JP6890320B2 - Catalyst used for hydrogenation of carbon dioxide, formic acid production method, hydrogen storage method - Google Patents

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Description

本発明は、二酸化炭素の水素化に用いる触媒、ギ酸製造方法、水素の貯蔵方法に関するものである。 The present invention relates to a catalyst used for hydrogenation of carbon dioxide, a method for producing formic acid, and a method for storing hydrogen.

二酸化炭素の排出削減技術の開発は喫緊の課題である。また、水素(H2)は、将来のクリーンエネルギーとして注目を集めているが、輸送・貯蔵が困難であり、安全かつ低コストの輸送・貯蔵技術が求められている。 The development of carbon dioxide emission reduction technology is an urgent issue. Hydrogen (H 2 ) is attracting attention as a clean energy in the future, but it is difficult to transport and store, and safe and low-cost transportation and storage technology is required.

二酸化炭素の有効利用または、水素の輸送・貯蔵技術の問題を解決するため、二酸化炭素を水素化して得られるギ酸等の燃料として水素を貯蔵する方法が考えられている。常温で液体であり、また比較的毒性の低いギ酸(HCOOH)は、水素(H2)/二酸化炭素(CO2)と相互変換が可能なため、水素貯蔵材料として最近注目されている。しかし、従来知られている触媒等を用いた方法は、これらの反応は多エネルギー消費プロセスであった。例えば、CO2水素化反応によるギ酸またはギ酸塩の合成反応では、一般的に高温高圧反応が必要である。従って、温和な条件で二酸化炭素からギ酸塩を製造可能な高性能触媒の開発が望まれていた。 In order to solve the problems of effective use of carbon dioxide or hydrogen transportation / storage technology, a method of storing hydrogen as a fuel such as formic acid obtained by hydrogenating carbon dioxide has been considered. Formic acid (HCOOH), which is liquid at room temperature and has relatively low toxicity, has recently attracted attention as a hydrogen storage material because it can be interconverted with hydrogen (H 2 ) / carbon dioxide (CO 2). However, in the conventionally known methods using catalysts and the like, these reactions are multi-energy consumption processes. For example, the synthesis of formic acid or formate by CO 2 hydrogenation generally requires a high temperature and high pressure reaction. Therefore, it has been desired to develop a high-performance catalyst capable of producing formate from carbon dioxide under mild conditions.

1960年代より、金属錯体触媒によるCO2の水素化反応によるギ酸またはギ酸塩の生成が知られていたが、近年有機溶媒や有機添加物を用いない水中で作用する触媒が報告されている(特許文献1〜7、非特許文献1〜4)。最近では、水中常温常圧反応条件下でもギ酸またはギ酸塩が生成可能な触媒も報告されている。(特許文献7〜8、非特許文献8〜17) Since the 1960s, the formation of formic acid or formate by the hydrogenation reaction of CO 2 with a metal complex catalyst has been known, but in recent years, catalysts that act in water without using organic solvents or organic additives have been reported (Patent). Documents 1 to 7 and Non-Patent Documents 1 to 4). Recently, catalysts capable of producing formic acid or formate even under normal temperature and pressure reaction conditions in water have been reported. (Patent Documents 7 to 8, Non-Patent Documents 8 to 17)

これまで、ピコリンアミドを配位子とする錯体は知られているが(特許文献9〜10、非特許文献18〜19)、これらを二酸化炭素の水素化触媒として用いられた例はなかった。 So far, complexes using picoline amide as a ligand are known (Patent Documents 9 to 10 and Non-Patent Documents 18 to 19), but there have been no examples of using these as hydrogenation catalysts for carbon dioxide.

特許第3968431号公報Japanese Patent No. 3968431 特許第4009728号公報Japanese Patent No. 409728 特許第4822253号公報Japanese Patent No. 4822253 PCT/IB2015/059242明細書PCT / IB2015 / 059242 specification 特許第5812290号公報Japanese Patent No. 581290 WO2013/040013(特許第6071079号公報)WO2013 / 040013 (Patent No. 6071079) 特願2016−217789明細書Japanese Patent Application No. 2016-217789 WO2011/108730明細書WO2011 / 108730 specification US2010/0234596A1(特許第5719115号公報)US2010 / 0234596A1 (Patent No. 5719115) 特開2012−62270号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-62270

Papp, G.; Csorba, J.; Laurenczy, G.; Joo, F. Angewandte Chemie-International Edition 2011, 50, 10433.Papp, G .; Csorba, J .; Laurenczy, G .; Joo, F. Angewandte Chemie-International Edition 2011, 50, 10433. Lu, S. M.; Wang, Z. J.; Li, J.; Xiao, J. L.; Li, C. Green Chemistry 2016, 18, 4553-4558.Lu, S. M .; Wang, Z. J .; Li, J .; Xiao, J. L .; Li, C. Green Chemistry 2016, 18, 4553-4558. Jantke, D.; Pardatscher, L.; Drees, M.; Cokoja, M.; Herrmann, W. A.; Kuhn, F. E. Chemsuschem 2016, 9, 2849-2854.Jantke, D .; Pardatscher, L .; Drees, M .; Cokoja, M .; Herrmann, W. A .; Kuhn, F. E. Chemsuschem 2016, 9, 2849-2854. Badiei, Y. M.; Wang, W.-H.; Hull, J. F.; Szalda, D. J.; Muckerman, J. T.; Himeda, Y.; Fujita, E. Inorganic Chemistry 2013, 52, 12576-12586.Badiei, Y. M .; Wang, W.-H .; Hull, J. F .; Szalda, D. J .; Muckerman, J. T .; Himeda, Y .; Fujita, E. Inorganic Chemistry 2013, 52, 12576-12586. Manaka, Y.; Wang, W.-H.; Suna, Y.; Kambayashi, H.; Muckerman, J. T.; Fujita, E.; Himeda, Y. Catalysis Science & Technology 2014, 4, 34-37.Manaka, Y .; Wang, W.-H .; Suna, Y .; Kambayashi, H .; Muckerman, J. T .; Fujita, E .; Himeda, Y. Catalysis Science & Technology 2014, 4, 34-37. Himeda, Y.; Miyazawa, S.; Hirose, T. ChemSusChem 2011, 4, 487.Himeda, Y .; Miyazawa, S .; Hirose, T. ChemSusChem 2011, 4, 487. Sordakis, K.; Tsurusaki, A.; Iguchi, M.; Kawanami, H.; Himeda, Y.; Laurenczy, G. Chemistry-A European Journal 2016, 22, 15605-15608.Sordakis, K .; Tsurusaki, A .; Iguchi, M .; Kawanami, H .; Himeda, Y .; Laurenczy, G. Chemistry-A European Journal 2016, 22, 15605-15608. Maenaka, Y.; Suenobu, T.; Fukuzumi, S. Energy & Environmental Science 2012, 5, 7360.Maenaka, Y .; Suenobu, T .; Fukuzumi, S. Energy & Environmental Science 2012, 5, 7360. Himeda, Y.; Onozawa-Komatsuzaki, N.; Sugihara, H.; Arakawa, H.; Kasuga, K. Organometallics 2004, 23, 1480.Himeda, Y .; Onozawa-Komatsuzaki, N .; Sugihara, H .; Arakawa, H .; Kasuga, K. Organometallics 2004, 23, 1480. Himeda, Y.; Onozawa-Komatsuzaki, N.; Sugihara, H.; Kasuga, K. Organometallics 2007, 26, 702.Himeda, Y .; Onozawa-Komatsuzaki, N .; Sugihara, H .; Kasuga, K. Organometallics 2007, 26, 702. Hull, Jonathan F.; Himeda, Yuichiro; Wang, Wan-Hui; Hashiguchi, Brian; Periana, Roy; Szalda, David J.; Muckerman, James T.; Fujita, Etsuko, Nature Chemistry 2012, 4, 383-388.Hull, Jonathan F .; Himeda, Yuichiro; Wang, Wan-Hui; Hashiguchi, Brian; Periana, Roy; Szalda, David J .; Muckerman, James T .; Fujita, Etsuko, Nature Chemistry 2012, 4, 383-388. Wang, W.-H.; Hull, J. F.; Muckerman, J. T.; Fujita, E.; Himeda, Y. Energy & Environmental Science 2012, 5, 7923-7926.Wang, W.-H .; Hull, J. F .; Muckerman, J. T .; Fujita, E .; Himeda, Y. Energy & Environmental Science 2012, 5, 7923-7926. Wang, W.-H.; Muckerman, J. T.; Fujita, E.; Himeda, Y. ACS Catalysis 2013, 3, 856-860.Wang, W.-H .; Muckerman, J. T .; Fujita, E .; Himeda, Y. ACS Catalysis 2013, 3, 856-860. Suna, Y.; Ertem, M. Z.; Wang, W.-H.; Kambayashi, H.; Manaka, Y.; Muckerman, J. T.; Fujita, E.; Himeda, Y. Organometallics 2014, 33, 6519-6530.Suna, Y .; Ertem, M. Z .; Wang, W.-H .; Kambayashi, H .; Manaka, Y .; Muckerman, J. T .; Fujita, E .; Himeda, Y. Organometallics 2014, 33, 6519-6530. Onishi, N.; Xu, S.; Manaka, Y.; Suna, Y.; Wang, W.-H.; Muckerman, J. T.; Fujita, E.; Himeda, Y. Inorganic Chemistry 2015, 54, 5114-5123.Onishi, N .; Xu, S .; Manaka, Y .; Suna, Y .; Wang, W.-H .; Muckerman, JT; Fujita, E .; Himeda, Y. Inorganic Chemistry 2015, 54, 5114-5123 .. Xu, S.; Onishi, N.; Tsurusaki, A.; Manaka, Y.; Wang, W.-H.; Muckerman, J. T.; Fujita, E.; Himeda, Y. European Journal of Inorganic Chemistry 2015, 5591-5594.Xu, S .; Onishi, N .; Tsurusaki, A .; Manaka, Y .; Wang, W.-H .; Muckerman, JT; Fujita, E .; Himeda, Y. European Journal of Inorganic Chemistry 2015, 5591- 5594. Wang, L.; Onishi, N.; Murata, K.; Hirose, T.; Muckerman, J. T.; Fujita, E.; Himeda, Y. ChemSusChem 2017, 10, 1071-1075.Wang, L .; Onishi, N .; Murata, K .; Hirose, T .; Muckerman, J. T .; Fujita, E .; Himeda, Y. ChemSusChem 2017, 10, 1071-1075. Ngo, A. H.; Ibanez, M.; Do, L. H., ACS Catalysis 2016, 6, 2637-2641.Ngo, A.H .; Ibanez, M .; Do, L.H., ACS Catalysis 2016, 6, 2637-2641. Almodares, Z.; Lucas, S. J.; Crossley, B. D.; Basri, A. M.; Pask, C. M.; Hebden, A. J.; Phillips, R. M.; McGowan, P. C. Inorganic Chemistry 2014, 53, 727-736.Almodares, Z .; Lucas, S. J .; Crossley, B. D .; Basri, A. M .; Pask, C. M .; Hebden, A. J .; Phillips, R. M .; McGowan, PC Inorganic Chemistry 2014, 53, 727-736.

