JPWO2018225759A1 - Method for producing aliphatic hydrocarbon and carbon monoxide - Google Patents

Method for producing aliphatic hydrocarbon and carbon monoxide Download PDF

Info

Publication number
JPWO2018225759A1
JPWO2018225759A1 JP2019523929A JP2019523929A JPWO2018225759A1 JP WO2018225759 A1 JPWO2018225759 A1 JP WO2018225759A1 JP 2019523929 A JP2019523929 A JP 2019523929A JP 2019523929 A JP2019523929 A JP 2019523929A JP WO2018225759 A1 JPWO2018225759 A1 JP WO2018225759A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
reaction
catalyst
silicon
aliphatic
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2019523929A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7176759B2 (en
Inventor
山田 陽一
陽一 山田
ヒヨル ベク
ヒヨル ベク
泰広 魚住
泰広 魚住
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Original Assignee
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by RIKEN Institute of Physical and Chemical Research filed Critical RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Publication of JPWO2018225759A1 publication Critical patent/JPWO2018225759A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7176759B2 publication Critical patent/JP7176759B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/42Platinum
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/44Palladium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/46Ruthenium, rhodium, osmium or iridium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/89Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with noble metals
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/90Regeneration or reactivation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J38/00Regeneration or reactivation of catalysts, in general
    • B01J38/48Liquid treating or treating in liquid phase, e.g. dissolved or suspended
    • B01J38/50Liquid treating or treating in liquid phase, e.g. dissolved or suspended using organic liquids
    • B01J38/52Liquid treating or treating in liquid phase, e.g. dissolved or suspended using organic liquids oxygen-containing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C1/00Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon
    • C07C1/20Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon starting from organic compounds containing only oxygen atoms as heteroatoms
    • C07C1/207Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon starting from organic compounds containing only oxygen atoms as heteroatoms from carbonyl compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C11/00Aliphatic unsaturated hydrocarbons
    • C07C11/02Alkenes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C15/00Cyclic hydrocarbons containing only six-membered aromatic rings as cyclic parts
    • C07C15/12Polycyclic non-condensed hydrocarbons
    • C07C15/18Polycyclic non-condensed hydrocarbons containing at least one group with formula
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C5/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms
    • C07C5/02Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by hydrogenation
    • C07C5/03Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by hydrogenation of non-aromatic carbon-to-carbon double bonds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C9/00Aliphatic saturated hydrocarbons
    • C07C9/22Aliphatic saturated hydrocarbons with more than fifteen carbon atoms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07BGENERAL METHODS OF ORGANIC CHEMISTRY; APPARATUS THEREFOR
    • C07B61/00Other general methods
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/584Recycling of catalysts

Abstract

脂肪族炭化水素の新規な製造方法を提供することを課題とする。シリコンワイヤに担持された、ロジウム等の貴金属を含む金属微粒子、からなる触媒を、脂肪族カルボン酸等に作用させ、脱カルボキシル化反応等させる工程を含む、脂肪族炭化水素の製造方法を提供する。An object of the present invention is to provide a novel method for producing an aliphatic hydrocarbon. Provided is a method for producing an aliphatic hydrocarbon, which comprises a step of causing a catalyst composed of metal fine particles containing a noble metal such as rhodium supported on a silicon wire to act on an aliphatic carboxylic acid or the like and performing a decarboxylation reaction or the like. .

Description

本発明は、バイオディーゼル燃料等に使用できる脂肪族炭化水素及び一酸化炭素の製造方法、並びに、同方法に用いる触媒に関する。   The present invention relates to a method for producing an aliphatic hydrocarbon and carbon monoxide that can be used for biodiesel fuel and the like, and a catalyst used in the method.

