した後、この反応容器を90℃のオイルバスに浸して、下記反応式(E4):
(Example 6)
In a reaction vessel equipped with a stirrer, a mesoporous organic silica powder having a hydroxyl group-containing bipyridine group coordinated to Ir obtained in Synthesis Example 1 as a solid catalyst Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO (0. 255 mmol-Ir / g, 39.2 mg, 10 μmol-Ir) was weighed, and formic acid (921 mg, 20 mmol), water (10 ml) and NaOH (3.2 mg, 0.08 mmol) were added. After attaching a reflux pipe connected to a milligas meter to the reaction vessel, the reaction vessel was immersed in an oil bath at 90 ° C. to give the following reaction formula (E4):
で表される、ギ酸水溶液の脱水素反応を1時間継続した。発生したガスの量をミリガスメーターにより測定するとともに、発生したガスの成分をガスクロマトグラフィー(株式会社島津製作所製「GC−8A」、検出器:TCD)により測定して、水素ガスの反応収率を求めたところ、99%以上であった。 The dehydrogenation reaction of the formic acid aqueous solution represented by the following was continued for 1 hour. The amount of generated gas was measured by a millimeter gas meter, and the components of the generated gas were measured by gas chromatography (“GC-8A” manufactured by Shimadzu Corporation, detector: TCD), and the reaction yield of hydrogen gas was measured. Was 99% or more.
(実施例7)
ギ酸の代わりにギ酸ナトリウム(1.36g,20mmol)を用い、反応時間を24時間に変更した以外は、実施例6と同様にして、下記反応式(E5):
(Example 7)
The following reaction formula (E5) was carried out in the same manner as in Example 6 except that sodium formate (1.36 g, 20 mmol) was used instead of formic acid and the reaction time was changed to 24 hours.
で表される、ギ酸ナトリウム水溶液の脱水素反応を行った。発生したガスの量及び成分を実施例6と同様にして測定し、水素ガスの反応収率を求めたところ、99%であった。 The dehydrogenation reaction of the sodium formate aqueous solution represented by The amount and the components of the generated gas were measured in the same manner as in Example 6, and the reaction yield of hydrogen gas was determined to be 99%.
図15に示したように、固体触媒としてIrに配位した水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラス有機シリカ粉末を用いた場合(実施例5)には、Irに配位したビピリジン基を有するメソポーラス有機シリカ粉末を用いた場合(比較例2)に比べて、メタノール水溶液の脱水素反応によって高い収率で水素ガスが得られることがわかった。また、ギ酸水溶液(実施例6)又はギ酸ナトリウム水溶液(実施例7)についても、本発明の固体触媒を用いて脱水素化することによって、極めて高い収率で水素ガスが得られることがわかった。 As shown in FIG. 15, when a mesoporous organic silica powder having a hydroxyl group-containing bipyridine group coordinated to Ir was used as a solid catalyst (Example 5), the mesoporous organic silica having a bipyridine group coordinated to Ir was used. It was found that hydrogen gas can be obtained in a higher yield by the dehydrogenation reaction of the aqueous methanol solution as compared with the case of using the powder (Comparative Example 2). It was also found that hydrogen gas can be obtained in an extremely high yield by dehydrogenating the aqueous formic acid solution (Example 6) or the aqueous sodium formate solution (Example 7) using the solid catalyst of the present invention. ..
(実施例8)
ガラス製反応容器(内径9mm、外径12mm)に、固体触媒として合成例2で得られたIrに配位したビピリドン基を有するメソポーラス有機シリカ粉末Ir−BPyd−BPh−PMO(0.198mmol−Ir/g,120mg,24μmol−Ir)を充填し、マントルヒーターで135℃に加熱した。その後、最大流量5ml/minでキャリアガス(Ar)を流通させた。メタノール水溶液(メタノール/水=1/4(モル比))をシリンジに入れ、このシリンジをマイクロフィーダーに装着して前記メタノール水溶液を1ml/hの流速で流通させて、下記反応式(E6):
(Example 8)
In a glass reaction container (inner diameter 9 mm, outer diameter 12 mm), a mesoporous organic silica powder having a bipyridone group coordinated to Ir obtained in Synthesis Example 2 as a solid catalyst Ir-BPyd-BPh-PMO (0.198 mmol-Ir). / G, 120 mg, 24 μmol-Ir) was charged and heated to 135 ° C. with a mantle heater. Then, the carrier gas (Ar) was circulated at a maximum flow rate of 5 ml / min. An aqueous methanol solution (methanol / water = 1/4 (molar ratio)) was placed in a syringe, the syringe was attached to a micro feeder, and the aqueous methanol solution was circulated at a flow rate of 1 ml / h, and the following reaction formula (E6):
で表される、メタノール水溶液の脱水素気相反応を3時間継続し、発生したガスを30分毎にガスパックに回収した。発生したガスの成分をガスクロマトグラフィー(株式会社島津製作所製「GC−8A」、検出器:TCD)により測定して、30分毎の水素ガスの発生量を求め、水素生成速度を算出した。その結果を図16に示す。 The dehydrogenation gas phase reaction of the aqueous methanol solution represented by (3) was continued for 3 hours, and the generated gas was collected in a gas pack every 30 minutes. The components of the generated gas were measured by gas chromatography ("GC-8A" manufactured by Shimadzu Corporation, detector: TCD), the amount of hydrogen gas generated was calculated every 30 minutes, and the hydrogen generation rate was calculated. The result is shown in FIG.
図16に示したように、いずれの反応単位時間(30分間)においても、4×10−4mol/h以上の水素生成速度が維持されていることがわかった。また、前記固体触媒は、反応3時間後の触媒回転数がTON=57であった。 As shown in FIG. 16, it was found that the hydrogen generation rate of 4 × 10 −4 mol / h or more was maintained at any reaction unit time (30 minutes). Further, the solid catalyst had a catalyst rotation speed of TON = 57 after 3 hours of reaction.
(実施例9)
固体触媒として合成例4で得られたIrに配位したビピリドン基を有するメソポーラスシリカIr−C3−BPyd−C3−FSM16(0.228mmol−Ir/g,105mg,24μmol−Ir)を用い、脱水素気相反応を6時間継続し、発生したガスを60分毎に回収した以外は実施例8と同様にして、下記反応式(E7):
(Example 9)
Using mesoporous silica Ir-C3-BPyd-C3-FSM16 (0.228 mmol-Ir / g, 105 mg, 24 μmol-Ir) having a bipyridone group coordinated to Ir obtained in Synthesis Example 4 as a solid catalyst, dehydrogenation The following reaction formula (E7):
で表される、メタノール水溶液の脱水素気相反応を行い、水素生成速度を算出した。その結果を図17に示す。 The dehydrogenation gas phase reaction of an aqueous methanol solution represented by The result is shown in FIG.
図17に示したように、いずれの反応単位時間(60分間)においても、4×10−4mol/h以上の水素生成速度が維持されていることがわかった。また、前記固体触媒は、反応6時間後の触媒回転数がTON=112であった。 As shown in FIG. 17, it was found that the hydrogen generation rate of 4 × 10 −4 mol / h or more was maintained at any reaction unit time (60 minutes). Further, the solid catalyst had a catalyst rotation speed of TON = 112 after 6 hours of reaction.
(比較例3)
アルゴン雰囲気下、攪拌子及び還流管を備えた二口試験管に、均一系触媒としてAngew.Chem.Int.Ed.,2015,54(31),pp9057−9060に記載の方法に準拠して調製したイリジウム錯体[IrCp*(bpyd)(OH)]Na(前記式中、Cp*はテトラメチルシクロペンタジエニル配位子を表し、bpydは2,2’−ビピリドナート配位子を表す。5.3mg,10μmol)を秤量し、さらに、メタノール(641mg,20mmol)及び水(1.44g,80mmol)を添加した。ミリガスメーターを接続した還流管を前記二口試験管に装着した後、この二口試験管を135℃のオイルバスに浸して、下記反応式(C3):
(Comparative example 3)
In a 2-necked test tube equipped with a stirrer and a reflux tube under an argon atmosphere, Angew. Chem. Int. Ed. , 2015, 54 (31), pp 9057-9060, prepared by the iridium complex [IrCp * (bpyd) (OH)] Na (in the above formula, Cp * is tetramethylcyclopentadienyl coordination). Represents a child, and bpyd represents a 2,2′-bipyridonato ligand. 5.3 mg, 10 μmol) was weighed, and methanol (641 mg, 20 mmol) and water (1.44 g, 80 mmol) were further added. After attaching a reflux tube connected to a millimeter gas meter to the two-necked test tube, the two-necked test tube was immersed in an oil bath at 135 ° C., and the following reaction formula (C3):
で表される、メタノール水溶液の脱水素液相反応を3時間継続し、発生したガスを30分毎にガスパックに回収した。発生したガスの量をミリガスメーターにより測定するとともに、発生したガスの成分をガスクロマトグラフィー(株式会社島津製作所製「GC−8A」、検出器:TCD)により測定して、水素ガスの反応収率を求めたところ、0.24%であった。また、30分毎の水素ガスの発生量を求め、水素生成速度を算出した。その結果を図18に示す。 The dehydrogenation liquid phase reaction of the aqueous methanol solution represented by (3) was continued for 3 hours, and the generated gas was collected in a gas pack every 30 minutes. The amount of generated gas was measured by a millimeter gas meter, and the components of the generated gas were measured by gas chromatography (“GC-8A” manufactured by Shimadzu Corporation, detector: TCD), and the reaction yield of hydrogen gas was measured. Was 0.24%. In addition, the amount of hydrogen gas generated was calculated every 30 minutes, and the hydrogen generation rate was calculated. The result is shown in FIG.