本発明は、高効率な二酸化炭素の水素化によるギ酸および/またはギ酸塩を製造するための高性能な触媒を提供することを課題とする。
また、本発明は、該触媒を用い、ギ酸および/またはギ酸塩の高効率な製造方法を提供することを課題とする。
An object of the present invention is to provide a high-performance catalyst for producing formic acid and / or formate by highly efficient hydrogenation of carbon dioxide.
Another object of the present invention is to provide a highly efficient method for producing formic acid and / or formate using the catalyst.

本発明者らは、これまでに含窒素5及び6員環骨格からなる配位子を用いた錯体触媒が二酸化炭素の水素化において、高い触媒活性を示すことを見出した(特許文献1〜7)。しかし、精緻な配位子構造のために更なる活性化のための配位子構造の変更が限定されていた。そのため、本発明者らは、より単純な構造で合成が容易な高活性な新しい触媒配位子の必要性について認識した。前記課題を解決するために鋭意研究の結果、一般式(1)〜(5)のいずれかで示される錯体触媒が、二酸化炭素の水素化によるギ酸および/またはギ酸塩の製造に有効であることを見出し完成に至ったものであり、本発明は、以下の技術手段から構成される。 The present inventors have previously found that a complex catalyst using a ligand consisting of a nitrogen-containing 5-membered ring skeleton exhibits high catalytic activity in hydrogenation of carbon dioxide (Patent Documents 1 to 7). ). However, the elaborate ligand structure has limited changes in the ligand structure for further activation. Therefore, the present inventors recognized the need for a highly active new catalytic ligand that has a simpler structure and is easier to synthesize. As a result of diligent research to solve the above problems, the complex catalyst represented by any of the general formulas (1) to (5) is effective for the production of formic acid and / or formate by hydrogenation of carbon dioxide. The present invention has been completed, and the present invention comprises the following technical means.

<1>一般式(1)で表され、二座配位子(X1-X2-C(=Z)-N-T)のX1と窒素(N)で配位した金属錯体、その異性体、または塩を有効成分として含む、二酸化炭素の水素化によるギ酸および/またはギ酸塩を製造するための触媒。

Figure 0006890320
一般式(1)において、
Mは、イリジウム、ロジウムまたはルテニウムであり、
Lは、芳香族性アニオン配位子、または芳香族性配位子であり、置換基を有している場合は、前記置換基は1つでも複数でも良く、
Jは、任意の配位子であるか、または存在せず、
Xi(iは、1または2)は、窒素、酸素、硫黄、炭素のいずれかであり、Xiが窒素の場合は単結合で結合した置換基Qiを有しても良く、Xiが炭素の場合は単結合または二重結合で結合された置換基Qiを有しても良く、
X1 とX2は単結合または二重結合で結合し、
Qi(iは1または2)は、Xiと単結合で結合する場合、水素原子、アルキル基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、オキシアニオン基、オキソ基、ニトロ基、ハロゲン基、スルホン基、アシル基、カルボン酸基もしくはその誘導体、アミノ基、アルキルアミノ基、アミド基、またはフェニル基であり、Xiが炭素の場合Qiは2つまで存在可能であり、QiがXiと二重結合で結合する場合、Qiは、酸素(=O)、硫黄(=S)、窒素(=NR)、または炭素(=CRR’)であり、窒素、または炭素の場合さらに置換基(RもしくはR’)を有しても良く、
Q1 とQ2が置換基を通して結合しで環を形成しても良く、
Zは、酸素、硫黄のいずれかであり、
Tは、水素原子、または任意の置換基であり
nは、金属錯体の電荷を表し、正の整数、0、または負の整数である。
<2>一般式(2)で表され、Y1-Y2-C(=O)-N-TのY1と窒素で配位し、環構造を有する二座配位子を有する金属錯体、その異性体、または塩を有効成分として含む、二酸化炭素の水素化によるギ酸および/またはギ酸塩を製造するための触媒。
Figure 0006890320
一般式(2)において、
Mは、イリジウム、ロジウム、ルテニウムのいずれかであり、
Lは、芳香族性アニオン配位子、または芳香族性配位子であり、置換基を有している場合は、前記置換基は1つでも複数でも良く、
Jは、任意の配位子であるか、または存在せず、
Y1は、窒素、酸素、硫黄、炭素のいずれかであり、
Y2は、窒素または炭素であり、
Y1とY2は、単結合または二重結合で結合し、Y1とY2の間の環上に置換基を有しても良く、
Tは、水素原子、または任意の置換基であり、
nは、金属錯体の電荷を表し、正の整数、0、または負の整数である。
<3>一般式(1)または(2)のMがイリジウムであり、Lがペンタメチルシクロペンタジエニル配位子である<1>または<2>に記載の二酸化炭素の水素化によるギ酸および/またはギ酸塩を製造するための触媒。
<4>一般式(3)で表され、アミド窒素と6員環上の窒素もしくは炭素で配位する二座配位子を有する金属錯体、その異性体、または塩を有効成分として含む、二酸化炭素の水素化によるギ酸および/またはギ酸塩を製造するための触媒。
Figure 0006890320
一般式(3)において、
Jは、任意の配位子であるか、または存在せず、
Y1は、窒素または素であり、
Y2は、窒素または炭素であり、
A1〜A4は、それぞれ独立に、酸素、硫黄、窒素、炭素のいずれかであり、
Y1、Y2およびA1〜A4から構成される6員環のそれぞれの原子は単結合、二重結合で結合、または芳香環を形成し、
R1〜R4は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、オキシアニオン基、オキソ基、ニトロ基、ハロゲン基、スルホン基、アシル基、カルボン酸基もしくはその誘導体、アミノ基、アルキルアミノ基、アミド基、またはフェニル基であり、置換基を有していても良く、置換基を有している場合は、前記置換基は1つでも複数でも良く、(ただし、Ai(iは1〜4の整数)が酸素または硫黄である場合その位置のRiは存在せず、Aiが窒素の場合は最大1つの置換基Riを有することも可能であり、Aiが炭素の場合は最大2つの置換基Riまたは二重結合で結合された1つの置換基を有することも可能である。)
Tは、水素原子、または任意の置換基であり、
nは、金属錯体の電荷を表し、正の整数、0、または負の整数である。
<5>一般式(4)で表され、アミド窒素と5員環から成る二座配位子を有する金属錯体、その異性体、または塩を有効成分として含む、二酸化炭素の水素化によるギ酸および/またはギ酸塩を製造するための触媒。
Figure 0006890320
一般式(4)において、
Jは、任意の配位子であるか、または存在せず、
Y1は、窒素、酸素、硫黄、炭素のいずれかであり、
Y2は、窒素または炭素であり、
A5〜A7は、それぞれ独立に、酸素、硫黄、窒素、炭素のいずれかであり、
Y1、Y2およびA5〜A7から構成される5員環のそれぞれの原子は単結合、二重結合で結合し、または芳香環を形成し、
R5〜R7は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、オキシアニオン基、オキソ基、ニトロ基、ハロゲン基、スルホン基、アシル基、カルボン酸基もしくはその誘導体、アミノ基、アルキルアミノ基、アミド基、またはフェニル基であり、置換基を有していても良く、置換基を有している場合は、前記置換基は1つでも複数でも良く、(ただし、Ai(iは5〜7の整数)が酸素または硫黄である場合、その位置のRiは存在せず、Aiが窒素の場合は最大1つの置換基Riを有することも可能であり、Aiが炭素の場合は最大2つの置換基Riまたは二重結合で結合された1つの置換基を有することも可能である。)
Tは、水素原子、または任意の置換基であり、
nは、金属錯体の電荷を表し、正の整数、0、または負の整数である。
<6>一般式(5)で表され、アミド窒素と芳香族含窒素6員環上の窒素で配位する二座配位子を有する金属錯体、その異性体、または塩を有効成分として含む、二酸化炭素の水素化によるギ酸および/またはギ酸塩を製造するための触媒。
Figure 0006890320
一般式(5)において、
Jは、任意の配位子であるか、または存在せず、
Tは、水素原子、または任意の置換基であり
A8およびA9は、それぞれ独立に、窒素または炭素であり、
R8およびR9は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、オキシアニオン基、ニトロ基、ハロゲン基、スルホン基、アシル基、カルボン酸基もしくはその誘導体、アミノ基、アルキルアミノ基、アミド基、または、置換基を有しているか有していないフェニル基であり、
nは、金属錯体の電荷を表し、正の整数、0、または負の整数である。
<7>一般式(1)〜(5)のいずれかにおいて、Jが、水分子、水素原子、アルコキシドイオン、水酸化物イオン、ハロゲン化物イオン、炭酸イオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、硫酸イオン、硫酸水素イオン、硝酸イオン、ギ酸イオン、もしくは酢酸イオンであるか、または存在しない<1>〜<6>のいずれか1項に記載の二酸化炭素の水素化によるギ酸および/またはギ酸塩を製造するための触媒。
<8><1>〜<7>のいずれか1項に記載の触媒の存在下、水素と二酸化炭素を反応させて、ギ酸および/またはギ酸塩を製造する二酸化炭素の水素化方法。
<9><1>〜<7>のいずれか1項に記載の触媒の存在下、水素と二酸化炭素を反応させて、ギ酸および/またはギ酸塩を製造することによる水素の貯蔵方法。 <1> is represented by the general formula (1), coordination metal complexes by X 1 and nitrogen bidentate ligand (X 1 -X 2 -C (= Z) -NT) (N), its isomers , Or a catalyst for producing formic acid and / or formate by hydrogenation of carbon dioxide, which comprises a salt as an active ingredient.
Figure 0006890320
In the general formula (1)
M is, iridium, rhodium or ruthenium-time,
L is an aromatic anion ligand or an aromatic ligand, and when it has a substituent, the substituent may be one or more.
J is any ligand or does not exist,
X i (i is 1 or 2) is any of nitrogen, oxygen, sulfur, and carbon, and when X i is nitrogen, it may have a substituent Q i bonded in a single bond, and X i If is carbon, it may have a substituent Q i bonded by a single bond or a double bond.
X 1 and X 2 are single-bonded or double-bonded,
When Q i (i is 1 or 2) is bonded to X i by a single bond, hydrogen atom, alkyl group, hydroxy group, alkoxy group, oxyanion group, oxo group, nitro group, halogen group, sulfone group, acyl A group, a carboxylic acid group or a derivative thereof, an amino group, an alkylamino group, an amide group, or a phenyl group. If X i is carbon, up to two Q i can exist, and Q i is double with X i. When bonded by bond, Q i is oxygen (= O), sulfur (= S), nitrogen (= NR), or carbon (= CRR'), and in the case of nitrogen, or carbon, further substituents (R or May have R')
Q 1 and Q 2 may be bonded through a substituent to form a ring.
Z is either oxygen or sulfur,
T is a hydrogen atom, or any substituent
n represents the charge of the metal complex and is a positive integer, 0, or a negative integer.
<2> A metal complex represented by the general formula (2), which is coordinated with Y 1 of Y 1 -Y 2- C (= O) -NT with nitrogen and has a bidentate ligand having a ring structure. A catalyst for producing formic acid and / or formate by hydrogenation of carbon dioxide, which comprises an isomer or salt as an active ingredient.
Figure 0006890320
In the general formula (2)
M is, iridium, rhodium, is any of ruthenium-time,
L is an aromatic anion ligand or an aromatic ligand, and when it has a substituent, the substituent may be one or more.
J is any ligand or does not exist,
Y 1 is either nitrogen, oxygen, sulfur or carbon,
Y 2 is nitrogen or carbon,
Y 1 and Y 2 may be single or double bonded and may have a substituent on the ring between Y 1 and Y 2.
T is a hydrogen atom, or any substituent,
n represents the charge of the metal complex and is a positive integer, 0, or a negative integer.
<3> Formic acid and formic acid by hydrogenation of carbon dioxide according to <1> or <2>, wherein M in the general formula (1) or (2) is iridium and L is a pentamethylcyclopentadienyl ligand. / Or a catalyst for producing formate.
<4> Dioxide, which is represented by the general formula (3) and contains a metal complex having a bidentate ligand coordinated with amide nitrogen and nitrogen or carbon on a 6-membered ring, an isomer thereof, or a salt as an active ingredient. A catalyst for producing formic acid and / or formate by hydrogenation of carbon.
Figure 0006890320
In the general formula (3)
J is any ligand or does not exist,
Y 1 is a nitrogen or carbon-containing,
Y 2 is nitrogen or carbon,
A 1 to A 4 are independently one of oxygen, sulfur, nitrogen, and carbon.
Each atom of the 6-membered ring composed of Y 1 , Y 2 and A 1 to A 4 forms a single bond, a double bond, or an aromatic ring.
R 1 to R 4 are independently hydrogen atom, alkyl group, hydroxy group, alkoxy group, oxyanion group, oxo group, nitro group, halogen group, sulfone group, acyl group, carboxylic acid group or derivative thereof, amino. It may be a group, an alkylamino group, an amide group, or a phenyl group and may have a substituent, and when it has a substituent, the substituent may be one or more (however, A). If i (i is an integer of 1 to 4) is oxygen or sulfur, then R i at that position does not exist, and if A i is nitrogen, it is possible to have up to one substituent R i, A. If i is carbon, it is also possible to have up to two substituents R i or one substituent bonded by a double bond.)
T is a hydrogen atom, or any substituent,
n represents the charge of the metal complex and is a positive integer, 0, or a negative integer.
<5> Formic acid by hydrogenation of carbon dioxide and a metal complex represented by the general formula (4) and having a bidentate ligand consisting of amide nitrogen and a 5-membered ring, an isomer thereof, or a salt thereof as an active ingredient. / Or a catalyst for producing formate.
Figure 0006890320
In the general formula (4)
J is any ligand or does not exist,
Y 1 is either nitrogen, oxygen, sulfur or carbon,
Y 2 is nitrogen or carbon,
A 5 to A 7 are independently one of oxygen, sulfur, nitrogen, and carbon.
Each atom of the 5-membered ring consisting of Y 1 , Y 2 and A 5 to A 7 is single-bonded, double-bonded, or forms an aromatic ring.
R 5 to R 7 are independently hydrogen atom, alkyl group, hydroxy group, alkoxy group, oxyanion group, oxo group, nitro group, halogen group, sulfone group, acyl group, carboxylic acid group or derivative thereof, amino. It may be a group, an alkylamino group, an amide group, or a phenyl group and may have a substituent, and when it has a substituent, the substituent may be one or more (however, A). If i (i is an integer of 5-7) is oxygen or sulfur, then R i at that position does not exist, and if A i is nitrogen, it is possible to have up to one substituent R i. If A i is carbon, it is also possible to have up to two substituents R i or one substituent bonded by a double bond.)
T is a hydrogen atom, or any substituent,
n represents the charge of the metal complex and is a positive integer, 0, or a negative integer.
<6> A metal complex having a bidentate ligand coordinated with amide nitrogen and nitrogen on a 6-membered ring containing aromatic nitrogen, an isomer thereof, or a salt thereof, which is represented by the general formula (5), is contained as an active ingredient. , A catalyst for producing formate and / or formate by hydrogenation of carbon dioxide.
Figure 0006890320
In the general formula (5)
J is any ligand or does not exist,
T is a hydrogen atom, or any substituent
A 8 and A 9 are independently nitrogen or carbon, respectively.
R 8 and R 9 are independently hydrogen atom, alkyl group, hydroxy group, alkoxy group, oxyanion group, nitro group, halogen group, sulfone group, acyl group, carboxylic acid group or derivative thereof, amino group, alkyl. An amino group, an amide group, or a phenyl group with or without a substituent,
n represents the charge of the metal complex and is a positive integer, 0, or a negative integer.
<7> In any of the general formulas (1) to (5), J is a water molecule, a hydrogen atom, an alkoxide ion, a hydroxide ion, a halide ion, a carbonate ion, a trifluoromethanesulfonic acid ion, a sulfate ion, Produce formic acid and / or formate by hydrogenation of carbon dioxide according to any one of <1> to <6>, which is hydrogen sulfate ion, nitrate ion, formate ion, or acetate ion, or does not exist. Ion for.
<8> A method for hydrogenating carbon dioxide to produce formic acid and / or formate by reacting hydrogen with carbon dioxide in the presence of the catalyst according to any one of <1> to <7>.
<9> A method for storing hydrogen by reacting hydrogen with carbon dioxide in the presence of the catalyst according to any one of <1> to <7> to produce formic acid and / or formate.