アルカンは、バイオディーゼル燃料として有用であり、また、一酸化炭素は石油合成原料に使用できる。アルカンは、例えば、生物材料(Biological material)の油脂である脂肪族カルボン酸から製造することができる。炭素数nの脂肪族カルボン酸から、炭素数n-1のアルカンを合成する技術としては、例えば、非特許文献1-4が挙げられる。   Alkanes are useful as biodiesel fuels, and carbon monoxide can be used in petroleum synthesis feedstocks. Alkanes can be produced, for example, from aliphatic carboxylic acids, which are fats and oils of biological materials. As a technique for synthesizing an alkane having n-1 carbon atoms from an aliphatic carboxylic acid having n carbon atoms, Non-Patent Documents 1-4 are exemplified.

非特許文献1では、パルミチン酸を基質として白金/炭素を触媒として5 mol%もの白金を用いて反応を行っている。この時の反応温度は330 ℃と極めて高温である。また触媒の2回再利用を行っているが、対応するアルカンの収率は80%未満(76%)であり、収率も高くない。   In Non-Patent Document 1, a reaction is carried out using as much as 5 mol% of platinum with palmitic acid as a substrate and platinum / carbon as a catalyst. The reaction temperature at this time is as high as 330 ° C. Although the catalyst is reused twice, the corresponding alkane yield is less than 80% (76%), and the yield is not high.

非特許文献2の反応は、シリカ(酸化ケイ素)担持パラジウム触媒での反応である。しかし、60気圧という極めて高い水素圧力下、270 ℃という高温で80%のアルカンが得られるのみである。   The reaction of Non-Patent Document 2 is a reaction using a palladium catalyst supported on silica (silicon oxide). However, at very high hydrogen pressures of 270 ° C. under extremely high hydrogen pressures of 60 atm, only 80% of alkanes can be obtained.

非特許文献3の反応は、ジルコニア(酸化ジルコニウム)担持のニッケル触媒を用いた反応である。触媒量を10 mol Niと大量の触媒を用い、高圧ガス保安法にかかる12気圧の水素雰囲気下、260 ℃の反応温度で実施されている。   The reaction of Non-Patent Document 3 is a reaction using a nickel catalyst supporting zirconia (zirconium oxide). Using a large amount of catalyst with a catalyst amount of 10 mol Ni, the reaction is carried out at a reaction temperature of 260 ° C under a hydrogen atmosphere of 12 atm according to the High Pressure Gas Safety Law.

非特許文献4では、酸化ニオブ担持の白金触媒を大量(l mol% Pt)用い、250 ℃の高温下反応が行われたものである。   In Non-Patent Document 4, the reaction is performed at a high temperature of 250 ° C. using a large amount (l mol% Pt) of a platinum catalyst supporting niobium oxide.

すなわち、非特許文献1-4では、触媒量を1-10 mol%程度という大量の触媒を用いる必要がある。また反応温度も高く、さらに高圧ガス保安法に触れる10気圧を超える水素雰囲気下で反応が行われている。なお、触媒の再利用に関する実質的に有効な報告はなく、非特許文献1では再利用は検討されているが、触媒量5 mol%と大量の触媒を用い、2回の再利用のみが検討され、70%代の収率で対応するアルカンが合成されるのみであった。   In other words, in Non-Patent Documents 1-4, it is necessary to use a large amount of catalyst having a catalyst amount of about 1 to 10 mol%. In addition, the reaction temperature is high, and the reaction is performed in a hydrogen atmosphere exceeding 10 atm, which is referred to as the high pressure gas safety law. In addition, there is no practically effective report on the reuse of the catalyst.Non-Patent Document 1 discusses the reuse, but using a large amount of catalyst of 5 mol% catalyst amount, only two reuses are studied. Only the corresponding alkane was synthesized in a 70% yield.

また、炭素数nの脂肪族カルボン酸から、炭素数nのアルカンを合成する技術としては、例えば、非特許文献5-8がある。しかし、この反応では、石油合成原料である一酸化炭素は生成しない。   Non-Patent Documents 5 to 8 disclose techniques for synthesizing alkanes having n carbon atoms from aliphatic carboxylic acids having n carbon atoms. However, this reaction does not produce carbon monoxide, which is a petroleum synthesis raw material.