図18に示したように、水素生成速度は、最大でも0.22×10−4mol/hであり、実施例8で用いた固体触媒に比べて遅く、また、反応時間の経過とともに低下することがわかった。さらに、前記均一系触媒は、反応3時間後の触媒回転数がTON=14であり、実施例8で用いた固体触媒に比べて、活性が低いことがわかった。 As shown in FIG. 18, the hydrogen production rate was 0.22 × 10 −4 mol / h at the maximum, which was slower than that of the solid catalyst used in Example 8, and decreased with the passage of reaction time. I understood it. Furthermore, it was found that the homogeneous catalyst had a catalyst rotation speed of TON = 14 after 3 hours of reaction, and had a lower activity than the solid catalyst used in Example 8.
(実施例10)
前記Ir−BPyd−BPh−PMO(0.198mmol−Ir/g)の充填量を2.0g(400μmol−Ir)に変更し、マントルヒーターによる加熱温度を180℃に変更した以外は実施例8と同様にして、メタノール水溶液の脱水素気相反応を行い、水素生成速度を算出した。その結果を図19に示す。
(Example 10)
Example 8 except that the filling amount of Ir-BPyd-BPh-PMO (0.198 mmol-Ir / g) was changed to 2.0 g (400 μmol-Ir) and the heating temperature by the mantle heater was changed to 180 ° C. Similarly, dehydrogenation gas phase reaction of an aqueous methanol solution was performed to calculate the hydrogen generation rate. The result is shown in FIG.
図19に示したように、いずれの反応単位時間(30分間)においても、20×10−4mol/h以上の水素生成速度が維持されていることが確認された。以上の結果から、触媒の使用量を増加させた場合でも、副生するCO2の影響を受けずに触媒活性が持続することがわかった。 As shown in FIG. 19, it was confirmed that the hydrogen generation rate of 20 × 10 −4 mol / h or more was maintained at any reaction unit time (30 minutes). From the above results, it was found that even when the amount of the catalyst used was increased, the catalytic activity continued without being affected by CO 2 produced as a by-product.
(実施例11)
メタノール水溶液中のメタノールと水とのモル比(メタノール/水)を1/9に変更し、メタノール水溶液の流速を0.2ml/hに変更した以外は実施例10と同様にして、メタノール水溶液の脱水素気相反応を行い、水素ガスの収率を算出した。その結果を図20に示す。
(Example 11)
A methanol aqueous solution was prepared in the same manner as in Example 10 except that the molar ratio of methanol to water in the aqueous methanol solution (methanol / water) was changed to 1/9, and the flow rate of the aqueous methanol solution was changed to 0.2 ml / h. A dehydrogenation gas phase reaction was performed and the yield of hydrogen gas was calculated. The result is shown in FIG.
図20に示したように、いずれの反応単位時間(30分間)においても、50%以上の収率(メタノール基準)で水素生成反応が進行することが確認された。以上の結果から、メタノール水溶液と固体触媒との接触時間が長い低流速の条件でも、副生するCO2の影響を受けずに触媒活性が持続することがわかった。 As shown in FIG. 20, it was confirmed that the hydrogen generation reaction proceeded at a yield of 50% or more (based on methanol) at any reaction unit time (30 minutes). From the above results, it was found that the catalytic activity was sustained without being affected by CO 2 produced as a by-product even under the condition of low flow rate in which the contact time between the aqueous methanol solution and the solid catalyst was long.
(実施例12)
アルゴン雰囲気下、攪拌子及び還流管を備えた二口シュレンク管に、固体触媒として合成例1で得られたIrに配位した水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラス有機シリカ粉末Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMO(0.25mmol−Ir/g,8.0mg,2.0μmol−Ir)、脱水トルエン(3ml)及び1−(4−メトキシフェニル)エタノール(152.2mg,1mmol)を秤量した。この二口シュレンク管を130℃のオイルバスに浸し、6時間加熱還流させて、下記反応式(E8):
(Example 12)
Mesoporous organic silica powder Ir- (HO) BPy (having a hydroxyl group-containing bipyridine group coordinated to Ir obtained in Synthesis Example 1 as a solid catalyst was placed in a two-necked Schlenk tube equipped with a stirrer and a reflux tube under an argon atmosphere. OH) -BPh-PMO (0.25 mmol-Ir / g, 8.0 mg, 2.0 μmol-Ir), dehydrated toluene (3 ml) and 1- (4-methoxyphenyl) ethanol (152.2 mg, 1 mmol) were weighed. did. The two-necked Schlenk tube was immersed in an oil bath at 130 ° C., heated and refluxed for 6 hours, and the following reaction formula (E8):
で表される、1−(4−メトキシフェニル)エタノールの脱水素反応(第二級アルコールに対する触媒量:0.20mol%−Ir)を行った(これを新規利用とする)。放冷後、前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを、メンブレンフィルターを用いてろ過により回収し、脱水トルエン(15ml)で洗浄した。また、得られたろ液に内部標準物質としてビフェニルを添加し、1H−NMR又はガスクロマトグラフィー(GL−Sciences社製「GC−4000Plus」、検出器:FID)により4’−メトキシアセトフェノンの生成量を測定して、反応収率を求めたところ、99%であった。 The dehydrogenation reaction of 1- (4-methoxyphenyl) ethanol represented by the formula (catalyst amount relative to secondary alcohol: 0.20 mol% -Ir) was carried out (this is newly used). After cooling, the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was collected by filtration using a membrane filter and washed with dehydrated toluene (15 ml). In addition, biphenyl was added to the obtained filtrate as an internal standard substance, and the amount of 4′-methoxyacetophenone produced by 1 H-NMR or gas chromatography (“GC-4000 Plus” manufactured by GL-Sciences, detector: FID). Was measured to obtain the reaction yield, which was 99%.
次に、回収した前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを用いて固体触媒の再利用実験を行った。すなわち、合成例1で得られた前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOの代わりに、回収した前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを固体触媒として用いた以外は前記新規利用時と同様にして、前記反応式(E8)で表される、1−(4−メトキシフェニル)エタノールの脱水素反応を行った(これを1回目の再利用とする)。その後、前記新規利用時と同様にして、前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを回収するとともに、4’−メトキシアセトフェノンの生成量を測定して1回目の再利用における反応収率を求めた。また、これら一連の操作を繰返して再利用実験を行い、2回目の再利用における反応収率を求めた。その結果、1回目の再利用における反応収率は99%、2回目の再利用における反応収率は99%であった。 Next, a reuse experiment of the solid catalyst was conducted using the recovered Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO. That is, the recovered Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was used as a solid catalyst instead of the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO obtained in Synthesis Example 1. Was subjected to the dehydrogenation reaction of 1- (4-methoxyphenyl) ethanol represented by the reaction formula (E8) in the same manner as in the case of the new use (this is the first reuse). Then, the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO is recovered and the amount of 4'-methoxyacetophenone produced is measured in the same manner as in the case of the new use to measure the reaction yield in the first reuse. I asked for the rate. In addition, a recycling experiment was conducted by repeating these series of operations, and the reaction yield in the second recycling was obtained. As a result, the reaction yield in the first reuse was 99%, and the reaction yield in the second reuse was 99%.