本発明の錯体触媒を用いれば、二酸化炭素の水素化反応により、水素ガスを輸送・貯蔵に適した液体燃料であるギ酸等に変換することが可能である。 By using the complex catalyst of the present invention, it is possible to convert hydrogen gas into formic acid or the like, which is a liquid fuel suitable for transportation and storage, by the hydrogenation reaction of carbon dioxide.

また、本発明の錯体触媒は、有機添加物を用いない水中での二酸化炭素水素化反応において、従来の錯体触媒に比べて、高い触媒活性を示す。 In addition, the complex catalyst of the present invention exhibits higher catalytic activity than conventional complex catalysts in the carbon dioxide hydrogenation reaction in water without using organic additives.

図1は、式(9)で示される錯体触媒を用いた水中常温常圧条件での二酸化炭素水素化におけるギ酸生成の触媒回転数と生成濃度の時間経過を示したグラフである。FIG. 1 is a graph showing the time course of the catalyst rotation speed and the production concentration of formic acid production in carbon dioxide hydrogenation under normal temperature and pressure conditions in water using the complex catalyst represented by the formula (9).

本発明において、ギ酸および/またはギ酸塩とは、ギ酸のみ、ギ酸塩のみ、またはギ酸とギ酸塩の混合物、またはギ酸と塩基もしくはギ酸塩と酸の混合物を示す。
また、本明細書において数値範囲を示す「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味として使用される。
In the present invention, formic acid and / or formate refers to formic acid only, formate only, a mixture of formic acid and formate, or a mixture of formic acid and base or formate and acid.
Further, in the present specification, "~" indicating a numerical range is used to mean that the numerical values described before and after the numerical range are included as the lower limit value and the upper limit value.

本発明において、下記式に示される二酸化炭素の水素化反応によって、好ましくはアルカリ水溶液中、ギ酸および/またはギ酸塩を効率よく製造することができる。得られたギ酸塩は、酸と処理することにより、容易にギ酸に変換することができる。

Figure 0006890320
Figure 0006890320
In the present invention, formic acid and / or formate can be efficiently produced, preferably in an alkaline aqueous solution, by the hydrogenation reaction of carbon dioxide represented by the following formula. The obtained formate can be easily converted to formic acid by treating with an acid.
Figure 0006890320
Figure 0006890320

一般式(1)または(2)で表される錯体触媒において、Mで示される遷移金属としては、イリジウム、ロジウム、ルテニウム、コバルト、オスミウム、ニッケル、鉄、パラジウムまたは白金が挙げられるが、特にイリジウムが好ましい。 In the complex catalyst represented by the general formula (1) or (2), examples of the transition metal represented by M include iridium, rhodium, ruthenium, cobalt, osmium, nickel, iron, palladium and platinum, and particularly iridium. Is preferable.

一般式(1)〜(5)のいずれかで表される錯体触媒において、Jで示される配位子としては、水分子、水素原子、アルコキシドイオン、水酸化物イオン、ハロゲン化物イオン、炭酸イオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、硫酸イオン、硫酸水素イオン、硝酸イオン、ギ酸イオン、もしくは酢酸イオンの配位子であるか、または存在しなくても良い。アルコキシドイオンとしては、特に限定されないが、例えば、メタノール、エタノール、n-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n-ブチルアルコール、sec-ブチルアルコール、イソブチルアルコール、またはtert-ブチルアルコール等から誘導されるアルコキシドイオンが挙げられる。 In the complex catalyst represented by any of the general formulas (1) to (5), the ligand represented by J includes a water molecule, a hydrogen atom, an alkoxide ion, a hydroxide ion, a halide ion, and a carbonate ion. , Trifluoromethanesulfonate ion, sulfate ion, hydrogen sulfate ion, nitrate ion, formate ion, or ligand of acetate ion, or may not be present. The alkoxide ion is not particularly limited, and for example, an alkoxide ion derived from methanol, ethanol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butyl alcohol, sec-butyl alcohol, isobutyl alcohol, tert-butyl alcohol and the like can be used. Can be mentioned.

一般式(1)〜(5)のいずれかで表される錯体触媒において、Jで示される配位子の種類により、置換、脱離等が比較的容易な場合がある。一例として、前記配位子Jは、酸性の水溶液中では水分子(-OH2)となり、アルカリ性の水溶液中では-OHとなる。また、水素ガスまたはギ酸分子存在下、容易に水素原子となる。アルコール溶媒中ではアルコキシドイオンとなり、また、光や熱により脱離する場合があり得る。ただし、この記述は、可能な機構の例示に過ぎず、本発明を限定するものではない。 In the complex catalyst represented by any of the general formulas (1) to (5), substitution, elimination, etc. may be relatively easy depending on the type of ligand represented by J. As an example, the ligand J becomes a water molecule (-OH 2 ) in an acidic aqueous solution and -OH in an alkaline aqueous solution. In addition, it easily becomes a hydrogen atom in the presence of hydrogen gas or formic acid molecule. It becomes an alkoxide ion in an alcohol solvent and may be desorbed by light or heat. However, this description is merely an example of a possible mechanism and does not limit the present invention.

一般式(1)〜(5)のいずれかで表される錯体触媒において、nは、金属錯体の電荷を表し、正の整数、0、または負の整数である。 In the complex catalyst represented by any of the general formulas (1) to (5), n represents the charge of the metal complex and is a positive integer, 0, or a negative integer.