非特許文献5では、タングステン触媒を大量に用い、350 ℃の高温、50気圧の高圧水素下で反応が実施され、生成物の選択性にも問題がある。   In Non-Patent Document 5, the reaction is carried out under a high temperature of 350 ° C. and a high pressure of hydrogen of 50 atm using a large amount of a tungsten catalyst, and there is also a problem in the selectivity of a product.

非特許文献6では、ジルコニア(酸化ジルコニウム)担持のニッケル触媒を大量用い、260℃の高温、40気圧の高圧水素下で反応が実施されている。   In Non-Patent Document 6, a large amount of a nickel catalyst supported on zirconia (zirconium oxide) is used to carry out a reaction at a high temperature of 260 ° C. and a high pressure of hydrogen of 40 atm.

非特許文献7では、シリカアルミナ担持のニッケル触媒を大量用い、260 ℃の高温、40気圧の高圧水素下で反応が実施されている。   In Non-Patent Document 7, a large amount of a nickel catalyst supported on silica alumina is used to carry out a reaction at a high temperature of 260 ° C. and a high pressure of hydrogen of 40 atm.

非特許文献8では、コール担持のモリブデン触媒を大量用い、280 ℃の高温下で反応が実施されている。   In Non-Patent Document 8, a reaction is carried out at a high temperature of 280 ° C. using a large amount of a molybdenum catalyst supported on coal.

したがって、より効率的且つ選択的に、バイオディーゼル燃料等に使用できる脂肪族炭化水素を製造する触媒、並びに同触媒を用いた脂肪族炭化水素の製造方法が求められていた。さらに、再利用効率の高い触媒が求められていた。また、より温和な条件で脂肪族炭化水素を製造できる触媒が求められていた。   Therefore, there has been a demand for a catalyst for producing an aliphatic hydrocarbon that can be used more efficiently and selectively for biodiesel fuel and the like, and a method for producing an aliphatic hydrocarbon using the catalyst. Further, there has been a demand for a catalyst having high recycling efficiency. Further, there has been a demand for a catalyst capable of producing an aliphatic hydrocarbon under milder conditions.

Energy Environ.Sci., 2010, 3, 311-317Energy Environ.Sci., 2010, 3, 311-317 Chemistry Central Journa1 2013, 7, 149Chemistry Central Journa1 2013, 7, 149 Chem. Eur. J. 2013, 19, 4732-4741Chem. Eur. J. 2013, 19, 4732-4741 Catal. Sci. Technol. 2014, 4, 3705-3712Catal. Sci. Technol. 2014, 4, 3705-3712 Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 5089-5092Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 5089-5092 J. Am. Chem. Soc, 2012, 134, 9400-9405J. Am. Chem. Soc, 2012, 134, 9400-9405 Angew. Chem. lnt. Ed. 2012, 51, 2072-2075Angew. Chem. Lnt. Ed. 2012, 51, 2072-2075 Adv. Synth. Catal. 2011, 353, 2577-2583Adv. Synth. Catal. 2011, 353, 2577-2583

本発明は、この様な状況下為されたものであり、脂肪族炭化水素の製造に用いることができる新規な触媒、及び同触媒による触媒反応工程を含む化合物の製造方法、特に脂肪族炭化水素の製造方法を提供することを課題とする。   The present invention has been made under such circumstances, a novel catalyst that can be used for the production of an aliphatic hydrocarbon, and a method for producing a compound including a catalytic reaction step using the same catalyst, particularly an aliphatic hydrocarbon It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing the same.