(実施例13)
1−(4−メトキシフェニル)エタノールの代わりに1−(2−メトキシフェニル)エタノール(152.2mg,1mmol)を用いた以外は実施例12と同様にして、下記反応式(E9):
(Example 13)
The following reaction formula (E9) was carried out in the same manner as in Example 12 except that 1- (2-methoxyphenyl) ethanol (152.2 mg, 1 mmol) was used instead of 1- (4-methoxyphenyl) ethanol.
で表される、1−(2−メトキシフェニル)エタノールの脱水素反応(第二級アルコールに対する触媒量:0.20mol%−Ir)を行った(これを新規利用とする)後、固体触媒Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを回収した。また、実施例12と同様にして2’−メトキシアセトフェノンの生成量を測定し、反応収率を求めたところ、87%であった。 The dehydrogenation reaction of 1- (2-methoxyphenyl) ethanol represented by the formula (catalyst amount relative to secondary alcohol: 0.20 mol% -Ir) was performed (this is a new use), and then the solid catalyst Ir was used. The-(HO) BPy (OH) -BPh-PMO was recovered. The amount of 2'-methoxyacetophenone produced was measured in the same manner as in Example 12, and the reaction yield was determined to be 87%.
次に、回収した前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを用いて固体触媒の再利用実験を行った。すなわち、合成例1で得られた前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOの代わりに、回収した前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを固体触媒として用いた以外は前記新規利用時と同様にして、前記反応式(E9)で表される、1−(2−メトキシフェニル)エタノールの脱水素反応を行った(これを1回目の再利用とする)。その後、前記新規利用時と同様にして、前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを回収するとともに、2’−メトキシアセトフェノンの生成量を測定して1回目の再利用における反応収率を求めた。また、これら一連の操作を繰返して再利用実験を行い、2回目の再利用における反応収率を求めた。その結果、1回目の再利用における反応収率は81%、2回目の再利用における反応収率は74%であった。 Next, a reuse experiment of the solid catalyst was conducted using the recovered Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO. That is, the recovered Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was used as a solid catalyst instead of the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO obtained in Synthesis Example 1. Was subjected to the dehydrogenation reaction of 1- (2-methoxyphenyl) ethanol represented by the reaction formula (E9) in the same manner as in the case of the new use (this is referred to as the first reuse). After that, the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO is recovered and the amount of 2'-methoxyacetophenone produced is measured in the same manner as in the case of the new use to measure the reaction yield in the first reuse. I asked for the rate. In addition, a recycling experiment was conducted by repeating these series of operations, and the reaction yield in the second recycling was obtained. As a result, the reaction yield in the first reuse was 81%, and the reaction yield in the second reuse was 74%.
(実施例14)
1−(4−メトキシフェニル)エタノールの代わりに1−(4−tert−ブチルフェニル)エタノール(178.3mg,1mmol)を用いた以外は実施例12と同様にして、下記反応式(E10):
(Example 14)
The following reaction formula (E10) was carried out in the same manner as in Example 12 except that 1- (4-tert-butylphenyl) ethanol (178.3 mg, 1 mmol) was used instead of 1- (4-methoxyphenyl) ethanol.
で表される、1−(4−tert−ブチルフェニル)エタノールの脱水素反応(第二級アルコールに対する触媒量:0.20mol%−Ir)を行った(これを新規利用とする)後、固体触媒Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを回収した。また、実施例12と同様にして4’−tert−ブチルアセトフェノンの生成量を測定し、反応収率を求めたところ、98%であった。 The dehydrogenation reaction of 1- (4-tert-butylphenyl) ethanol (catalyst amount relative to secondary alcohol: 0.20 mol% -Ir) represented by The catalyst Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was recovered. Further, the production amount of 4'-tert-butylacetophenone was measured in the same manner as in Example 12, and the reaction yield was determined to be 98%.
次に、回収した前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを用いて固体触媒の再利用実験を行った。すなわち、合成例1で得られた前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOの代わりに、回収した前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを固体触媒として用いた以外は前記新規利用時と同様にして、前記反応式(E10)で表される、1−(4−tert−ブチルフェニル)エタノールの脱水素反応を行った(これを1回目の再利用とする)。その後、前記新規利用時と同様にして、前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを回収するとともに、4’−tert−ブチルアセトフェノンの生成量を測定して1回目の再利用における反応収率を求めた。また、これら一連の操作を繰返して再利用実験を行い、2回目の再利用における反応収率を求めた。その結果、1回目の再利用における反応収率は99%、2回目の再利用における反応収率は99%であった。 Next, a reuse experiment of the solid catalyst was conducted using the recovered Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO. That is, the recovered Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was used as a solid catalyst instead of the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO obtained in Synthesis Example 1. Was subjected to the dehydrogenation reaction of 1- (4-tert-butylphenyl) ethanol represented by the reaction formula (E10) in the same manner as the above-mentioned new use (this is the first reuse). .. Then, in the same manner as in the case of the new use, the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO is recovered, and the production amount of 4'-tert-butylacetophenone is measured to measure the amount in the first reuse. The reaction yield was determined. In addition, a recycling experiment was conducted by repeating these series of operations, and the reaction yield in the second recycling was obtained. As a result, the reaction yield in the first reuse was 99%, and the reaction yield in the second reuse was 99%.
(実施例15)
1−(4−メトキシフェニル)エタノールの代わりに1−(4−クロロフェニル)エタノール(156.6mg,1mmol)を用いた以外は実施例12と同様にして、下記反応式(E11):
(Example 15)
The following reaction formula (E11) was carried out in the same manner as in Example 12 except that 1- (4-chlorophenyl) ethanol (156.6 mg, 1 mmol) was used instead of 1- (4-methoxyphenyl) ethanol.
で表される、1−(4−クロロフェニル)エタノールの脱水素反応(第二級アルコールに対する触媒量:0.20mol%−Ir)を行った(これを新規利用とする)後、固体触媒Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを回収した。また、実施例12と同様にして4’−クロロアセトフェノンの生成量を測定し、反応収率を求めたところ、98%であった。 The dehydrogenation reaction of 1- (4-chlorophenyl) ethanol represented by the following formula (catalyst amount relative to secondary alcohol: 0.20 mol% -Ir) was performed (this is newly used), and then the solid catalyst Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was recovered. The amount of 4'-chloroacetophenone produced was measured in the same manner as in Example 12, and the reaction yield was determined to be 98%.
次に、回収した前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを用いて固体触媒の再利用実験を行った。すなわち、合成例1で得られた前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOの代わりに、回収した前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを固体触媒として用いた以外は前記新規利用時と同様にして、前記反応式(E11)で表される、1−(4−クロロフェニル)エタノールの脱水素反応を行った(これを1回目の再利用とする)。その後、前記新規利用時と同様にして、前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを回収するとともに、4’−クロロアセトフェノンの生成量を測定して1回目の再利用における反応収率を求めた。また、これら一連の操作を繰返して再利用実験を行い、2回目の再利用における反応収率を求めた。その結果、1回目の再利用における反応収率は98%、2回目の再利用における反応収率は99%であった。 Next, a reuse experiment of the solid catalyst was conducted using the recovered Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO. That is, the recovered Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was used as a solid catalyst instead of the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO obtained in Synthesis Example 1. Performed the dehydrogenation reaction of 1- (4-chlorophenyl) ethanol represented by the reaction formula (E11) in the same manner as in the case of the new use (this is the first reuse). Then, as in the case of the new use, the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO is recovered, and the amount of 4'-chloroacetophenone produced is measured to measure the reaction yield in the first reuse. I asked for the rate. In addition, a recycling experiment was conducted by repeating these series of operations, and the reaction yield in the second recycling was obtained. As a result, the reaction yield in the first reuse was 98%, and the reaction yield in the second reuse was 99%.
(実施例16)
1−(4−メトキシフェニル)エタノールの代わりに1−(4−ブロモフェニル)エタノール(201.1mg,1mmol)を用いた以外は実施例12と同様にして、下記反応式(E12):
(Example 16)
The following reaction formula (E12) was carried out in the same manner as in Example 12 except that 1- (4-bromophenyl) ethanol (201.1 mg, 1 mmol) was used instead of 1- (4-methoxyphenyl) ethanol.
で表される、1−(4−ブロモフェニル)エタノールの脱水素反応(第二級アルコールに対する触媒量:0.20mol%−Ir)を行った(これを新規利用とする)後、固体触媒Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを回収した。また、実施例12と同様にして4’−ブロモアセトフェノンの生成量を測定し、反応収率を求めたところ、98%であった。 The dehydrogenation reaction of 1- (4-bromophenyl) ethanol (catalyst amount relative to secondary alcohol: 0.20 mol% -Ir) represented by The-(HO) BPy (OH) -BPh-PMO was recovered. The amount of 4'-bromoacetophenone produced was measured in the same manner as in Example 12, and the reaction yield was determined to be 98%.