一般式(1)〜(5)のいずれかで表される錯体触媒において、そのカウンターイオンは、特に限定されないが、陰イオンとしては、例えば、六フッ化リン酸イオン(PF6 -)、テトラフルオロほう酸イオン(BF4 -)、水酸化物イオン(OH-)、酢酸イオン、炭酸イオン、リン酸イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、ハロゲン化物イオン(例えばフッ化物イオン(F-)、塩化物イオン(Cl-)、臭化物イオン(Br-)、ヨウ化物イオン(I-)等)、次亜ハロゲン酸イオン(例えば次亜フッ素酸イオン、次亜塩素酸イオン、次亜臭素酸イオン、次亜ヨウ素酸イオン等)、亜ハロゲン酸イオン(例えば亜フッ素酸イオン、亜塩素酸イオン、亜臭素酸イオン、亜ヨウ素酸イオン等)、ハロゲン酸イオン(例えばフッ素酸イオン、塩素酸イオン、臭素酸イオン、ヨウ素酸イオン等)、過ハロゲン酸イオン(例えば過フッ素酸イオン、過塩素酸イオン、過臭素酸イオン、過ヨウ素酸イオン等)、トリフルオロメタンスルホン酸イオン(OSO2CF3 -)、テトラキスペンタフルオロフェニルボレートイオン[B(C6F5)4 -]等が挙げられる。陽イオンとしては、特に限定されないが、リチウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、カルシウムイオン、バリウムイオン、ストロンチウムイオン、イットリウムイオン、スカンジウムイオン、ランタノイドイオン、等の各種金属イオン、水素イオン等が挙げられる。また、これらカウンターイオンは、一種類でも良いが、二種類以上が併存していても良い。ただし、この記述は、可能な機構の例示に過ぎず、本発明を限定するものではない。 In formulas (1) to (5) complex catalyst represented by any one of its counter ion is not particularly limited, as the anion, for example, hexafluorophosphate ion (PF 6 -), tetra tetrafluoroborate ion (BF 4 -), hydroxide ions (OH -), acetate ion, carbonate ion, phosphate ion, sulfate ion, nitrate ion, halide ion (e.g. fluoride ion (F -), chloride ion (Cl -), a bromide ion (Br -), iodide ion (I -), etc.), hypohalous acid ion (e.g. hypofluorite ion, hypochlorite ion, hypobromous acid ion, hypophosphite iodine Acid ion, etc.), Hypofluorous acid ion (for example, chlorofluorous acid ion, chlorate ion, bromine acid ion, iodate ion, etc.) etc. iodate ion), perhalogen acid ion (e.g., perfluorinated acid ion, perchloric acid ion, perbromic acid ion, periodic acid ion, etc.), trifluoromethanesulfonate ion (OSO 2 CF 3 -), tetrakis pentafluoro tetraphenylborate ion [B (C 6 F 5) 4 -] , and the like. The cation is not particularly limited, but various metal ions such as lithium ion, magnesium ion, sodium ion, potassium ion, calcium ion, barium ion, strontium ion, yttrium ion, scandium ion, lanthanoid ion, hydrogen ion and the like can be used. Can be mentioned. Further, these counter ions may be of one type, but two or more types may coexist. However, this description is merely an example of a possible mechanism and does not limit the present invention.

一般式(1)で表される錯体触媒において、Zは、酸素、硫黄のいずれかであり、望ましくは、酸素である。 In the complex catalyst represented by the general formula (1), Z is either oxygen or sulfur, preferably oxygen.

一般式(1)で表される錯体触媒において、Xi(iは、1または2)は、窒素、酸素、硫黄、炭素のいずれかであり、望ましくは、窒素または炭素である。また、Xiが窒素の場合は単結合で結合した置換基Qiを有しても良く、Xiが炭素の場合は単結合または二重結合で結合された置換基Qiを有しても良い。また、X1とX2は、単結合または二重結合で結合している。 In the complex catalyst represented by the general formula (1), X i (i is 1 or 2) is any one of nitrogen, oxygen, sulfur and carbon, preferably nitrogen or carbon. Further, when X i is nitrogen, it may have a substituent Q i bonded by a single bond, and when X i is carbon, it may have a substituent Q i bonded by a single bond or a double bond. Is also good. In addition, X 1 and X 2 are bonded by a single bond or a double bond.

一般式(1)で示される錯体触媒において、QiがXi(iは、1または2)と単結合で結合する場合、Qiは、水素原子、アルキル基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、オキシアニオン基、オキソ基、ニトロ基、ハロゲン基、スルホン基、アシル基、カルボン酸基もしくはその誘導体、アミノ基、アルキルアミノ基、アミド基、またはフェニル基であり、Xiが炭素で、QiがXi単結合で結合する場合Qiは2つまで存在可能であり、QiがXiと二重結合で結合する場合Qiは、酸素(=O)、硫黄(=S)、窒素(=NR)、または炭素(=CRR’)であり、窒素、または炭素の場合さらに置換基(RもしくはR’)を有しても良い。また、Q1 とQ2が置換基を通して結合しで環を形成しても良い。 In complex catalyst represented by the general formula (1), Q i is X i (i is 1 or 2) that binds to a single bond, Q i is a hydrogen atom, an alkyl group, hydroxy group, alkoxy group, aryloxy Anion group, oxo group, nitro group, halogen group, sulfone group, acyl group, carboxylic acid group or derivative thereof, amino group, alkylamino group, amide group, or phenyl group, where X i is carbon and Q i is when merging with X i single bond Q i is be present up to two, if Q i where Q i is attached at X i and a double bond, an oxygen (= O), sulfur (= S), nitrogen ( = NR) or carbon (= CRR'), and in the case of nitrogen or carbon, it may further have a substituent (R or R'). Further, Q 1 and Q 2 may be bonded through a substituent to form a ring.

一般式(2)、(4) 、(5)のいずれかで表される錯体触媒において、Y1は、窒素、酸素、硫黄、炭素のいずれかであり、望ましくは、窒素である。一般式(3)で表される錯体触媒において、Y 1 は、窒素または炭素であり、望ましくは、窒素である。Y2は、窒素または炭素である。また、Y1とY2は、単結合または二重結合で結合している。 In the complex catalyst represented by any of the general formulas (2) , (4) and (5), Y 1 is any of nitrogen, oxygen, sulfur and carbon, preferably nitrogen. In the complex catalyst represented by the general formula (3), Y 1 is nitrogen or carbon, preferably nitrogen. Y 2 is nitrogen or carbon. In addition, Y 1 and Y 2 are bonded by a single bond or a double bond.

一般式(3)または(4)で表される錯体触媒において、A1〜A7は、それぞれ独立に、酸素、硫黄、窒素、炭素のいずれかであり、望ましくは、窒素または炭素である。一般式(5)で表される錯体触媒において、A8〜A9は、それぞれ独立に、窒素または炭素のいずれかである。 In the complex catalyst represented by the general formula (3) or (4), A 1 to A 7 are independently any of oxygen, sulfur, nitrogen, and carbon, preferably nitrogen or carbon. In the complex catalyst represented by the general formula (5), A 8 to A 9 are independently either nitrogen or carbon.

一般式(1)〜(5)のいずれかで表される錯体触媒において、Tは、水素原子、または、アルキル基、芳香族基、ヒドロキシ基(-OH)、アルコキシ基(-OR)、アミノ基(-NRR’)、アミド基、アシル基などの任意の置換基である。 In the complex catalyst represented by any of the general formulas (1) to (5), T is a hydrogen atom, an alkyl group, an aromatic group, a hydroxy group (-OH), an alkoxy group (-OR), or an amino. Any substituent such as a group (-NRR'), an amide group, an acyl group, etc.

一般式(1)または(2)で表される錯体触媒において、Lは、芳香族性アニオン配位子、または芳香族性配位子であり、この配位子上に置換基を1つまたは複数有しても良い。この配位子上の置換基としては、任意のもので良く、例えば、アルキル基、ヒドロキシ基(-OH)、エステル基(-COOR)、アミド基(-CONRR’)、ハロゲン(-X)、アルコキシ基(-OR)、アルキルチオ基(-SR)、アミノ基(-NRR’)、アシル基、カルボン酸基(-COOH)、ニトロ基、スルホン酸基(-SO3H)、芳香族基などが挙げられ、置換基が複数である場合、それらは同一でも異なっても良い。特に好ましくは、すべてメチル基で置換されたペンタメチルシクロペンタジエニルまたは、ヘキサメチルベンゼンが好ましい。 In the complex catalyst represented by the general formula (1) or (2), L is an aromatic anion ligand or an aromatic ligand, and one substituent or a substituent is placed on this ligand. You may have more than one. The substituent on this ligand may be any, for example, alkyl group, hydroxy group (-OH), ester group (-COOR), amide group (-CONRR'), halogen (-X), Alkoxy group (-OR), alkylthio group (-SR), amino group (-NRR'), acyl group, carboxylic acid group (-COOH), nitro group, sulfonic acid group (-SO 3 H), aromatic group, etc. When there are a plurality of substituents, they may be the same or different. Particularly preferably, pentamethylcyclopentadienyl or hexamethylbenzene, which are all substituted with methyl groups, is preferable.

一般式(3)〜(5)のいずれかで示される錯体触媒において、R1〜R9は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、オキシアニオン基、オキソ基、ニトロ基、ハロゲン基、スルホン基、アシル基、カルボン酸基もしくはその誘導体、アミノ基、アルキルアミノ基、アミド基、またはフェニル基であり、置換基を有していても良い。置換基を有している場合は、前記置換基は1つでも複数でも良く、(ただし、Ai(iは1〜7の整数)が酸素または硫黄である場合、その位置のRiは存在せず、窒素の場合は最大1つの置換基を有することも可能であり、炭素の場合は、単結合で結合された最大2つの置換基、または二重結合で結合された1つの置換基を有することも可能である。)望ましくは、水素原子、ヒドロキシ基、オキソ基、またはアルコキシ基である。 In the complex catalyst represented by any of the general formulas (3) to (5), R 1 to R 9 independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, a hydroxy group, an alkoxy group, an oxyanion group, an oxo group, and a nitro. It is a group, a halogen group, a sulfone group, an acyl group, a carboxylic acid group or a derivative thereof, an amino group, an alkylamino group, an amide group, or a phenyl group, and may have a substituent. If it has a substituent, the substituent may be one or more, and if A i (i is an integer of 1 to 7) is oxygen or sulfur, R i at that position is present. In the case of nitrogen, it is possible to have a maximum of one substituent, and in the case of carbon, a maximum of two substituents bonded by a single bond or one substituent bonded by a double bond. It is also possible to have.) Desirably, it is a hydrogen atom, a hydroxy group, an oxo group, or an alkoxy group.