本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、ロジウム等の所定の貴金属を少なくとも含む金属微粒子をシリコンワイヤに担持した触媒が、より少ない触媒量で且つより温和な条件で、炭素数nの脂肪族カルボン酸等から炭素数n-1のアルカン及び一酸化炭素を選択的に合成できることを知見した。特に、ロジウムを少なくとも含む金属微粒子を利用した態様の同触媒は再利用効率が高いことを知見した。このような知見に基づき、本発明は完成されたものである。   The present inventors have conducted intensive studies in order to solve the above problems. As a result, a catalyst in which metal particles containing at least a predetermined noble metal such as rhodium or the like are supported on a silicon wire has a smaller amount of catalyst and a milder condition, and has a carbon number of n-1 from an aliphatic carboxylic acid having carbon number n. It was found that alkanes and carbon monoxide can be selectively synthesized. In particular, it was found that the catalyst using the metal fine particles containing at least rhodium has high recycling efficiency. The present invention has been completed based on such findings.

すなわち、本発明の要旨は以下のとおりである。
[1] シリコンワイヤと、それに担持された、白金、パラジウム及びロジウムからなる群から選択される少なくとも1種の貴金属を含む金属微粒子と、からなる触媒を、脂肪族カルボン酸、脂肪族カルボン酸エステル及び脂肪族アルデヒドからなる群から選ばれる少なくとも1種の基質に作用させ、前記少なくとも1種の基質の脱カルボキシル化、脱アルコキシカルボニル化及び脱カルボニル化の少なくとも1つの反応を進行させる触媒反応工程、
を含む、脂肪族炭化水素の製造方法。
[2] 前記シリコンワイヤは、シリコン基板上に形成された複数のシリコンワイヤからなるシリコンワイヤアレイとして形成されている、[1]に記載の方法。
[3] 前記少なくとも1種の基質が、置換基を有してよい炭素数6〜25の脂肪族炭化水素鎖を有する脂肪族カルボン酸、脂肪族カルボン酸エステル又は脂肪族アルデヒドである、[1]又は[2]に記載の方法。
[4] 前記少なくとも1つの反応の一部又は全部を、マイクロ波の照射下で進行させる、[1]〜[3]のいずれかに記載の方法。
[5] 前記触媒反応工程において、前記触媒を、前記少なくとも1種の基質に対して、金属量として0.001mol%以上の割合で作用させる、[1]〜[4]のいずれかに記載の方法。
[6] 前記少なくとも1種の貴金属がロジウムである、[1]〜[5]のいずれかに記載の方法。
[7] 前記少なくとも1つの反応を、少なくとも1種の酸無水物の存在下で進行させる、[1]〜[6]のいずれかに記載の方法。
[8] [1]に記載の触媒反応工程と、
前記触媒反応工程中、及び/又は前記触媒反応工程後に、脱カルボキシル化、脱アルコキシカルボニル化及び脱カルボニル化の少なくとも1つの反応によって生じた一酸化炭素を収集する工程と、
を含む一酸化炭素の製造方法。
[9] シリコンワイヤと、それに担持された、ロジウムを含む金属微粒子と、からなる触媒。
[10] 前記シリコンワイヤは、シリコン基板上に形成された複数のシリコンワイヤからなるシリコンワイヤアレイとして形成されている、[9]に記載の触媒。
[11] [9]又は[10]に記載の触媒を、不飽和脂肪族アリールに作用させ、水素化反応させる工程、
を含む、飽和脂肪族アリールの製造方法。
[12] 不飽和脂肪族アリールが、置換基を有してよい炭素数2〜25の不飽和脂肪族炭化水素鎖を有する不飽和脂肪族アリールである、[11]に記載の方法。
That is, the gist of the present invention is as follows.
[1] A catalyst comprising a silicon wire and metal fine particles containing at least one noble metal selected from the group consisting of platinum, palladium, and rhodium supported on the silicon wire, is formed from an aliphatic carboxylic acid or an aliphatic carboxylic acid ester. And a catalytic reaction step of acting on at least one substrate selected from the group consisting of aliphatic aldehydes and promoting at least one reaction of decarboxylation, dealkoxycarbonylation and decarbonylation of the at least one substrate,
A method for producing an aliphatic hydrocarbon, comprising:
[2] The method according to [1], wherein the silicon wires are formed as a silicon wire array including a plurality of silicon wires formed on a silicon substrate.
[3] The at least one substrate is an aliphatic carboxylic acid, an aliphatic carboxylic acid ester or an aliphatic aldehyde having an aliphatic hydrocarbon chain having 6 to 25 carbon atoms which may have a substituent. ] Or the method according to [2].
[4] The method according to any one of [1] to [3], wherein part or all of the at least one reaction proceeds under irradiation of microwaves.
[5] The method according to any one of [1] to [4], wherein, in the catalytic reaction step, the catalyst is allowed to act on the at least one type of substrate at a metal amount of 0.001 mol% or more. Method.
[6] The method according to any one of [1] to [5], wherein the at least one noble metal is rhodium.
[7] The method according to any one of [1] to [6], wherein the at least one reaction proceeds in the presence of at least one acid anhydride.
[8] The catalyst reaction step according to [1],
Collecting carbon monoxide produced by at least one of decarboxylation, dealkoxycarbonylation and decarbonylation during and / or after the catalytic reaction step;
A method for producing carbon monoxide, comprising:
[9] A catalyst comprising a silicon wire and metal fine particles containing rhodium supported on the silicon wire.
[10] The catalyst according to [9], wherein the silicon wire is formed as a silicon wire array including a plurality of silicon wires formed on a silicon substrate.
[11] a step of causing the catalyst according to [9] or [10] to act on an unsaturated aliphatic aryl to cause a hydrogenation reaction;
A method for producing a saturated aliphatic aryl, comprising:
[12] The method according to [11], wherein the unsaturated aliphatic aryl is an unsaturated aliphatic aryl having an unsaturated aliphatic hydrocarbon chain having 2 to 25 carbon atoms which may have a substituent.