次に、回収した前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを用いて固体触媒の再利用実験を行った。すなわち、合成例1で得られた前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOの代わりに、回収した前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを固体触媒として用いた以外は前記新規利用時と同様にして、前記反応式(E12)で表される、1−(4−ブロモフェニル)エタノールの脱水素反応を行った(これを1回目の再利用とする)。その後、前記新規利用時と同様にして、前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを回収するとともに、4’−ブロモアセトフェノンの生成量を測定して1回目の再利用における反応収率を求めた。また、これら一連の操作を繰返して再利用実験を行い、2回目の再利用における反応収率を求めた。その結果、1回目の再利用における反応収率は98%、2回目の再利用における反応収率は98%であった。 Next, a reuse experiment of the solid catalyst was conducted using the recovered Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO. That is, the recovered Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was used as a solid catalyst instead of the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO obtained in Synthesis Example 1. Was subjected to the dehydrogenation reaction of 1- (4-bromophenyl) ethanol represented by the above reaction formula (E12) in the same manner as the above-mentioned new use (this is the first reuse). After that, the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO is recovered and the amount of 4'-bromoacetophenone produced is measured in the same manner as in the case of the new use to measure the reaction yield in the first reuse. I asked for the rate. In addition, a recycling experiment was conducted by repeating these series of operations, and the reaction yield in the second recycling was obtained. As a result, the reaction yield in the first reuse was 98%, and the reaction yield in the second reuse was 98%.
(実施例17)
1−(4−メトキシフェニル)エタノールの代わりに1−[4−(トリフルオロメチル)フェニル]エタノール(190.2mg,1mmol)を用いた以外は実施例12と同様にして、下記反応式(E13):
(Example 17)
The following reaction formula (E13) was carried out in the same manner as in Example 12 except that 1- [4- (trifluoromethyl) phenyl] ethanol (190.2 mg, 1 mmol) was used instead of 1- (4-methoxyphenyl) ethanol. ):
で表される、1−[4−(トリフルオロメチル)フェニル]エタノールの脱水素反応(第二級アルコールに対する触媒量:0.20mol%−Ir)を行った(これを新規利用とする)後、固体触媒Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを回収した。また、実施例12と同様にして4’−(トリフルオロメチル)アセトフェノンの生成量を測定し、反応収率を求めたところ、83%であった。 After the dehydrogenation reaction of 1- [4- (trifluoromethyl) phenyl] ethanol represented by the formula (catalyst amount with respect to secondary alcohol: 0.20 mol% -Ir) was performed (this is newly used) The solid catalyst Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was recovered. Further, the production amount of 4 '-(trifluoromethyl) acetophenone was measured in the same manner as in Example 12, and the reaction yield was determined to be 83%.
次に、回収した前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを用いて固体触媒の再利用実験を行った。すなわち、合成例1で得られた前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOの代わりに、回収した前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを固体触媒として用いた以外は前記新規利用時と同様にして、前記反応式(E13)で表される、1−[4−(トリフルオロメチル)フェニル]エタノールの脱水素反応を行った(これを1回目の再利用とする)。その後、前記新規利用時と同様にして、前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを回収するとともに、4’−(トリフルオロメチル)アセトフェノンの生成量を測定して1回目の再利用における反応収率を求めた。また、これら一連の操作を繰返して再利用実験を行い、2回目の再利用における反応収率を求めた。その結果、1回目の再利用における反応収率は87%、2回目の再利用における反応収率は82%であった。 Next, a reuse experiment of the solid catalyst was conducted using the recovered Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO. That is, the recovered Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was used as a solid catalyst instead of the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO obtained in Synthesis Example 1. Performed the dehydrogenation reaction of 1- [4- (trifluoromethyl) phenyl] ethanol represented by the above reaction formula (E13) in the same manner as in the case of the new use (this is referred to as the first reuse). To). After that, the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was recovered and the amount of 4 '-(trifluoromethyl) acetophenone produced was measured in the same manner as in the case of the new use, and the first re-use The reaction yield in use was determined. In addition, a recycling experiment was conducted by repeating these series of operations, and the reaction yield in the second recycling was obtained. As a result, the reaction yield in the first reuse was 87%, and the reaction yield in the second reuse was 82%.
(実施例18)
1−(4−メトキシフェニル)エタノールの代わりに1−(4−シアノフェニル)エタノール(147.2mg,1mmol)を用い、前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMO(0.25mmol−Ir/g)の量を20.0mg(5.0μmol−Ir)に変更した以外は実施例12と同様にして、下記反応式(E14):
(Example 18)
1- (4-Cyanophenyl) ethanol (147.2 mg, 1 mmol) was used in place of 1- (4-methoxyphenyl) ethanol, and the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO (0.25 mmol-) was used. The following reaction formula (E14) was carried out in the same manner as in Example 12 except that the amount of Ir / g) was changed to 20.0 mg (5.0 μmol-Ir).
で表される、1−(4−シアノフェニル)エタノールの脱水素反応(第二級アルコールに対する触媒量:0.50mol%−Ir)を行った(これを新規利用とする)後、固体触媒Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを回収した。また、実施例12と同様にして4’−シアノアセトフェノンの生成量を測定し、反応収率を求めたところ、84%であった。 The dehydrogenation reaction of 1- (4-cyanophenyl) ethanol represented by The-(HO) BPy (OH) -BPh-PMO was recovered. The amount of 4'-cyanoacetophenone produced was measured in the same manner as in Example 12, and the reaction yield was determined to be 84%.
次に、回収した前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを用いて固体触媒の再利用実験を行った。すなわち、合成例1で得られた前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOの代わりに、回収した前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを固体触媒として用いた以外は前記新規利用時と同様にして、前記反応式(E14)で表される、1−(4−シアノフェニル)エタノールの脱水素反応を行った(これを1回目の再利用とする)。その後、前記新規利用時と同様にして、前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを回収するとともに、4’−シアノアセトフェノンの生成量を測定して1回目の再利用における反応収率を求めた。また、これら一連の操作を繰返して再利用実験を行い、2回目の再利用における反応収率を求めた。その結果、1回目の再利用における反応収率は78%、2回目の再利用における反応収率は73%であった。 Next, a reuse experiment of the solid catalyst was conducted using the recovered Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO. That is, the recovered Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was used as a solid catalyst instead of the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO obtained in Synthesis Example 1. Was subjected to the dehydrogenation reaction of 1- (4-cyanophenyl) ethanol represented by the reaction formula (E14) in the same manner as in the case of the new use (this is the first reuse). Then, the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO is recovered and the amount of 4'-cyanoacetophenone produced is measured in the same manner as in the case of the new use to measure the reaction yield in the first reuse. I asked for the rate. In addition, a recycling experiment was conducted by repeating these series of operations, and the reaction yield in the second recycling was obtained. As a result, the reaction yield in the first reuse was 78%, and the reaction yield in the second reuse was 73%.
(実施例19)
1−(4−メトキシフェニル)エタノールの代わりに1−フェニル−1−プロパノール(136.2mg,1mmol)を用いた以外は実施例12と同様にして、下記反応式(E15):
(Example 19)
The following reaction formula (E15) was carried out in the same manner as in Example 12 except that 1-phenyl-1-propanol (136.2 mg, 1 mmol) was used instead of 1- (4-methoxyphenyl) ethanol.
で表される、1−フェニル−1−プロパノールの脱水素反応(第二級アルコールに対する触媒量:0.20mol%−Ir)を行った(これを新規利用とする)後、固体触媒Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを回収した。また、実施例12と同様にしてプロピオフェノンの生成量を測定し、反応収率を求めたところ、99%であった。 The dehydrogenation reaction of 1-phenyl-1-propanol represented by the following formula (catalyst amount to secondary alcohol: 0.20 mol% -Ir) was performed (this is newly used), and then the solid catalyst Ir- ( HO) BPy (OH) -BPh-PMO was recovered. The amount of propiophenone produced was measured in the same manner as in Example 12, and the reaction yield was determined to be 99%.
