JP2022520539A - N-ヘテロ環に基づいて、水素を付加および排出するための可逆的な液体有機システム、方法、およびプロセス - Google Patents
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Abstract
Description
a.水素貯蔵が所望されるとき、置換または非置換ピペリジン誘導体を生成するのに十分な条件下で、第1の触媒の存在下で、置換または非置換ピリジン誘導体を分子状水素(H2)と反応させる工程と、
b.水素放出が所望されるとき、水素を放出するのに十分な条件下で、置換または非置換ピペリジン誘導体を第2の触媒と反応させ、それにより、対応する置換または非置換ピリジン誘導体および分子状水素(H2)を生成する工程と、を含み、
第1の触媒および第2の触媒は、同じであり、プロセスは、いかなる溶媒も含まず、プロセスは、穏やかな温度および水素圧下で実施される。いくつかの実施形態では、置換/非置換ピペリジンおよび置換/非置換ピリジンの両方は、室温で液体である。いくつかの実施形態では、置換ピペリジンは、ピペリジン、2-メチルピペリジン、3-メチルピペリジン、4-メチルピペリジン、3,4-ジメチルピペリジン、2,4-ジメチルピペリジン、2,5-ジメチルピペリジン、および2,6-ジメチルピペリジンから選択される。いくつかの実施形態では、触媒は、活性炭上のパラジウム(Pd/C)である。いくつかの実施形態では、触媒は、市販のものか、または触媒前駆体からその場で生成される。いくつかの実施形態では、触媒前駆体は、Pd(OAc)2である。いくつかの実施形態では、プロセスは、少なくとも1つの酸をさらに含む。いくつかの実施形態では、酸は、酢酸、安息香酸、カルボキシポリスチレン、およびポリアクリル酸から選択される。いくつかの実施形態では、触媒前駆体は、0.05重量%~5重量%の濃度の量で存在する。
(a)水素放出プロセス:置換N-ヘテロ環H2リッチ化合物の脱水素化を可能にする条件下で、少なくとも1つの置換Nーヘテロ環H2リッチ化合物を少なくとも1つの遷移金属触媒と接触させ、それにより3つの水素分子および少なくとも1つの置換N-ヘテロ環H2リーン化合物を形成する工程と、
(b)水素付加プロセス:該置換Nーヘテロ環H2リーン化合物の水素化のための条件下で、該少なくとも1つの置換Nーヘテロ環H2リーン化合物を、該少なくとも1つの遷移金属触媒および3つの水素分子と接触させ、それにより、少なくとも一つの置換N-ヘテロ環H2リッチ化合物を形成する工程と、を含む。
(c)水素放出プロセス:置換/非置換ピペリジンの脱水素化を可能にする条件下で、少なくとも1つの置換/非置換ピペリジンを少なくとも1つの遷移金属触媒と接触させ、それにより3つの水素分子および少なくとも1つの置換ピリジンを形成する工程と、
(d)水素付加プロセス:該置換/非置換ピリジンの水素化の条件下で、該少なくとも1つの置換/非置換ピリジンを該少なくとも1つの遷移金属触媒および3つの水素分子と接触させ、それにより少なくとも1つの置換ピペリジンを形成する工程と、を含む。
(a)水素貯蔵が所望されるとき、対応する置換/非置換ピペリジンを生成するのに十分な条件下で、第1の触媒の存在下において、置換/非置換ピリジンを水素(H2)と反応させる工程と、
(b)水素放出が所望されるとき、対応する置換/非置換ピリジンおよび水素(H2)を生成するのに十分な条件下で、置換/非置換ピペリジンを第2の触媒と反応させる工程と、を含み、第1の触媒および第2の触媒は、同じであっても異なっていてもよい。
金属錯体を用いたすべての実験を、MO 40-2不活性ガス精製器を装備した真空雰囲気グローブボックス内で、または標準のSchlenk技術を使用して、精製窒素の雰囲気下で実施した。すべての溶媒は、試薬グレード以上である。すべての非重水素化溶媒を、アルゴン雰囲気下で標準的な手順に従って精製した。重水素化溶媒を、受け取ったままの状態で使用した。全ての溶媒を、N2で脱気し、グローブボックス内で維持した。触媒反応で使用される化学物質のほとんどを、標準的な手順に従って精製した。
Claims (38)
- 可逆的な水素付加および排出システムであって、少なくとも1つのNーヘテロ環、および1つの遷移金属触媒、または遷移金属触媒前駆体を含み、前記システムが、いかなる溶媒も含まず、穏やかな温度および圧力下で機能する、可逆的な水素付加および排出システム。
- 前記穏やかな温度が、50℃~180℃であるか、前記圧力が、1~80バールであるか、またはそれらの組み合わせである、請求項1に記載のシステム。
- 前記温度が、130℃~180℃であるか、前記圧力が、1.5~8バールであるか、またはそれらの組み合わせである、請求項1または2に記載のシステム。
- 前記Nーヘテロ環が、H2リッチ化合物、H2リーン化合物、またはそれらの組み合わせであり、前記H2リッチ化合物が、置換または非置換ピペリジンであり、前記H2リーン化合物が、置換または非置換ピリジンである、請求項1に記載のシステム。
- 前記N-ヘテロ環が、広い液体範囲を有する、請求項1~4のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記N-ヘテロ環が、15℃を下回る融点を有する、請求項1~5のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記N-ヘテロ環が、100℃を上回る沸点を有する、請求項1~6のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記N-ヘテロ環が、少なくとも15℃~100℃の温度で液体である、請求項1~7のいずれか一項に記載のシステム。
- 置換または非置換ピペリジンおよび置換または非置換ピリジンの両方が、室温で液体である、請求項1~8のいずれか一項に記載のシステム。