なお、本発明において、アルキル基としては、特に限定されないが、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基等が挙げられる。アルキル基から誘導される基、例えばヒドロキシアルキル基、アルコキシアルキル基、ジアルキルアミノアルキル基、や原子団(アルコキシ基等)についても同様である。カルボン酸エステル基、カルボン酸アルキルアミド基を構成するアルキル基も同様である。アルコールおよびアルコキシドイオンとしては、特に限定されないが、例えば、前記各アルキル基から誘導されるアルコールおよびアルコキシドイオンが挙げられる。また、本発明において、「ハロゲン」とは、任意のハロゲン元素を指すが、例えば、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素が挙げられる。さらに、本発明において置換基等に異性体が存在する場合は、特に制限しない限り、どの異性体でも良い。例えば、単に「プロピル基」という場合はn-プロピル基およびイソプロピル基のどちらでも良い。単に「ブチル基」という場合は、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基およびtert-ブチル基のいずれでも良い。ただし、この記述は、可能な機構の例示に過ぎず、本発明を限定するものではない。 In the present invention, the alkyl group is not particularly limited, but for example, a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, a sec-butyl group, a tert-butyl group, and the like. Pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, undecyl group, dodecyl group, tridecyl group, tetradecyl group, pentadecyl group, hexadecyl group, heptadecyl group, octadecyl group, nonadecil group, icosyl group and the like. Be done. The same applies to groups derived from alkyl groups, such as hydroxyalkyl groups, alkoxyalkyl groups, dialkylaminoalkyl groups, and atomic groups (alkoxy groups, etc.). The same applies to the alkyl groups constituting the carboxylic acid ester group and the carboxylic acid alkyl amide group. The alcohol and alkoxide ion are not particularly limited, and examples thereof include alcohol and alkoxide ion derived from each of the alkyl groups. Further, in the present invention, "halogen" refers to any halogen element, and examples thereof include fluorine, chlorine, bromine, and iodine. Further, when an isomer is present in the substituent or the like in the present invention, any isomer may be used unless otherwise specified. For example, the term "propyl group" may be either an n-propyl group or an isopropyl group. The term "butyl group" may be any of an n-butyl group, an isobutyl group, a sec-butyl group and a tert-butyl group. However, this description is merely an example of a possible mechanism and does not limit the present invention.

本発明の錯体触媒は、一般式(1)〜(5)のいずれかで表される金属錯体、その互変異性体もしくは立体異性体、またはそれらの塩を有効成分として含み、二酸化炭素の水素化によるギ酸および/またはギ酸塩を製造するための触媒である。該触媒の有効成分は、一般式(1)〜(5)のいずれかで表される金属錯体、その互変異性体、立体異性体、およびそれらの塩からなる群から選択される少なくとも1の化合物からなる。例えば、該配位子成分の1または複数種の配位子を、一般式(1)〜(5)のいずれかの金属成分と混合して有効成分としても良いし、はじめから配位子成分と金属成分を混合して、有効成分を合成単離して用いても良い。また、他の成分を適宜(好ましくは、10wt%未満)添加して用いても良い。 The complex catalyst of the present invention contains a metal complex represented by any of the general formulas (1) to (5), a homozygous or stereoisomer thereof, or a salt thereof as an active ingredient, and hydrogen of carbon dioxide. It is a catalyst for producing formic acid and / or formate by hydrogenation. The active ingredient of the catalyst is at least one selected from the group consisting of metal complexes represented by any of the general formulas (1) to (5), tautomers thereof, steric isomers, and salts thereof. Consists of compounds. For example, one or more kinds of ligands of the ligand component may be mixed with the metal component of any one of the general formulas (1) to (5) to be an active ingredient, or the ligand component may be used from the beginning. And the metal component may be mixed to synthesize and isolate the active ingredient for use. Further, other components may be added as appropriate (preferably less than 10 wt%) for use.

本発明の錯体触媒は、二酸化炭素の水素化反応の前に調製し、調製した錯体触媒を反応溶液に添加して反応しても良いし、金属塩部分と配位子部分を混合し錯体触媒を分離精製することなく、そのまま二酸化炭素の水素化反応を開始しても良い。 The complex catalyst of the present invention may be prepared before the hydrogenation reaction of carbon dioxide, and the prepared complex catalyst may be added to the reaction solution for reaction, or the metal salt portion and the ligand portion are mixed and the complex catalyst is used. The hydrogenation reaction of carbon dioxide may be started as it is without separating and purifying.

本発明の錯体触媒を構成する配位子は、アミド(チオアミド)構造を有している。アミド窒素は、金属に配位する際に脱プロトン化して分子内に負電荷を生じることで、強い電子供与性を示し、結果として触媒を活性化することを見出した([化8])。一方、同様に脱プロトン化するカルボン酸基では、電気陰性度が高い酸素原子により、顕著な触媒活性化が観測されない。また、アミジン基では、脱プロトン化が起こりにくいために、限定的な触媒活性しか示さなかった。今回、配位の際に脱プロトン化するアミド基を配位させることで、高い活性を有する新規触媒を見出すことができた。

Figure 0006890320
The ligand constituting the complex catalyst of the present invention has an amide (thioamide) structure. It has been found that amide nitrogen exhibits a strong electron donating property by deprotonating when coordinating with a metal to generate a negative charge in the molecule, and as a result, activates a catalyst ([Chemical Formula 8]). On the other hand, in the carboxylic acid group that is also deprotonated, no significant catalytic activation is observed due to the oxygen atom having a high electronegativity. In addition, the amidine group showed only limited catalytic activity because deprotonation was unlikely to occur. This time, we were able to find a new catalyst with high activity by coordinating an amide group that deprotonates during coordination.
Figure 0006890320

さらにまた、周知の方法で本発明の触媒の更なる活性化が達成できる。即ち、一般式(4)または(5)で表される錯体触媒において、5員環または6員環に水酸基を導入することで、二酸化炭素の水素化反応条件で、オキシアニオンが生じ、配位子上の電子供与性を高め、更なる触媒性能を向上させることが可能になる。例えば、[化9]で示す水酸基を有するピコリンアミド配位子の場合、二酸化炭素水素化反応条件下、水酸基が脱プロトン化してピリジン環上に負電荷生じることで、触媒活性がさらに向上する。その際、ヒドロキシピリジン配位子は、ピリドン骨格を形成する場合がある。

Figure 0006890320
Furthermore, further activation of the catalyst of the present invention can be achieved by well known methods. That is, in the complex catalyst represented by the general formula (4) or (5), by introducing a hydroxyl group into the 5-membered ring or the 6-membered ring, an oxyanion is generated under the hydrogenation reaction condition of carbon dioxide, and the coordination is performed. It is possible to enhance the electron donating property on the child and further improve the catalytic performance. For example, in the case of the picoline amide ligand having a hydroxyl group shown in [Chemical formula 9], the catalytic activity is further improved by deprotonating the hydroxyl group to generate a negative charge on the pyridine ring under carbon dioxide hydrogenation reaction conditions. At that time, the hydroxypyridine ligand may form a pyridone skeleton.
Figure 0006890320

本発明の二酸化炭素の水素化方法(乃至ギ酸および/またはギ酸塩の製造方法)は、本発明の金属錯体、その互変異性体もしくは立体異性体、またはそれらの塩を有効成分として含む触媒の溶液を二酸化炭素と水素存在下撹拌する工程、および前記溶液を加熱する工程からなる群から選択される少なくとも一つの工程を含む。すなわち、例えば、一般式(1)〜(5)のいずれかで表される錯体触媒の溶液を二酸化炭素と水素存在下、そのまま静置または撹拌するか、必要に応じ加熱すれば良い。 The method for hydrogenating carbon dioxide (or the method for producing formic acid and / or formate) of the present invention is a method for producing a catalyst containing the metal complex of the present invention, a homovariant or stereoisomer thereof, or a salt thereof as an active ingredient. It comprises at least one step selected from the group consisting of a step of stirring the solution in the presence of carbon dioxide and hydrogen, and a step of heating the solution. That is, for example, the solution of the complex catalyst represented by any of the general formulas (1) to (5) may be allowed to stand or stirred as it is in the presence of carbon dioxide and hydrogen, or may be heated if necessary.

本発明の二酸化炭素の水素化方法(乃至ギ酸および/またはギ酸塩の製造方法)において、反応温度は、触媒が分解することなく、かつ充分な反応速度で反応が進行する方が有利である。一般的には、0℃から300℃の範囲で反応を実施することができるが、好ましくは40℃以上100℃以下の範囲である。反応時間は特に制限はない。なお反応は、低酸素状態または酸素が存在しない条件下で実施するのが好ましく、反応媒体は脱気した後に使用するのが好ましい。また、反応操作は窒素、アルゴン等の不活性な気体の雰囲気下で実施することが好ましい。 In the method for hydrogenating carbon dioxide (or the method for producing formic acid and / or formate) of the present invention, it is advantageous that the reaction temperature does not decompose the catalyst and the reaction proceeds at a sufficient reaction rate. Generally, the reaction can be carried out in the range of 0 ° C. to 300 ° C., but is preferably in the range of 40 ° C. or higher and 100 ° C. or lower. The reaction time is not particularly limited. The reaction is preferably carried out under conditions of hypoxia or the absence of oxygen, and the reaction medium is preferably used after degassing. Further, the reaction operation is preferably carried out in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen or argon.

本発明の二酸化炭素の水素化方法(乃至ギ酸および/またはギ酸塩の製造方法)において、上記の錯体触媒の使用量については、上限及び下限はないが、反応速度、反応液への錯体触媒の溶解性および経済性などに依存する。適切な触媒濃度は1×10-9から1×10-1Mで、好ましくは1×10-7から1×10-4Mである。 In the method for hydrogenating carbon dioxide (or the method for producing formate of formic acid and / or formate) of the present invention, there is no upper or lower limit on the amount of the complex catalyst used, but the reaction rate and the complex catalyst in the reaction solution are not limited. Depends on solubility and economic efficiency. Suitable catalyst concentrations are 1 × 10 -9 to 1 × 10 -1 M, preferably 1 × 10 -7 to 1 × 10 -4 M.

本発明の二酸化炭素の水素化方法(乃至ギ酸および/またはギ酸塩の製造方法)において、塩基を用いた方が反応は促進する。例えば、無機塩基の例としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化ストロンチウム、炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸ストロンチウムなどが適当である。有機塩基の例としては、アンモニア、トリエチルアミン、ジイソプロピルエチルアミン、アニリン、ピリジンなどが適当であるが、これに限定されるものではない。また、一般に反応溶液のpHは、4〜14(好ましくは6〜9)の範囲で用いるが、二酸化炭素ガスの反応溶液への溶解によって反応溶液のpHが変化するために、この範囲を超えて二酸化炭素の水素化を行っても良い。 In the method for hydrogenating carbon dioxide (or the method for producing formic acid and / or formate) of the present invention, the reaction is promoted by using a base. For example, examples of inorganic bases include lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, barium hydroxide, strontium carbonate, lithium carbonate, lithium hydrogen carbonate, sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium carbonate, etc. Potassium hydrogen carbonate, calcium carbonate, barium carbonate, strontium carbonate and the like are suitable. Examples of organic bases include, but are not limited to, ammonia, triethylamine, diisopropylethylamine, aniline, pyridine and the like. Generally, the pH of the reaction solution is used in the range of 4 to 14 (preferably 6 to 9), but it exceeds this range because the pH of the reaction solution changes due to the dissolution of carbon dioxide gas in the reaction solution. Carbon dioxide may be hydrolyzed.