次に、回収した前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを用いて固体触媒の再利用実験を行った。すなわち、合成例1で得られた前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOの代わりに、回収した前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを固体触媒として用いた以外は前記新規利用時と同様にして、前記反応式(E15)で表される、1−フェニル−1−プロパノールの脱水素反応を行った(これを1回目の再利用とする)。その後、前記新規利用時と同様にして、前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを回収するとともに、プロピオフェノンの生成量を測定して1回目の再利用における反応収率を求めた。また、これら一連の操作を繰返して再利用実験を行い、2回目の再利用における反応収率を求めた。その結果、1回目の再利用における反応収率は97%、2回目の再利用における反応収率は98%であった。 Next, a reuse experiment of the solid catalyst was conducted using the recovered Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO. That is, the recovered Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was used as a solid catalyst instead of the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO obtained in Synthesis Example 1. Was subjected to the dehydrogenation reaction of 1-phenyl-1-propanol represented by the above reaction formula (E15) in the same manner as in the case of the new use (this is the first reuse). Then, in the same manner as in the case of the new use, the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO is recovered and the amount of propiophenone produced is measured to determine the reaction yield in the first reuse. I asked. In addition, a recycling experiment was conducted by repeating these series of operations, and the reaction yield in the second recycling was obtained. As a result, the reaction yield in the first reuse was 97%, and the reaction yield in the second reuse was 98%.
(実施例20)
1−(4−メトキシフェニル)エタノールの代わりに2−オクタノール(130.2mg,1mmol)を用いた以外は実施例12と同様にして、下記反応式(E16):
(Example 20)
The following reaction formula (E16) was carried out in the same manner as in Example 12 except that 2-octanol (130.2 mg, 1 mmol) was used instead of 1- (4-methoxyphenyl) ethanol.
で表される、2−オクタノールの脱水素反応(第二級アルコールに対する触媒量:0.20mol%−Ir)を行った(これを新規利用とする)後、固体触媒Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを回収した。また、実施例12と同様にして2−オクタノンの生成量を測定し、反応収率を求めたところ、96%であった。 After the dehydrogenation reaction of 2-octanol (catalyst amount with respect to secondary alcohol: 0.20 mol% -Ir) represented by (using this as a new use), the solid catalyst Ir- (HO) BPy ( OH) -BPh-PMO was recovered. The amount of 2-octanone produced was measured in the same manner as in Example 12, and the reaction yield was determined to be 96%.
次に、回収した前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを用いて固体触媒の再利用実験を行った。すなわち、合成例1で得られた前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOの代わりに、回収した前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを固体触媒として用いた以外は前記新規利用時と同様にして、前記反応式(E16)で表される、2−オクタノールの脱水素反応を行った(これを1回目の再利用とする)。その後、前記新規利用時と同様にして、前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを回収するとともに、2−オクタノンの生成量を測定して1回目の再利用における反応収率を求めた。また、これら一連の操作を繰返して再利用実験を行い、2回目の再利用における反応収率を求めた。その結果、1回目の再利用における反応収率は96%、2回目の再利用における反応収率は94%であった。 Next, a reuse experiment of the solid catalyst was conducted using the recovered Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO. That is, the recovered Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was used as a solid catalyst instead of the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO obtained in Synthesis Example 1. Performed the dehydrogenation reaction of 2-octanol represented by the above reaction formula (E16) in the same manner as in the case of the above new use (this is the first reuse). Then, in the same manner as in the case of the new use, the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO is recovered, and the production amount of 2-octanone is measured to determine the reaction yield in the first reuse. I asked. In addition, a recycling experiment was conducted by repeating these series of operations, and the reaction yield in the second recycling was obtained. As a result, the reaction yield in the first reuse was 96%, and the reaction yield in the second reuse was 94%.
(実施例21)
1−(4−メトキシフェニル)エタノールの代わりに6−ウンデカノール(172.3mg,1mmol)を用い、前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMO(0.25mmol−Ir/g)の量を20.0mg(5.0μmol−Ir)に変更し、加熱還流時間を18時間に変更した以外は実施例12と同様にして、下記反応式(E17):
(Example 21)
6-Undecanol (172.3 mg, 1 mmol) was used in place of 1- (4-methoxyphenyl) ethanol, and the amount of Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO (0.25 mmol-Ir / g) was used. Was changed to 20.0 mg (5.0 μmol-Ir) and the heating reflux time was changed to 18 hours, and the following reaction formula (E17):
で表される、6−ウンデカノールの脱水素反応(第二級アルコールに対する触媒量:0.50mol%−Ir)を行った(これを新規利用とする)後、固体触媒Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを回収した。また、実施例12と同様にして6−ウンデカノンの生成量を測定し、反応収率を求めたところ、99%であった。 After the dehydrogenation reaction of 6-undecanol (catalyst amount relative to secondary alcohol: 0.50 mol% -Ir) represented by (using this as a new use), the solid catalyst Ir- (HO) BPy ( OH) -BPh-PMO was recovered. The amount of 6-undecanone produced was measured in the same manner as in Example 12, and the reaction yield was determined to be 99%.
次に、回収した前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを用いて固体触媒の再利用実験を行った。すなわち、合成例1で得られた前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOの代わりに、回収した前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを固体触媒として用いた以外は前記新規利用時と同様にして、前記反応式(E17)で表される、6−ウンデカノールの脱水素反応を行った(これを1回目の再利用とする)。その後、前記新規利用時と同様にして、前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを回収するとともに、6−ウンデカノンの生成量を測定して1回目の再利用における反応収率を求めた。また、これら一連の操作を繰返して再利用実験を行い、2回目の再利用における反応収率を求めた。その結果、1回目の再利用における反応収率は95%、2回目の再利用における反応収率は93%であった。 Next, a reuse experiment of the solid catalyst was conducted using the recovered Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO. That is, the recovered Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was used as a solid catalyst instead of the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO obtained in Synthesis Example 1. Was subjected to the dehydrogenation reaction of 6-undecanol represented by the reaction formula (E17) in the same manner as in the case of the new use (this is the first reuse). Then, the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO is recovered and the amount of 6-undecanone produced is measured to determine the reaction yield in the first reuse as in the case of the new use. I asked. In addition, a recycling experiment was conducted by repeating these series of operations, and the reaction yield in the second recycling was obtained. As a result, the reaction yield in the first reuse was 95%, and the reaction yield in the second reuse was 93%.
(実施例22)
1−(4−メトキシフェニル)エタノールの代わりにシクロヘキサノール(100.2mg,1mmol)を用いた以外は実施例12と同様にして、下記反応式(E18):
(Example 22)
The following reaction formula (E18) was carried out in the same manner as in Example 12 except that cyclohexanol (100.2 mg, 1 mmol) was used instead of 1- (4-methoxyphenyl) ethanol.
で表される、シクロヘキサノールの脱水素反応(第二級アルコールに対する触媒量:0.20mol%−Ir)を行った(これを新規利用とする)後、固体触媒Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを回収した。また、実施例12と同様にしてシクロヘキサノンの生成量を測定し、反応収率を求めたところ、77%であった。 The dehydrogenation reaction of cyclohexanol (catalyst amount with respect to secondary alcohol: 0.20 mol% -Ir) represented by ) -BPh-PMO was recovered. The amount of cyclohexanone produced was measured in the same manner as in Example 12, and the reaction yield was determined to be 77%.
次に、回収した前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを用いて固体触媒の再利用実験を行った。すなわち、合成例1で得られた前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOの代わりに、回収した前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを固体触媒として用いた以外は前記新規利用時と同様にして、前記反応式(E18)で表される、シクロヘキサノールの脱水素反応を行った(これを1回目の再利用とする)。その後、前記新規利用時と同様にして、前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを回収するとともに、シクロヘキサノンの生成量を測定して1回目の再利用における反応収率を求めた。また、これら一連の操作を繰返して再利用実験を行い、2回目の再利用における反応収率を求めた。その結果、1回目の再利用における反応収率は79%、2回目の再利用における反応収率は71%であった。 Next, a reuse experiment of the solid catalyst was conducted using the recovered Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO. That is, the recovered Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was used as a solid catalyst instead of the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO obtained in Synthesis Example 1. Was subjected to the dehydrogenation reaction of cyclohexanol represented by the above reaction formula (E18) in the same manner as in the case of the new use (this is the first reuse). After that, the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was recovered and the amount of cyclohexanone produced was measured to obtain the reaction yield in the first reuse, as in the case of the new use. .. In addition, a recycling experiment was conducted by repeating these series of operations, and the reaction yield in the second recycling was obtained. As a result, the reaction yield in the first reuse was 79%, and the reaction yield in the second reuse was 71%.