- 置換ピペリジンおよび/または置換ピリジンの置換が、CH3、CH2CH3、CH2F、CHF2、CF3、OCH3、F、Cl、OH、NH2、NH(CH3)、N(CH3)2、およびCNから選択される、少なくとも1つである、請求項1~9のいずれか一項に記載のシステム。
- 置換または非置換ピペリジンが、ピペリジン、2-メチルピペリジン、3-メチルピペリジン、4-メチルピペリジン、3,4-ジメチルピペリジン2,4-ジメチルピペリジン、2,5-ジメチルピペリジン、および2,6-ジメチルピペリジンから選択される、請求項1~10のいずれか一項に記載のシステム。
- 置換ピペリジンが、2,6-ジメチルピペリジン、または2-メチルピペリジンである、請求項1~11のいずれか一項に記載のシステム。
- 遷移金属が、Mn、Fe、Co、Ru、Rh、Pd、Pt、Cu、Ag、またはそれらの任意の組み合わせから選択される、請求項1~12のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記遷移金属触媒が、不均一である、請求項1~13のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記遷移金属触媒が、活性炭上のパラジウムである、請求項1~14のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記遷移金属触媒が、市販のものか、または前記遷移金属触媒前駆体からその場で生成される、請求項1~15のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記遷移金属触媒前駆体が、Pd(OAc)2、PdCl2、Pd(TFA)2、Pd(acac)2、およびPd2(dba)3から選択される、請求項16に記載のシステム。
- 前記遷移金属触媒前駆体が、Pd(OAc)2である、請求項16に記載のシステム。
- 前記遷移金属触媒が、不溶性マトリックスに担持されている、請求項1~18のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記不溶性マトリックスが、活性炭、乾燥酸性活性炭、SiO2、BaSO4、BN、γ-Al2O3、またはCeO2から選択される、請求項19に記載のシステム。
- 同じ触媒が、水素付加および水素排出プロセスの両方に使用される、請求項1~20のいずれか一項に記載のシステム。
- 触媒量の少なくとも1つの酸をさらに含む、請求項1~21のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記酸が、弱酸である、請求項22に記載のシステム。
- 前記酸が、酢酸、安息香酸、カルボキシポリスチレン、およびポリアクリル酸から選択される、請求項22に記載のシステム。
- 前記遷移金属触媒または前記遷移金属触媒前駆体が、0.05重量%~5重量%の濃度の量で存在する、請求項1~24のいずれか一項に記載のシステム。
- 水素の排出が、少なくとも1つの置換または非置換ピペリジンを少なくとも1つの前記遷移金属触媒と反応させ、それにより少なくとも3つの水素分子および少なくとも1つの置換または非置換ピリジンを形成することによって達成される、請求項1~25のいずれか一項に記載のシステム。
- 水素の付加が、前記遷移金属触媒の存在下で、置換または非置換ピリジンを少なくとも3つの水素分子と反応させ、それにより少なくとも1つの置換ピペリジンを形成することによって達成される、請求項1~26のいずれか一項に記載のシステム。
- 少なくとも4重量%の水素貯蔵量を有する、請求項1~27のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記水素貯蔵量が、少なくとも5重量%である、請求項28に記載のシステム。
- 要求に応じて、水素を貯蔵および放出するための可逆的プロセスであって、
a.水素貯蔵が所望されるとき、置換または非置換ピペリジン誘導体を生成するのに十分な条件下で、第1の触媒の存在下において、置換または非置換ピリジン誘導体を分子状水素と反応させる工程と、
b.水素放出が所望されるとき、前記水素を放出するのに十分な条件下で、置換または非置換ピペリジン誘導体を第2の触媒と反応させ、それにより対応する置換または非置換ピリジン誘導体および分子状水素を生成する工程と、を含み、
前記第1の触媒および前記第2の触媒が、同じであり、前記プロセスが、いかなる溶媒も含まず、前記プロセスが、穏やかな温度および水素圧下で実施される、プロセス。 - 前記置換または非置換ピペリジンおよび前記置換または非置換ピリジンの両方が、室温で液体である、請求項30に記載のプロセス。
- 前記置換または非置換ピペリジンが、ピペリジン、2-メチルピペリジン、3-メチルピペリジン、4-メチルピペリジン、3,4-ジメチルピペリジン2,4-ジメチルピペリジン、2,5-ジメチルピペリジン、および2,6-ジメチルピペリジンから選択される、請求項30または31に記載のプロセス。
- 触媒が、活性炭上のパラジウムである、請求項30~32のいずれか一項に記載のプロセス。
- 触媒が、市販のものか、または触媒前駆体からその場で生成される、請求項30~32のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記触媒前駆体が、Pd(OAc)2PdCl2、Pd(TFA)2、Pd(acac)2、およびPd2(dba)3から選択される、請求項34に記載のプロセス。
- 少なくとも1つの酸をさらに含む、請求項30~35のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記酸が、酢酸、安息香酸、カルボキシポリスチレン、およびポリアクリル酸から選択される、請求項36に記載のプロセス。
- 触媒または触媒前駆体が、0.05重量%~5重量%の濃度の量で存在する、請求項30~37のいずれか一項に記載のプロセス。
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