本発明の二酸化炭素の水素化方法(乃至ギ酸および/またはギ酸塩の製造方法)において、反応に用いられる圧力は、特に上限および下限はないが、一般に常圧以上が用いられる。圧力は高いほうが好ましいが、装置および運転コスト等の経済的な理由に依存する。 In the method for hydrogenating carbon dioxide (or the method for producing formic acid and / or formate) of the present invention, the pressure used for the reaction is not particularly upper and lower limits, but is generally higher than normal pressure. Higher pressures are preferred, but depend on economic reasons such as equipment and operating costs.

本発明の二酸化炭素の水素化方法(及至ギ酸および/またはギ酸塩の製造方法)において使用される反応溶媒は特に限定されず、例えば水でも有機溶媒でも良いし、一種類のみ用いても二種類以上併用しても良い。本発明の錯体触媒が水に可溶な場合は、水を用いることが簡便であることから好ましい。前記有機溶媒としては特に限定されないが、錯体の溶解度等の観点から高極性溶媒が好ましく、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル、メタノール、エタノール、n-プロピルアルコール、n-ブチルアルコール等の第1級アルコール、イソプロピルアルコール、s-ブチルアルコール等の第2級アルコール、t-ブチルアルコール等の第3級アルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール等の多価アルコール、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメトキシエタン、ジエチルエーテル等のエーテル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド、酢酸エチル等のエステル等が挙げられる。 The reaction solvent used in the method for hydrogenating carbon dioxide of the present invention (method for producing formic acid and / or formate) is not particularly limited, and for example, water or an organic solvent may be used, or only one type may be used, or two types may be used. The above may be used together. When the complex catalyst of the present invention is soluble in water, it is preferable to use water because it is easy to use. The organic solvent is not particularly limited, but a highly polar solvent is preferable from the viewpoint of solubility of the complex and the like, and nitriles such as acetonitrile, propionitrile, butyronitrile and benzonitrile, methanol, ethanol, n-propyl alcohol and n-butyl alcohol are preferable. Primary alcohols such as, isopropyl alcohol, secondary alcohols such as s-butyl alcohol, tertiary alcohols such as t-butyl alcohol, polyhydric alcohols such as ethylene glycol and propylene glycol, tetrahydrofuran, dioxane, dimethoxyethane, etc. Examples thereof include ethers such as diethyl ether, amides such as dimethylformamide and dimethylacetamide, sulfoxides such as dimethylsulfoxide, and esters such as ethyl acetate.

以下、本発明の実施例についてさらに具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例のみには限定されない。 Hereinafter, examples of the present invention will be described in more detail, but the present invention is not limited to the following examples.

[実施例1]
[錯体合成]
触媒配位子(0.08mmol)と[Cp*Ir(H2O)3]SO4 (38.2mg, 0.08mmol)を水中30℃で12時間撹拌した。反応溶液を減圧下濃縮し、得られた生成物を減圧下12時間乾燥し、錯体触媒を得た。以下、合成した触媒の分析値を示す。
[Example 1]
[Complex synthesis]
The catalytic ligand (0.08 mmol) and [Cp * Ir (H 2 O) 3 ] SO 4 (38.2 mg, 0.08 mmol) were stirred in water at 30 ° C. for 12 hours. The reaction solution was concentrated under reduced pressure, and the obtained product was dried under reduced pressure for 12 hours to obtain a complex catalyst. The analytical values of the synthesized catalyst are shown below.

ピコリンアミド(Picolinamide)を配位子とする錯体(6)

Figure 0006890320
1H NMR (D2O, 400 MHz): δ = 8.76 (ddd, J = 5.50, 1.50, 0.75 Hz, 1H, ArH), 8.05 (td, J = 7.80, 1.45 Hz, 1H, ArH), 7.85 (ddd, J = 6.90, 1.40, 0.75 Hz, 1H, ArH), 7.63 (ddd, J = 7.70, 5.45 1.50 Hz, 1H, ArH) and 1.62 (s, 15H, Cp*). 13C NMR (D2O, 150 MHz): δ = 176.04 (C=O), 153.02 (Ar), 151.89 (Ar), 141.45 (Ar), 129.93 (Ar), 126.11 (Ar), 87.32 (Cp*) and 8.49 (Cp*). ESI-MS (m/z): [M−HSO4−H2O]+ calcd for C16H20IrN2O+, 449.12; found, 449. Elemental analysis calcd (%) for C16H23IrN2O6S: C, 34.10; H, 4.11; N, 4.97. Found: C; 34.04; H, 4.28; N, 5.15. Complex with picolinamide as a ligand (6)
Figure 0006890320
1 H NMR (D 2 O, 400 MHz): δ = 8.76 (ddd, J = 5.50, 1.50, 0.75 Hz, 1H, ArH), 8.05 (td, J = 7.80, 1.45 Hz, 1H, ArH), 7.85 ( ddd, J = 6.90, 1.40, 0.75 Hz, 1H, ArH), 7.63 (ddd, J = 7.70, 5.45 1.50 Hz, 1H, ArH) and 1.62 (s, 15H, Cp *). 13 C NMR (D 2 O) , 150 MHz): δ = 176.04 (C = O), 153.02 (Ar), 151.89 (Ar), 141.45 (Ar), 129.93 (Ar), 126.11 (Ar), 87.32 (Cp *) and 8.49 (Cp *) . ESI-MS (m / z): [M−HSO 4 −H 2 O] + calcd for C 16 H 20 IrN 2 O + , 449.12; found, 449. Elemental analysis calcd (%) for C 16 H 23 IrN 2 O 6 S: C, 34.10; H, 4.11; N, 4.97. Found: C; 34.04; H, 4.28; N, 5.15.

N-メチルピコリンアミド(N-methylpicolinamide)を配位子とする錯体(7)

Figure 0006890320
1H NMR (D2O, 400 MHz): δ = 8.84 (ddd, J = 5.52, 1.44, 0.72 Hz, 1H, ArH), 8.12 (td, J = 7.80, 1.44 Hz, 1H, ArH), 7.86 (ddd, J = 7.84, 1.44, 0.72 Hz, 1H, ArH), .7.69 (ddd, J = 7.64, 5.56, 1.52 Hz, 1H, ArH), 3.37 (s, 3H, Me) and 1.59 (s, 15H, Cp*). 13C NMR (D2O, 150 MHz): δ = 173.41 (C=O), 153.61 (Ar), 151.36 (Ar), 141.36 (Ar), 129.36 (Ar), 125.69 (Ar), 87.65 (Cp*), 37.26 (Me) and 8.46 (Cp*). ESI-MS (m/z): [M−HSO4−H2O]+ calcd for C17H22IrN2O+, 463.14; found, 463. Elemental analysis calcd (%) for C17H25IrN2O6S: C, 35.35; H, 4.36; N, 4.85. Found: C; 35.07; H, 4.23; N, 4.81.
X線結晶構造解析により、アミド窒素のプロトンが脱離した上記構造であることを確認した。 Complex with N-methylpicolinamide as a ligand (7)
Figure 0006890320
1 1 H NMR (D 2 O, 400 MHz): δ = 8.84 (ddd, J = 5.52, 1.44, 0.72 Hz, 1H, ArH), 8.12 (td, J = 7.80, 1.44 Hz, 1H, ArH), 7.86 ( ddd, J = 7.84, 1.44, 0.72 Hz, 1H, ArH), .7.69 (ddd, J = 7.64, 5.56, 1.52 Hz, 1H, ArH), 3.37 (s, 3H, Me) and 1.59 (s, 15H, Cp *). 13 C NMR (D 2 O, 150 MHz): δ = 173.41 (C = O), 153.61 (Ar), 151.36 (Ar), 141.36 (Ar), 129.36 (Ar), 125.69 (Ar), 87.65 (Cp *), 37.26 (Me) and 8.46 (Cp *). ESI-MS (m / z): [M−HSO 4 −H 2 O] + calcd for C 17 H 22 IrN 2 O + , 463.14; found, 463. Elemental analysis calcd (%) for C 17 H 25 IrN 2 O 6 S: C, 35.35; H, 4.36; N, 4.85. Found: C; 35.07; H, 4.23; N, 4.81.
By X-ray crystallography, it was confirmed that the structure was such that the protons of amide nitrogen were eliminated.

4-ヒドロキシピコリンアミド(4-hydoxypicolinamide)を配位子とする錯体(8)

Figure 0006890320
1H NMR (D2O, 400 MHz): δ = 8.56 (d, J = 6.32 Hz, 1H, ArH), 7.27 (d, J = 2.68 Hz, 1H, ArH), 7.08 (dd, J = 6.36, 2.84 Hz, 1H, ArH) and 1.62 (s, 15H, Cp*). 13C NMR (D2O, 150 MHz): δ = 176.10 (C=O), 167.43 (Ar), 154.66 (Ar), 152.67 (Ar), 116.58 (Ar), 113.92 (Ar), 86.77 (Cp*), and 8.51 (Cp*). ESI-MS (m/z): [M−HSO4−H2O]+ calcd for C16H20IrN2O2 +, 465.12; found, 465. Elemental analysis calcd (%) for C16H23IrN2O7S+H2O: C, 32.15; H, 4.22; N, 4.69. Found: C; 31.86; H, 3.95; N, 4.63. Complex with 4-hydoxypicolinamide as a ligand (8)
Figure 0006890320
1 1 H NMR (D 2 O, 400 MHz): δ = 8.56 (d, J = 6.32 Hz, 1H, ArH), 7.27 (d, J = 2.68 Hz, 1H, ArH), 7.08 (dd, J = 6.36, 2.84 Hz, 1H, ArH) and 1.62 (s, 15H, Cp *). 13 C NMR (D 2 O, 150 MHz): δ = 176.10 (C = O), 167.43 (Ar), 154.66 (Ar), 152.67 (Ar), 116.58 (Ar), 113.92 (Ar), 86.77 (Cp *), and 8.51 (Cp *). ESI-MS (m / z): [M−HSO 4 −H 2 O] + calcd for C 16 H 20 IrN 2 O 2 + , 465.12; found, 465. Elemental analysis calcd (%) for C 16 H 23 IrN 2 O 7 S + H 2 O: C, 32.15; H, 4.22; N, 4.69. Found: C; 31.86; H, 3.95; N, 4.63.