(実施例23)
1−(4−メトキシフェニル)エタノールの代わりにシクロペンタノール(86.1mg,1mmol)を用いた以外は実施例12と同様にして、下記反応式(E19):
(Example 23)
The following reaction formula (E19) was carried out in the same manner as in Example 12 except that cyclopentanol (86.1 mg, 1 mmol) was used instead of 1- (4-methoxyphenyl) ethanol.
で表される、シクロペンタノールの脱水素反応(第二級アルコールに対する触媒量:0.20mol%−Ir)を行った(これを新規利用とする)後、固体触媒Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを回収した。また、実施例12と同様にしてシクロペンタノンの生成量を測定し、反応収率を求めたところ、95%であった。 After the dehydrogenation reaction of cyclopentanol (catalyst amount with respect to secondary alcohol: 0.20 mol% -Ir) represented by (using this newly), the solid catalyst Ir- (HO) BPy ( OH) -BPh-PMO was recovered. The amount of cyclopentanone produced was measured in the same manner as in Example 12, and the reaction yield was determined to be 95%.
次に、回収した前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを用いて固体触媒の再利用実験を行った。すなわち、合成例1で得られた前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOの代わりに、回収した前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを固体触媒として用いた以外は前記新規利用時と同様にして、前記反応式(E19)で表される、シクロペンタノールの脱水素反応を行った(これを1回目の再利用とする)。その後、前記新規利用時と同様にして、前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを回収するとともに、シクロペンタノンの生成量を測定して1回目の再利用における反応収率を求めた。また、これら一連の操作を繰返して再利用実験を行い、2回目の再利用における反応収率を求めた。その結果、1回目の再利用における反応収率は95%、2回目の再利用における反応収率は95%であった。 Next, a reuse experiment of the solid catalyst was conducted using the recovered Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO. That is, the recovered Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was used as a solid catalyst instead of the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO obtained in Synthesis Example 1. Was subjected to the dehydrogenation reaction of cyclopentanol represented by the reaction formula (E19) in the same manner as in the case of the new use (this is the first reuse). Then, in the same manner as in the case of the new use, the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO is recovered and the amount of cyclopentanone produced is measured to determine the reaction yield in the first reuse. I asked. In addition, a recycling experiment was conducted by repeating these series of operations, and the reaction yield in the second recycling was obtained. As a result, the reaction yield in the first reuse was 95%, and the reaction yield in the second reuse was 95%.
(実施例24)
アルゴン雰囲気下、攪拌子及び還流管を備えた二口シュレンク管に、固体触媒として合成例1で得られたIrに配位した水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラス有機シリカ粉末Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMO(0.25mmol−Ir/g,10mg,2.5μmol−Ir)、脱水トルエン(10ml)及びベンジルアルコール(54.07mg,0.5mmol)を秤量した。この二口シュレンク管を130℃のオイルバスに浸し、18時間加熱還流させて、下記反応式(E20):
(Example 24)
Mesoporous organic silica powder Ir- (HO) BPy (having a hydroxyl group-containing bipyridine group coordinated to Ir obtained in Synthesis Example 1 as a solid catalyst was placed in a two-necked Schlenk tube equipped with a stirrer and a reflux tube under an argon atmosphere. OH) -BPh-PMO (0.25 mmol-Ir / g, 10 mg, 2.5 μmol-Ir), dehydrated toluene (10 ml) and benzyl alcohol (54.07 mg, 0.5 mmol) were weighed. The two-necked Schlenk tube was immersed in an oil bath at 130 ° C., heated and refluxed for 18 hours, and the following reaction formula (E20):
で表される、ベンジルアルコールの脱水素反応(第一級アルコールに対する触媒量:0.50mol%−Ir)を行った(これを新規利用とする)。放冷後、前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを、メンブレンフィルターを用いてろ過により回収し、脱水トルエン(15ml)で洗浄した。また、得られたろ液に内部標準物質としてビフェニルを添加し、1H−NMR又はガスクロマトグラフィー(GL−Sciences社製「GC−4000Plus」、検出器:FID)によりベンズアルデヒドの生成量を測定して、反応収率を求めたところ、98%であった。 The dehydrogenation reaction of benzyl alcohol (catalyst amount relative to primary alcohol: 0.50 mol% -Ir) represented by After cooling, the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was collected by filtration using a membrane filter and washed with dehydrated toluene (15 ml). In addition, biphenyl was added to the obtained filtrate as an internal standard substance, and the amount of benzaldehyde produced was measured by 1 H-NMR or gas chromatography (“GC-4000 Plus” manufactured by GL-Sciences, detector: FID). The reaction yield was determined to be 98%.
次に、回収した前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを用いて固体触媒の再利用実験を行った。すなわち、合成例1で得られた前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOの代わりに、回収した前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを固体触媒として用いた以外は前記新規利用時と同様にして、前記反応式(E20)で表される、ベンジルアルコールの脱水素反応を行った(これを1回目の再利用とする)。その後、前記新規利用時と同様にして、前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを回収するとともに、ベンズアルデヒドの生成量を測定して1回目の再利用における反応収率を求めた。また、これら一連の操作を繰返して再利用実験を行い、2回目の再利用における反応収率を求めた。その結果、1回目の再利用における反応収率は96%、2回目の再利用における反応収率は94%であった。 Next, a reuse experiment of the solid catalyst was conducted using the recovered Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO. That is, the recovered Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was used as a solid catalyst instead of the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO obtained in Synthesis Example 1. Was subjected to the dehydrogenation reaction of benzyl alcohol represented by the above reaction formula (E20) in the same manner as in the above new use (this is the first reuse). Then, as in the case of the new use, the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was recovered and the amount of benzaldehyde produced was measured to obtain the reaction yield in the first reuse. .. In addition, a recycling experiment was conducted by repeating these series of operations, and the reaction yield in the second recycling was obtained. As a result, the reaction yield in the first reuse was 96%, and the reaction yield in the second reuse was 94%.
(実施例25)
ベンジルアルコールの代わりに4−メトキシベンジルアルコール(69.09mg,0.5mmol)を用いた以外は実施例24と同様にして、下記反応式(E21):
(Example 25)
The following reaction formula (E21) was carried out in the same manner as in Example 24 except that 4-methoxybenzyl alcohol (69.09 mg, 0.5 mmol) was used instead of benzyl alcohol.
で表される、4−メトキシベンジルアルコールの脱水素反応(第一級アルコールに対する触媒量:0.50mol%−Ir)を行った(これを新規利用とする)後、固体触媒Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを回収した。また、実施例24と同様にして4−メトキシベンズアルデヒドの生成量を測定し、反応収率を求めたところ、100%であった。 After the dehydrogenation reaction of 4-methoxybenzyl alcohol (catalyst amount relative to the primary alcohol: 0.50 mol% -Ir) represented by (using this as a new use), the solid catalyst Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was recovered. The amount of 4-methoxybenzaldehyde produced was measured in the same manner as in Example 24, and the reaction yield was determined to be 100%.
(実施例26)
ベンジルアルコールの代わりに4−ブロモベンジルアルコール(93.52mg,0.5mmol)を用いた以外は実施例24と同様にして、下記反応式(E22):
(Example 26)
The following reaction formula (E22) was carried out in the same manner as in Example 24 except that 4-bromobenzyl alcohol (93.52 mg, 0.5 mmol) was used instead of benzyl alcohol.
で表される、4−ブロモベンジルアルコールの脱水素反応(第一級アルコールに対する触媒量:0.50mol%−Ir)を行った(これを新規利用とする)後、固体触媒Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを回収した。また、実施例24と同様にして4−ブロモベンズアルデヒドの生成量を測定し、反応収率を求めたところ、86%であった。 After the dehydrogenation reaction of 4-bromobenzyl alcohol (catalyst amount relative to primary alcohol: 0.50 mol% -Ir) represented by (using this as new use), solid catalyst Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was recovered. The amount of 4-bromobenzaldehyde produced was measured in the same manner as in Example 24, and the reaction yield was determined to be 86%.
(実施例27)
ベンジルアルコールの代わりにシクロヘキサンメタノール(57.10mg,0.5mmol)を用いた以外は実施例24と同様にして、下記反応式(E23):
(Example 27)
The following reaction formula (E23) was carried out in the same manner as in Example 24 except that cyclohexanemethanol (57.10 mg, 0.5 mmol) was used instead of benzyl alcohol.