本発明によれば、脂肪族炭化水素の製造に用いることができる新規な触媒、及び同触媒等による触媒反応工程を含む化合物の新規な製造方法、特に脂肪族炭化水素及び一酸化炭素の新規な製造方法を提供することができる。   According to the present invention, a novel catalyst that can be used for the production of an aliphatic hydrocarbon, and a novel method for producing a compound including a catalytic reaction step using the same catalyst, particularly a novel method for producing an aliphatic hydrocarbon and carbon monoxide A manufacturing method can be provided.

本発明に用いる触媒は、より少ない触媒量で、脂肪族カルボン酸等(例えば、脂肪族カルボン酸、脂肪族カルボン酸エステル及び脂肪族アルデヒド)から脂肪族炭化水素を合成できる。また、同触媒による反応は選択性が高く、炭素数nの脂肪族カルボン酸等から炭素数n-1のアルカン等の脂肪族炭化水素及び一酸化炭素を選択的に合成できる。特に、ロジウムを少なくとも含む金属微粒子を利用した態様の同触媒は、再利用効率が高い。本発明によれば、所定の触媒を用いているので、より温和な条件で合成を行うことが可能である。さらに、本発明の触媒は、不飽和脂肪族アリールから飽和脂肪族アリールを合成できる。   The catalyst used in the present invention can synthesize an aliphatic hydrocarbon from an aliphatic carboxylic acid or the like (for example, an aliphatic carboxylic acid, an aliphatic carboxylic acid ester and an aliphatic aldehyde) with a smaller catalytic amount. In addition, the reaction using the catalyst has high selectivity, and an aliphatic hydrocarbon such as an alkane having n-1 carbon atoms and carbon monoxide can be selectively synthesized from an aliphatic carboxylic acid having n carbon atoms. In particular, the catalyst using the metal fine particles containing at least rhodium has high recycling efficiency. According to the present invention, since a predetermined catalyst is used, synthesis can be performed under milder conditions. Further, the catalyst of the present invention can synthesize a saturated aliphatic aryl from an unsaturated aliphatic aryl.