4-ヒドロキシ-N-メチルピロリンアミド(4-hydoxy-N-methylpicolinamide)を配位子とする錯体(9)

Figure 0006890320
1H NMR (D2O, 400 MHz): δ = 8.60 (d, J = 6.35 Hz, 1H, ArH), 7.32 (d, J = 2.85 Hz, 1H, ArH), 7.14 (dd, J = 6.35, 2.80 Hz, 1H, ArH), 3.43 (s, 3H, Me) and 1.66 (s, 15H, Cp*). 13C NMR (D2O, 150 MHz): δ = 173.43 (C=O), 167.36 (Ar), 155.33 (Ar), 151.96 (Ar), 115.99 (Ar), 113.34 (Ar), 87.14 (Cp*), 37.31 (Me) and 8.49 (Cp*). ESI-MS (m/z): [M−HSO4−H2O]+ calcd for C17H22IrN2O2 +, 479.13; found, 479. Elemental analysis calcd (%) for C17H25IrN2O7S: C, 34.39; H, 4.24; N, 4.72. Found: C; 34.33; H, 4.16; N, 4.67. Complex with 4-hydoxy-N-methylpyroline amide as a ligand (9)
Figure 0006890320
1 1 H NMR (D 2 O, 400 MHz): δ = 8.60 (d, J = 6.35 Hz, 1H, ArH), 7.32 (d, J = 2.85 Hz, 1H, ArH), 7.14 (dd, J = 6.35, 2.80 Hz, 1H, ArH), 3.43 (s, 3H, Me) and 1.66 (s, 15H, Cp *). 13 C NMR (D 2 O, 150 MHz): δ = 173.43 (C = O), 167.36 ( Ar), 155.33 (Ar), 151.96 (Ar), 115.99 (Ar), 113.34 (Ar), 87.14 (Cp *), 37.31 (Me) and 8.49 (Cp *). ESI-MS (m / z): [ M−HSO 4 −H 2 O] + calcd for C 17 H 22 IrN 2 O 2 + , 479.13; found, 479. Elemental analysis calcd (%) for C 17 H 25 IrN 2 O 7 S: C, 34.39; H , 4.24; N, 4.72. Found: C; 34.33; H, 4.16; N, 4.67.

下記の配位子を有する錯体触媒を、対応する触媒配位子と、[Cp*Ir(H2O)3]SO4、[(C6Me6)Ru(H2O)3]SO4、[Cp*Rh(H2O)3]SO4のいずれかを水中で反応させることで調製した。

Figure 0006890320
Complex catalysts with the following ligands, with the corresponding catalytic ligands, [Cp * Ir (H 2 O) 3 ] SO 4 , [(C 6 Me 6 ) Ru (H 2 O) 3 ] SO 4 , [Cp * Rh (H 2 O) 3 ] SO 4 was prepared by reacting in water.
Figure 0006890320

[実施例2]
実施例1で製造した錯体触媒8.0μmolを水(1mL)に溶かした溶液から、25μL(0.2μmol)を、脱気した1Mの炭酸水素ナトリウム水溶液(10mL)に加えて、50℃, 1MPaの水素:二酸化炭素(1:1)の加圧下、激しく撹拌した。1時間後、反応溶液のギ酸濃度を高速液体クロマトグラフィーで用いて、20mMのリン酸水素溶液を展開液とするカラム(TSKgel SCX(H+): TOSOH)に通し、流出する液を波長210nmで測定した結果を表1に示す。
[Example 2]
From the solution prepared in Example 1 in which 8.0 μmol of the complex catalyst was dissolved in water (1 mL), 25 μL (0.2 μmol) was added to a degassed 1 M aqueous sodium hydrogen carbonate solution (10 mL), and hydrogen at 50 ° C. and 1 MPa was added. : The mixture was vigorously stirred under the pressure of carbon dioxide (1: 1). After 1 hour, the formic acid concentration of the reaction solution was used in high performance liquid chromatography and passed through a column (TSKgel SCX (H + ): TOSOH) containing a 20 mM hydrogen phosphate solution as the developing solution, and the flowing solution was passed at a wavelength of 210 nm. The measurement results are shown in Table 1.

Figure 0006890320
Figure 0006890320

[実施例3]
実施例1で製造した錯体触媒(9)(0.2μmol)を、1Mの炭酸水素ナトリウム水溶液(20mL)に加えて、25℃, 大気圧の水素:二酸化炭素(1:1)の雰囲気下、激しく撹拌した。適当な間隔で取り出した反応溶液のギ酸濃度を測定し、触媒回転数とギ酸濃度を図1に示した。その結果、水中常温常圧条件での二酸化炭素の水素化反応は、1時間あたり触媒回転数(触媒回転効率)167回、2週間後の触媒回転数14700回と極めて高い触媒活性を示した。
[Example 3]
The complex catalyst (9) (0.2 μmol) produced in Example 1 was added to a 1 M aqueous sodium hydrogen carbonate solution (20 mL), and violently in an atmosphere of hydrogen: carbon dioxide (1: 1) at 25 ° C. and atmospheric pressure. Stirred. The formic acid concentration of the reaction solution taken out at appropriate intervals was measured, and the catalyst rotation speed and the formic acid concentration are shown in FIG. As a result, the hydrogenation reaction of carbon dioxide under normal temperature and pressure conditions in water showed extremely high catalytic activity with a catalyst rotation speed (catalyst rotation efficiency) of 167 times per hour and a catalyst rotation speed of 14700 times after 2 weeks.

[比較例1]
ビピリジン配位子とする式(23)で表される錯体触媒を用いた50℃, 1MPaの水素:二酸化炭素(1:1)の同じ反応条件下、二酸化炭素の水素化反応によって生成するギ酸塩の触媒回転数は、1回であった。これらの結果は、アミド部を配位子とする錯体触媒(6)〜(21)に比べて少なく、アミド窒素と配位子した触媒が二酸化炭素の水素化反応に有効であることを示している。

Figure 0006890320
[Comparative Example 1]
A formate produced by the hydrogenation reaction of carbon dioxide under the same reaction conditions of hydrogen at 50 ° C. and 1 MPa using a complex catalyst represented by the formula (23) as a bipyridine ligand: carbon dioxide (1: 1). The catalyst rotation speed of was 1 time. These results are less than those of the complex catalysts (6) to (21) using the amide moiety as a ligand, indicating that the catalyst liganded with amide nitrogen is effective for the hydrogenation reaction of carbon dioxide. There is.
Figure 0006890320

本発明の錯体触媒は、二酸化炭素の水素化によるギ酸および/またはギ酸塩の製造(ギ酸および/またはギ酸塩から水素を取り出すことが可能であるため、該製造は水素の貯蔵でもある)に有効である。また、触媒構造が比較的単純であるために、安価に調製できるだけでなく、様々な誘導体に変更可能である。そのため、本発明で見出された錯体触媒を用いれば、二酸化炭素と水素から貯蔵・輸送が容易なギ酸および/またはギ酸塩をエネルギー効率よく製造することができる。また、二酸化炭素の有効利用技術として、二酸化炭素をC1原料として、ギ酸誘導体または、ギ酸からメタノール等の更なる有用炭素化合物へと変換することも可能である。この場合、用いる錯体触媒をあらかじめ調製、分離しておく必要はなく、事前に配位子成分と金属成分を混合するだけで触媒として用いることもできるので、二酸化炭素水素化反応装置への組み込みも容易である。 The complex catalyst of the present invention is effective for the production of formic acid and / or formate by hydrogenation of carbon dioxide (the production is also a storage of hydrogen because hydrogen can be extracted from formic acid and / or formate). Is. Moreover, since the catalyst structure is relatively simple, not only can it be prepared inexpensively, but it can also be changed to various derivatives. Therefore, by using the complex catalyst found in the present invention, formic acid and / or formate, which can be easily stored and transported, can be energy-efficiently produced from carbon dioxide and hydrogen. Further, as an effective utilization technology of carbon dioxide, it is also possible to convert carbon dioxide into a formic acid derivative or a further useful carbon compound such as methanol by using carbon dioxide as a C1 raw material. In this case, it is not necessary to prepare and separate the complex catalyst to be used in advance, and it can be used as a catalyst simply by mixing the ligand component and the metal component in advance, so that it can be incorporated into a carbon dioxide hydrogenation reactor. It's easy.

Claims (9)