で表される、シクロヘキサンメタノールの脱水素反応(第一級アルコールに対する触媒量:0.50mol%−Ir)を行った(これを新規利用とする)後、固体触媒Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを回収した。また、実施例24と同様にしてシクロヘキサンカルボキシアルデヒドの生成量を測定し、反応収率を求めたところ、50%であった。 Of the cyclohexanemethanol represented by the following formula (catalyst amount relative to primary alcohol: 0.50 mol% -Ir) (this is newly used), and then solid catalyst Ir- (HO) BPy (OH ) -BPh-PMO was recovered. The amount of cyclohexanecarboxaldehyde produced was measured in the same manner as in Example 24, and the reaction yield was determined to be 50%.
図21〜図23に示したように、1−(4−メトキシフェニル)エタノール(実施例12)、1−(2−メトキシフェニル)エタノール(実施例13)、1−(4−tert−ブチルフェニル)エタノール(実施例14)、1−(4−クロロフェニル)エタノール(実施例15)、1−(4−ブロモフェニル)エタノール(実施例16)、1−[4−(トリフルオロメチル)フェニル]エタノール(実施例17)、1−(4−シアノフェニル)エタノール(実施例18)、1−フェニル−1−プロパノール(実施例19)、2−オクタノール(実施例20)、6−ウンデカノール(実施例21)、シクロヘキサノール(実施例22)、シクロペンタノール(実施例23)等の各種第二級アルコールを、固体触媒としてIrに配位した水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラス有機シリカ粉末を用いて脱水素化することによって、高い収率で対応するケトンが得られることがわかった。また、前記固体触媒は再利用した場合でも、前記第二級アルコールの脱水素反応における高い収率が維持されており、繰返し使用できることがわかった。 As shown in FIGS. 21 to 23, 1- (4-methoxyphenyl) ethanol (Example 12), 1- (2-methoxyphenyl) ethanol (Example 13), 1- (4-tert-butylphenyl) ) Ethanol (Example 14), 1- (4-chlorophenyl) ethanol (Example 15), 1- (4-bromophenyl) ethanol (Example 16), 1- [4- (trifluoromethyl) phenyl] ethanol (Example 17), 1- (4-cyanophenyl) ethanol (Example 18), 1-phenyl-1-propanol (Example 19), 2-octanol (Example 20), 6-undecanol (Example 21). ), Cyclohexanol (Example 22) and cyclopentanol (Example 23). By dehydrogenation with mesoporous organic silica powder having a bipyridine group, it was found that the corresponding ketones are obtained in high yield. It was also found that even when the solid catalyst was reused, the high yield in the dehydrogenation reaction of the secondary alcohol was maintained, and the solid catalyst can be repeatedly used.
また、図24に示したように、ベンジルアルコール(実施例24)、4−メトキシベンジルアルコール(実施例25)、4−ブロモベンジルアルコール(実施例26)、シクロヘキサンメタノール(実施例27)等の各種第一級アルコールも、固体触媒としてIrに配位した水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラス有機シリカ粉末を用いて脱水素化することによって、高い収率で対応するアルデヒドが得られることがわかった。また、前記固体触媒は再利用した場合でも、前記第一級アルコールの脱水素反応における高い収率が維持されており、繰返し使用できることがわかった。 Further, as shown in FIG. 24, various kinds of benzyl alcohol (Example 24), 4-methoxybenzyl alcohol (Example 25), 4-bromobenzyl alcohol (Example 26), cyclohexanemethanol (Example 27) and the like. It was found that the primary alcohol can also be dehydrogenated using a mesoporous organic silica powder having a hydroxyl group-containing bipyridine group coordinated to Ir as a solid catalyst to obtain the corresponding aldehyde in a high yield. Further, it was found that even when the solid catalyst was reused, the high yield in the dehydrogenation reaction of the primary alcohol was maintained, and the solid catalyst can be repeatedly used.
(実施例28)
アルゴン雰囲気下、攪拌子及び還流管を備えた二口シュレンク管に、固体触媒として合成例1で得られたIrに配位した水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラス有機シリカ粉末Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMO(0.25mmol−Ir/g,10mg,2.5μmol−Ir)、脱水トルエン(10ml)及び2−オクタノール(65.1mg,0.5mmol)を秤量した。この二口シュレンク管を130℃のオイルバスに浸し、6時間加熱還流させて、下記反応式(E24):
(Example 28)
Mesoporous organic silica powder Ir- (HO) BPy (having a hydroxyl group-containing bipyridine group coordinated to Ir obtained in Synthesis Example 1 as a solid catalyst was placed in a two-necked Schlenk tube equipped with a stirrer and a reflux tube under an argon atmosphere. OH) -BPh-PMO (0.25 mmol-Ir / g, 10 mg, 2.5 μmol-Ir), dehydrated toluene (10 ml) and 2-octanol (65.1 mg, 0.5 mmol) were weighed. The two-necked Schlenk tube was immersed in an oil bath at 130 ° C., heated and refluxed for 6 hours, and the following reaction formula (E24):
で表される、2−オクタノールの脱水素反応(第二級アルコールに対する触媒量:0.50mol%−Ir)を行った(これを新規利用とする)。放冷後、前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを、メンブレンフィルターを用いてろ過により回収し、脱水トルエン(15ml)で洗浄した。また、得られたろ液に内部標準物質としてビフェニルを添加し、ガスクロマトグラフィー(GL−Sciences社製「GC−4000Plus」、検出器:FID)により2−オクタノンの生成量を測定して、反応収率を求めたところ、97%であった。 The dehydrogenation reaction of 2-octanol represented by the formula (catalyst amount relative to secondary alcohol: 0.50 mol% -Ir) was performed (this is newly used). After cooling, the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was collected by filtration using a membrane filter and washed with dehydrated toluene (15 ml). In addition, biphenyl was added to the obtained filtrate as an internal standard substance, the amount of 2-octanone produced was measured by gas chromatography (“GC-4000 Plus” manufactured by GL-Sciences, detector: FID), and the reaction yield was measured. When the rate was calculated, it was 97%.
次に、前記新規利用後に回収した前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを用いて固体触媒の再利用実験を行った。すなわち、合成例1で得られた前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOの代わりに、回収した前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを固体触媒として用い、2−オクタノールの代わりに、ベンジルアルコール(54.07mg,0.5mmol)を用い、加熱還流時間を18時間に変更した以外は前記新規利用時と同様にして、下記反応式(E25): Next, a reuse experiment of a solid catalyst was performed using the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO recovered after the new use. That is, instead of the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO obtained in Synthesis Example 1, the recovered Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was used as a solid catalyst. -In place of octanol, benzyl alcohol (54.07 mg, 0.5 mmol) was used, and the heating / refluxing time was changed to 18 hours, in the same manner as in the above new use, the following reaction formula (E25):
で表される、ベンジルアルコールの脱水素反応(第一級アルコールに対する触媒量:0.50mol%−Ir)を行った(これを1回目の再利用とする)。その後、前記新規利用時と同様にして、前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを回収するとともに、ベンズアルデヒドの生成量を測定して、1回目の再利用における反応収率を求めたところ、97%であった。 The dehydrogenation reaction of benzyl alcohol (catalyst amount relative to primary alcohol: 0.50 mol% -Ir) represented by the formula (1) was carried out (this is the first reuse). After that, the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO is recovered and the amount of benzaldehyde produced is measured to obtain the reaction yield in the first reuse, as in the case of the new use. As a result, it was 97%.
次に、前記1回目の再利用後に回収した前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを用いて固体触媒の再利用実験を行った。すなわち、合成例1で得られた前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOの代わりに、回収した前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを固体触媒として用い、2−オクタノールの代わりに、1−フェニルエタノール(61.1mg,0.5mmol)を用いた以外は前記新規利用時と同様にして、下記反応式(E26): Next, a reuse experiment of a solid catalyst was performed using the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO recovered after the first reuse. That is, instead of the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO obtained in Synthesis Example 1, the recovered Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO was used as a solid catalyst. The following reaction formula (E26):
で表される、1−フェニルエタノールの脱水素反応(第二級アルコールに対する触媒量:0.50mol%−Ir)を行った(これを2回目の再利用とする)。その後、前記新規利用時と同様にして、前記Ir−(HO)BPy(OH)−BPh−PMOを回収するとともに、アセトフェノンの生成量を測定して、2回目の再利用における反応収率を求めたところ、95%であった。 The dehydrogenation reaction of 1-phenylethanol represented by the formula (catalyst amount relative to secondary alcohol: 0.50 mol% -Ir) was performed (this is the second reuse). Then, in the same manner as in the case of the new use, the Ir- (HO) BPy (OH) -BPh-PMO is recovered and the amount of acetophenone produced is measured to obtain the reaction yield in the second reuse. It was 95% when found.