図1は、SiNA-Rhの断面のSEM観察の結果を示す図(写真)である。FIG. 1 is a view (photograph) showing the result of SEM observation of a cross section of SiNA-Rh. 図2は、SiNA-RhのTEM観察及びEDX分析の結果を示す図(写真)である。図2のA及びBはTEM写真であり、図2のAはスケールバーが20nmでロジウムナノ粒子が均一に分散していることを、図2のBはスケールバーが5nmでロジウムナノ粒子が均質であることを示す。図2のCはEDXチャートでロジウムの存在を示す。図2のD〜FはEDXイメージであり、図2のDは全体のイメージ、図2のEはロジウムのマッピング、図2のFはロジウムとシリコンを合わせたマッピングを示す。FIG. 2 is a diagram (photograph) showing the results of TEM observation and EDX analysis of SiNA-Rh. 2A and 2B are TEM photographs. FIG. 2A shows that the scale bar is 20 nm and the rhodium nanoparticles are uniformly dispersed, and FIG. 2B shows that the scale bar is 5 nm and the rhodium nanoparticles are homogeneous. It is shown that. FIG. 2C shows the presence of rhodium in the EDX chart. 2D to 2F are EDX images. FIG. 2D shows the entire image, FIG. 2E shows rhodium mapping, and FIG. 2F shows rhodium and silicon combined mapping. 図3は、SiNA-Rhのロジウムナノ粒子の粒度分布計測の結果を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the results of measuring the particle size distribution of rhodium nanoparticles of SiNA-Rh. 図4は、SiNA-Rhのロジウムナノ粒子のXPS分析の結果を示す図である。FIG. 4 is a view showing the results of XPS analysis of rhodium nanoparticles of SiNA-Rh. 図5は、炭素に担持したロジウムナノ粒子のXPS分析の結果を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the results of XPS analysis of rhodium nanoparticles supported on carbon. 図6(写真)は、SiNA-RhのICP-MS分析の結果を示す図である。図6のAはロジウム担持前のSiNAの写真、図6のBはロジウム担持後のSiNA-Rhの写真である。FIG. 6 (photograph) shows the results of ICP-MS analysis of SiNA-Rh. FIG. 6A is a photograph of SiNA before supporting rhodium, and FIG. 6B is a photograph of SiNA-Rh after supporting rhodium.

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

<触媒の製造方法>
本発明に使用可能な触媒(以下、「本発明に用いる触媒」という場合がある。)は、シリコンワイヤと、それに担持されたロジウム、パラジウム及び白金からなる群から選択される少なくとも1種の貴金属を含む金属微粒子からなる触媒である。ここで、シリコンワイヤは、一又は複数であってよい。前記触媒の一形態は、シリコン基板、及び、該シリコン基板上に形成された複数のシリコンワイヤからなるシリコンワイヤアレイに担持された、前記金属微粒子からなる触媒である。シリコン基板表面上に形成されたシリコンワイヤアレイを利用する形態では、シリコンワイヤ間のナノオーダーのスペースを効率的に触媒反応に利用することができるので、反応効率に優れる。また、同形態の触媒は、フローリアクター用の触媒に適する。
<Catalyst production method>
The catalyst usable in the present invention (hereinafter sometimes referred to as “catalyst used in the present invention”) is a silicon wire and at least one noble metal selected from the group consisting of rhodium, palladium and platinum supported on the silicon wire. A catalyst comprising metal fine particles containing Here, one or more silicon wires may be provided. One form of the catalyst is a catalyst composed of the metal fine particles supported on a silicon substrate and a silicon wire array composed of a plurality of silicon wires formed on the silicon substrate. In a mode in which a silicon wire array formed on the surface of a silicon substrate is used, a nano-order space between silicon wires can be efficiently used for a catalytic reaction, and therefore, the reaction efficiency is excellent. The catalyst of the same form is suitable for a catalyst for a flow reactor.