一般式(1)で表され、二座配位子(X1-X2-C(=Z)-N-T)のX1と窒素(N)で配位した金属錯体、その異性体、または塩を有効成分として含む、二酸化炭素の水素化によるギ酸および/またはギ酸塩を製造するための触媒。
Figure 0006890320
一般式(1)において、
Mは、イリジウム、ロジウムまたはルテニウムであり、
Lは、芳香族性アニオン配位子、または芳香族性配位子であり、置換基を有している場合は、前記置換基は1つでも複数でも良く、
Jは、任意の配位子であるか、または存在せず、
Xi(iは、1または2)は、窒素、酸素、硫黄、炭素のいずれかであり、Xiが窒素の場合は単結合で結合した置換基Qiを有しても良く、Xiが炭素の場合は単結合または二重結合で結合された置換基Qiを有しても良く、
X1 とX2は単結合または二重結合で結合し、
Qi(iは1または2)は、Xiと単結合で結合する場合、水素原子、アルキル基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、オキシアニオン基、オキソ基、ニトロ基、ハロゲン基、スルホン基、アシル基、カルボン酸基もしくはその誘導体、アミノ基、アルキルアミノ基、アミド基、またはフェニル基であり、Xiが炭素で、QiがXi単結合で結合する場合Qiは2つまで存在可能であり、QiがXiと二重結合で結合する場合Qiは、酸素(=O)、硫黄(=S)、窒素(=NR)、または炭素(=CRR’)であり、窒素、または炭素の場合さらに置換基(RもしくはR’)を有しても良く、
Q1 とQ2が置換基を通して結合しで環を形成しても良く、
Zは、酸素、硫黄のいずれかであり、
Tは、水素原子、または任意の置換基であり
nは、金属錯体の電荷を表し、正の整数、0、または負の整数である。
Is represented by the general formula (1), coordination metal complexes by X 1 and nitrogen bidentate ligand (X 1 -X 2 -C (= Z) -NT) (N), an isomer thereof, or a salt A catalyst for producing formic acid and / or formate by hydrogenation of carbon dioxide, which comprises as an active ingredient.
Figure 0006890320
In the general formula (1)
M is, iridium, rhodium or ruthenium-time,
L is an aromatic anion ligand or an aromatic ligand, and when it has a substituent, the substituent may be one or more.
J is any ligand or does not exist,
X i (i is 1 or 2) is any of nitrogen, oxygen, sulfur, and carbon, and when X i is nitrogen, it may have a substituent Q i bonded in a single bond, and X i If is carbon, it may have a substituent Q i bonded by a single bond or a double bond.
X 1 and X 2 are single-bonded or double-bonded,
When Q i (i is 1 or 2) is bonded to X i by a single bond, hydrogen atom, alkyl group, hydroxy group, alkoxy group, oxyanion group, oxo group, nitro group, halogen group, sulfone group, acyl A group, a carboxylic acid group or a derivative thereof, an amino group, an alkylamino group, an amide group, or a phenyl group, where X i is a carbon and Q i is bonded by a X i single bond, up to two Q i can exist. When Q i is double-bonded to X i , Q i is oxygen (= O), sulfur (= S), nitrogen (= NR), or carbon (= CRR'), and nitrogen, Alternatively, in the case of carbon, it may have a substituent (R or R').
Q 1 and Q 2 may be bonded through a substituent to form a ring.
Z is either oxygen or sulfur,
T is a hydrogen atom, or any substituent
n represents the charge of the metal complex and is a positive integer, 0, or a negative integer.
一般式(2)で表され、Y1-Y2-C(=O)-N-TのY1と窒素で配位し、環構造を有する二座配位子を有する金属錯体、その異性体、または塩を有効成分として含む、二酸化炭素の水素化によるギ酸および/またはギ酸塩を製造するための触媒。
Figure 0006890320
一般式(2)において、
Mは、イリジウム、ロジウム、ルテニウムのいずれかであり、
Lは、芳香族性アニオン配位子、または芳香族性配位子であり、置換基を有している場合は、前記置換基は1つでも複数でも良く、
Jは、任意の配位子であるか、または存在せず、
Y1は、窒素、酸素、硫黄、炭素のいずれかであり、
Y2は、窒素または炭素であり、
Y1とY2は、単結合または二重結合で結合し、Y1とY2の間の環上に置換基を有しても良く、
Tは、水素原子、または任意の置換基であり、
nは、金属錯体の電荷を表し、正の整数、0、または負の整数である。
A metal complex having a bidentate ligand having a ring structure, coordinated with Y 1 of Y 1 -Y 2- C (= O) -NT, represented by the general formula (2), and an isomer thereof. Or a catalyst for producing formic acid and / or formate by hydrogenation of carbon dioxide, which contains a salt as an active ingredient.
Figure 0006890320
In the general formula (2)
M is, iridium, rhodium, is any of ruthenium-time,
L is an aromatic anion ligand or an aromatic ligand, and when it has a substituent, the substituent may be one or more.
J is any ligand or does not exist,
Y 1 is either nitrogen, oxygen, sulfur or carbon,
Y 2 is nitrogen or carbon,
Y 1 and Y 2 may be single or double bonded and may have a substituent on the ring between Y 1 and Y 2.
T is a hydrogen atom, or any substituent,
n represents the charge of the metal complex and is a positive integer, 0, or a negative integer.
一般式(1)または(2)のMがイリジウムであり、Lがペンタメチルシクロペンタジエニル配位子である請求項1または2に記載の二酸化炭素の水素化によるギ酸および/またはギ酸塩を製造するための触媒。 The formic acid and / or formate by hydrogenation of carbon dioxide according to claim 1 or 2, wherein M in the general formula (1) or (2) is iridium and L is a pentamethylcyclopentadienyl ligand. A catalyst for manufacturing. 一般式(3)で表され、アミド窒素と6員環上の窒素もしくは炭素で配位する二座配位子を有する金属錯体、その異性体、または塩を有効成分として含む、二酸化炭素の水素化によるギ酸および/またはギ酸塩を製造するための触媒。
Figure 0006890320
一般式(3)において、
Jは、任意の配位子であるか、または存在せず、
Y1は、窒素または素であり、
Y2は、窒素または炭素であり、
A1〜A4は、それぞれ独立に、酸素、硫黄、窒素、炭素のいずれかであり、
Y1、Y2およびA1〜A4から構成される6員環のそれぞれの原子は単結合、二重結合で結合、または芳香環を形成し、
R1〜R4は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、オキシアニオン基、オキソ基、ニトロ基、ハロゲン基、スルホン基、アシル基、カルボン酸基もしくはその誘導体、アミノ基、アルキルアミノ基、アミド基、またはフェニル基であり、置換基を有していても良く、置換基を有している場合は、前記置換基は1つでも複数でも良く、(ただし、Ai(iは1〜4の整数)が酸素または硫黄である場合その位置のRiは存在せず、Aiが窒素の場合は最大1つの置換基Riを有することも可能であり、Aiが炭素の場合は最大2つの置換基Riまたは二重結合で結合された1つの置換基を有することも可能である。)
Tは、水素原子、または任意の置換基であり、
nは、金属錯体の電荷を表し、正の整数、0、または負の整数である。
Hydrogenation of carbon dioxide represented by the general formula (3) and containing a metal complex having a bidentate ligand coordinated with amide nitrogen and nitrogen or carbon on a 6-membered ring, an isomer thereof, or a salt as an active ingredient. A catalyst for producing formic acid and / or formate by hydrogenation.
Figure 0006890320
In the general formula (3)
J is any ligand or does not exist,
Y 1 is a nitrogen or carbon-containing,
Y 2 is nitrogen or carbon,
A 1 to A 4 are independently one of oxygen, sulfur, nitrogen, and carbon.
Each atom of the 6-membered ring consisting of Y 1 , Y 2 and A 1 to A 4 forms a single bond, a double bond, or an aromatic ring.
R 1 to R 4 are independently hydrogen atom, alkyl group, hydroxy group, alkoxy group, oxyanion group, oxo group, nitro group, halogen group, sulfone group, acyl group, carboxylic acid group or derivative thereof, amino. It may be a group, an alkylamino group, an amide group, or a phenyl group and may have a substituent, and when it has a substituent, the substituent may be one or more (however, A). If i (i is an integer of 1 to 4) is oxygen or sulfur, then R i at that position does not exist, and if A i is nitrogen, it is possible to have up to one substituent R i, A. If i is carbon, it is also possible to have up to two substituents R i or one substituent bonded by a double bond.)
T is a hydrogen atom, or any substituent,
n represents the charge of the metal complex and is a positive integer, 0, or a negative integer.
一般式(4)で表され、アミド窒素と5員環から成る二座配位子を有する金属錯体、その異性体、または塩を有効成分として含む、二酸化炭素の水素化によるギ酸および/またはギ酸塩を製造するための触媒。
Figure 0006890320
一般式(4)において、
Jは、任意の配位子であるか、または存在せず、
Y1は、窒素、酸素、硫黄、炭素のいずれかであり、
Y2は、窒素または炭素であり、
A5〜A7は、それぞれ独立に、酸素、硫黄、窒素、炭素のいずれかであり、
Y1、Y2およびA5〜A7から構成される5員環のそれぞれの原子は単結合、二重結合で結合し、または芳香環を形成し、
R5〜R7は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、オキシアニオン基、オキソ基、ニトロ基、ハロゲン基、スルホン基、アシル基、カルボン酸基もしくはその誘導体、アミノ基、アルキルアミノ基、アミド基、またはフェニル基であり、置換基を有していても良く、置換基を有している場合は、前記置換基は1つでも複数でも良く、(ただし、Ai(iは5〜7の整数)が酸素または硫黄である場合、その位置のRiは存在せず、Aiが窒素の場合は最大1つの置換基Riを有することも可能であり、Aiが炭素の場合は最大2つの置換基Riまたは二重結合で結合された1つの置換基を有することも可能である。)
Tは、水素原子、または任意の置換基であり、
nは、金属錯体の電荷を表し、正の整数、0、または負の整数である。
Formic acid and / or formic acid by hydrogenation of carbon dioxide, which is represented by the general formula (4) and contains a metal complex having a bidentate ligand consisting of amide nitrogen and a 5-membered ring, an isomer thereof, or a salt as an active ingredient. A catalyst for producing salt.
Figure 0006890320
In the general formula (4)
J is any ligand or does not exist,
Y 1 is either nitrogen, oxygen, sulfur or carbon,
Y 2 is nitrogen or carbon,
A 5 to A 7 are independently one of oxygen, sulfur, nitrogen, and carbon.
Each atom of the 5-membered ring consisting of Y 1 , Y 2 and A 5 to A 7 is single-bonded, double-bonded, or forms an aromatic ring.
R 5 to R 7 are independently hydrogen atom, alkyl group, hydroxy group, alkoxy group, oxyanion group, oxo group, nitro group, halogen group, sulfone group, acyl group, carboxylic acid group or derivative thereof, amino. It may be a group, an alkylamino group, an amide group, or a phenyl group and may have a substituent, and when it has a substituent, the substituent may be one or more (however, A). If i (i is an integer of 5-7) is oxygen or sulfur, then R i at that position does not exist, and if A i is nitrogen, it is possible to have up to one substituent R i. If A i is carbon, it is also possible to have up to two substituents R i or one substituent bonded by a double bond.)
T is a hydrogen atom, or any substituent,
n represents the charge of the metal complex and is a positive integer, 0, or a negative integer.
一般式(5)で表され、アミド窒素と芳香族含窒素6員環上の窒素で配位する二座配位子を有する金属錯体、その異性体、または塩を有効成分として含む、二酸化炭素の水素化によるギ酸および/またはギ酸塩を製造するための触媒。
Figure 0006890320
一般式(5)において、
Jは、任意の配位子であるか、または存在せず、
Tは、水素原子、または任意の置換基であり
A8およびA9は、それぞれ独立に、窒素または炭素であり、
R8およびR9は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、オキシアニオン基、ニトロ基、ハロゲン基、スルホン基、アシル基、カルボン酸基もしくはその誘導体、アミノ基、アルキルアミノ基、アミド基、または、置換基を有しているか有していないフェニル基であり、
nは、金属錯体の電荷を表し、正の整数、0、または負の整数である。
Carbon dioxide represented by the general formula (5) and containing, as an active ingredient, a metal complex having a bidentate ligand coordinated with amide nitrogen and nitrogen on a 6-membered aromatic nitrogen-containing ring, an isomer thereof, or a salt thereof. A catalyst for producing formate and / or formate by hydrogenation of.
Figure 0006890320
In the general formula (5)
J is any ligand or does not exist,
T is a hydrogen atom, or any substituent
A 8 and A 9 are independently nitrogen or carbon, respectively.
R 8 and R 9 are independently hydrogen atom, alkyl group, hydroxy group, alkoxy group, oxyanion group, nitro group, halogen group, sulfone group, acyl group, carboxylic acid group or derivative thereof, amino group, alkyl. An amino group, an amide group, or a phenyl group with or without a substituent,
n represents the charge of the metal complex and is a positive integer, 0, or a negative integer.
一般式(1)〜(5)のいずれかにおいて、Jが、水分子、水素原子、アルコキシドイオン、水酸化物イオン、ハロゲン化物イオン、炭酸イオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、硫酸イオン、硫酸水素イオン、硝酸イオン、ギ酸イオン、もしくは酢酸イオンであるか、または存在しない請求項1〜6のいずれか1項に記載の二酸化炭素の水素化によるギ酸および/またはギ酸塩を製造するための触媒。 In any of the general formulas (1) to (5), J is a water molecule, a hydrogen atom, an alkoxide ion, a hydroxide ion, a halide ion, a carbonate ion, a trifluoromethanesulfonic acid ion, a sulfate ion, and a hydrogen sulfate ion. , Nitrate ion, formate ion, or acetate ion, or a catalyst for producing formate and / or formate by hydrogenation of carbon dioxide according to any one of claims 1 to 6, which is not present. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の触媒の存在下、水素と二酸化炭素を反応させて、ギ酸および/またはギ酸塩を製造する二酸化炭素の水素化方法。 A method for hydrogenating carbon dioxide to produce formic acid and / or formate by reacting hydrogen with carbon dioxide in the presence of the catalyst according to any one of claims 1 to 7. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の触媒の存在下、水素と二酸化炭素を反応させて、ギ酸および/またはギ酸塩を製造することによる水素の貯蔵方法。 A method for storing hydrogen by reacting hydrogen with carbon dioxide in the presence of the catalyst according to any one of claims 1 to 7 to produce formic acid and / or formate.
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