図25に示したように、固体触媒としてIrに配位した水酸基含有ビピリジン基を有するメソポーラス有機シリカ粉末を用いることによって、新規利用、1回目の再利用及び2回目の再利用において異なる種類のアルコールを脱水素化した場合でも、高い収率で対応するケトン及びアルデヒドを得ることができ、アルコールの種類を変更することによって様々なカルボニル化合物が得られることがわかった。 As shown in FIG. 25, by using a mesoporous organic silica powder having a hydroxyl group-containing bipyridine group coordinated to Ir as a solid catalyst, different kinds of alcohols can be used in new use, first reuse and second reuse. It was found that the corresponding ketones and aldehydes could be obtained in high yield even when the compound was dehydrogenated, and various carbonyl compounds could be obtained by changing the type of alcohol.
(実施例29)
ガラス製反応容器(内径9mm、外径12mm)に、固体触媒として合成例7で得られたIrに配位したビピリドン基を有するメソポーラス有機シリカ粉末Ir−C3−BPyd−C3−Et−PMO(0.269mmol−Ir/g,89mg,24μmol−Ir)を充填し、マントルヒーターで100℃に加熱した。その後、最大流量5ml/minでキャリアガス(Ar)を流通させた。メタノール水溶液(メタノール/水=1/9(モル比))をシリンジに入れ、このシリンジをマイクロフィーダーに装着して前記メタノール水溶液を1ml/hの流速で流通させて、下記反応式(E27):
(Example 29)
Mesoporous organic silica powder Ir-C3-BPyd-C3-Et-PMO (0 having a bipyridone group coordinated to Ir obtained in Synthesis Example 7 as a solid catalyst was placed in a glass reaction container (inner diameter 9 mm, outer diameter 12 mm). .269 mmol-Ir / g, 89 mg, 24 μmol-Ir) was charged and heated to 100 ° C. with a mantle heater. Then, the carrier gas (Ar) was circulated at a maximum flow rate of 5 ml / min. An aqueous methanol solution (methanol / water = 1/9 (molar ratio)) was placed in a syringe, the syringe was attached to a micro feeder, and the aqueous methanol solution was circulated at a flow rate of 1 ml / h, and the following reaction formula (E27):
で表される、メタノール水溶液の脱水素気相反応を10時間継続し、発生したガスを1時間毎にガスパックに回収した。発生したガスの成分をガスクロマトグラフィー(株式会社島津製作所製「GC−8A」、検出器:TCD)により測定して、1時間毎の水素ガスの発生量を求め、水素生成速度を算出した。その結果を図26に示す。 The dehydrogenation gas phase reaction of the aqueous methanol solution represented by the above was continued for 10 hours, and the generated gas was collected into the gas pack every hour. The components of the generated gas were measured by gas chromatography (“GC-8A” manufactured by Shimadzu Corporation, detector: TCD), the amount of hydrogen gas generated per hour was determined, and the hydrogen generation rate was calculated. The result is shown in FIG.
図26に示したように、反応開始2時間以降は、いずれの反応単位時間(1時間)においても、4.3×10−4mol/h以上の水素生成速度が維持されていることがわかった。また、前記固体触媒は、メタノール水溶液の脱水素気相反応における反応10時間後の触媒回転数がTON=181であった。 As shown in FIG. 26, after 2 hours from the start of the reaction, it was found that the hydrogen generation rate of 4.3 × 10 −4 mol / h or more was maintained at any reaction unit time (1 hour). It was The solid catalyst had a catalyst rotation number of TON = 181 after 10 hours of the reaction in the dehydrogenation gas phase reaction of the aqueous methanol solution.
(実施例30)
メタノール水溶液の代わりにエタノール水溶液(エタノール/水=1/9(モル比))を用いた以外は実施例29と同様にして、下記反応式(E28):
(Example 30)
The following reaction formula (E28) was carried out in the same manner as in Example 29 except that an aqueous ethanol solution (ethanol / water = 1/9 (molar ratio)) was used instead of the aqueous methanol solution.
で表される、エタノール水溶液の脱水素気相反応を行い、水素生成速度を算出した。その結果を図27に示す。 The dehydrogenation gas phase reaction of the aqueous ethanol solution represented by was performed to calculate the hydrogen generation rate. The result is shown in FIG.
図27に示したように、反応開始2時間以降は、いずれの反応単位時間(1時間)においても、1.6×10−4mol/h以上の水素生成速度が維持されていることがわかった。また、前記固体触媒は、エタノール水溶液の脱水素気相反応における反応10時間後の触媒回転数がTON=64であった。 As shown in FIG. 27, after 2 hours from the start of the reaction, it was found that the hydrogen generation rate of 1.6 × 10 −4 mol / h or more was maintained at any reaction unit time (1 hour). It was Further, the solid catalyst had a catalyst rotation number of TON = 64 after 10 hours of the reaction in the dehydrogenation gas phase reaction of the aqueous ethanol solution.
(実施例31)
マントルヒーターでの加熱温度を135℃に変更し、メタノール水溶液の代わりに2−プロパノールを0.2ml/hの流速で流通させた以外は実施例29と同様にして、下記反応式(E29):
(Example 31)
The following reaction formula (E29) was carried out in the same manner as in Example 29 except that the heating temperature with the mantle heater was changed to 135 ° C. and 2-propanol was passed at a flow rate of 0.2 ml / h instead of the aqueous methanol solution.
で表される、2−プロパノールの脱水素気相反応を行い、水素生成速度を算出した。その結果を図28に示す。 The dehydrogenation gas phase reaction of 2-propanol represented by The result is shown in FIG.
図28に示したように、反応開始4時間以降は、いずれの反応単位時間(1時間)においても、12×10−4mol/h以上の水素生成速度が維持されていることがわかった。また、前記固体触媒は、2−プロパノールの脱水素気相反応における反応10時間後の触媒回転数がTON=347であった。 As shown in FIG. 28, after 4 hours from the start of the reaction, it was found that the hydrogen generation rate of 12 × 10 −4 mol / h or more was maintained at any reaction unit time (1 hour). Further, the solid catalyst had a catalyst rotation speed of TON = 347 after 10 hours of the reaction in the dehydrogenation gas phase reaction of 2-propanol.
以上説明したように、本発明によれば、アルコール類、ギ酸又はギ酸塩の脱水素反応において、優れた触媒活性を有する固体触媒を得ることができる。したがって、本発明の固体触媒は、アルコール類からカルボニル化合物の製造するための触媒、アルコール類、ギ酸又はギ酸塩から水素を製造するための触媒等として有用である。 As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a solid catalyst having excellent catalytic activity in the dehydrogenation reaction of alcohols, formic acid or formate salts. Therefore, the solid catalyst of the present invention is useful as a catalyst for producing a carbonyl compound from alcohols, a catalyst for producing hydrogen from alcohols, formic acid or a formate salt, and the like.
Claims (7)
で表される基であり、R1〜R4のうちの更に残りの基及びR5〜R8のうちの更に残りの基はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、或いはアルキル基、アリール基、アルコキシ基、フェノキシ基、アセチル基、ベンゾイル基、アミノ基、アミド基、イミド基、ニトロ基及びシアノ基からなる群から選択される1価又は2価の有機基であり、R4及びR8は互いに結合して−CH=CH−を形成していてもよい〕
で表される構造、その立体異性体及び互変異性体からなる群から選択される配位構造を備える遷移金属含有メソポーラス有機シリカからなり、
アルコール類、ギ酸及びギ酸塩からなる群から選択される少なくとも1種の酸素含有化合物の脱水素反応に用いられることを特徴とする固体触媒。 Formula (1) below:
Which is a group represented by the following formula, wherein the remaining group of R 1 to R 4 and the remaining group of R 5 to R 8 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, or an alkyl group, an aryl group, It is a monovalent or divalent organic group selected from the group consisting of an alkoxy group, a phenoxy group, an acetyl group, a benzoyl group, an amino group, an amide group, an imide group, a nitro group and a cyano group, and R 4 and R 8 are They may combine with each other to form -CH = CH-]
A structure represented by, a transition metal-containing mesoporous organic silica having a coordination structure selected from the group consisting of its stereoisomers and tautomers,
A solid catalyst which is used for a dehydrogenation reaction of at least one oxygen-containing compound selected from the group consisting of alcohols, formic acid and formate salts.
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WO2023022032A1 (en) * | 2021-08-18 | 2023-02-23 | 住友精化株式会社 | Method and apparatus for producing carbon monoxide |
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