前記形態の触媒は、本明細書の記載に基づき、さらに、例えば文献Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 127-131等に記載の手法を参照し、製造することができる。   The catalyst in the above form can be produced based on the description in the present specification and further by referring to the method described in, for example, the document Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 127-131.

以下、本発明に用いる触媒の製造方法の例を説明する。
シリコン基板として、p型又はn型のシリコン基板を用いることができる。抵抗率は特に制限されず、例えば0.01〜10,000 Ω、又は0.1〜100 Ωの抵抗率であってよい。シリコン基板は、任意の厚さであってよく、例えば100〜1,000 μmの厚さであってよい。シリコン基板は、任意の好適な平面寸法を備えていてよく、例えば2 インチウェハであってよい。
Hereinafter, an example of a method for producing a catalyst used in the present invention will be described.
As the silicon substrate, a p-type or n-type silicon substrate can be used. The resistivity is not particularly limited, and may be, for example, a resistivity of 0.01 to 10,000 Ω, or 0.1 to 100 Ω. The silicon substrate may be of any thickness, for example 100 to 1,000 μm. The silicon substrate may have any suitable planar dimensions, such as a 2 inch wafer.

シリコン基板を洗浄する。洗浄溶液は特に制限されず、例えばH2SO4/H2O2(混合体積比率1:1〜4:1)等を用いることができる。次いで、シリコン基板にSi-H表面基の導入(水素終端化)を行うため、HF/H2O(混合体積比率1:10〜1:50)等で処理する。次いで、AgNO3等の銀水溶液を含む濃HF/H2O溶液 (40〜48 %、特に46 %)(例えば銀イオン濃度0.5-5 mg/mL、特に1.12 mg/mL)等(混合体積比率(1:1〜5:1、特に3:1)を、水素終端化された基板と反応させ、Ag微粒子被覆基板を作製する。Clean the silicon substrate. The washing solution is not particularly limited, and for example, H 2 SO 4 / H 2 O 2 (mixing volume ratio 1: 1 to 4: 1) or the like can be used. Next, in order to introduce Si—H surface groups (hydrogen termination) into the silicon substrate, the silicon substrate is treated with HF / H 2 O (mixing volume ratio 1:10 to 1:50) or the like. Then, a concentrated HF / H 2 O solution containing an aqueous silver solution such as AgNO 3 (40 to 48%, particularly 46%) (for example, a silver ion concentration of 0.5 to 5 mg / mL, particularly 1.12 mg / mL), etc. (mixing volume ratio (1: 1 to 5: 1, especially 3: 1) is reacted with a hydrogen-terminated substrate to produce a substrate coated with Ag fine particles.

次いで、Ag微粒子被覆基板を、好適なエッチング溶液中でエッチングする。すなわち、銀粒子が触媒となってエッチングが進行するため、銀が存在する部分にシリコン細孔が生じ、エッチングが進行しない部分がシリコンワイヤを形成する。好適なエッチング溶液は、特に制限されず、例えばHF/H2O2(混合体積比率3:1〜6:1)等を用いることができる。エッチングは、例えば1〜10分間で実施できる。例えば、約46 %HFを含有する溶液を使用する場合、エッチングは、60 ℃で2〜5分間実施することができる。Next, the Ag-particle-coated substrate is etched in a suitable etching solution. That is, since the etching proceeds with the silver particles as a catalyst, silicon pores are formed in a portion where silver is present, and a portion where the etching does not progress forms a silicon wire. A suitable etching solution is not particularly limited, and for example, HF / H 2 O 2 (mixing volume ratio of 3: 1 to 6: 1) or the like can be used. The etching can be performed, for example, for 1 to 10 minutes. For example, if a solution containing about 46% HF is used, the etching can be performed at 60 ° C. for 2-5 minutes.

次いで、HNO3等で処理し、Ag微粒子を除去する。次いで、HF/H2O(混合体積比率1:10〜1:50)等で処理し、Si-H表面の再構築を行う。Next, treatment with HNO 3 or the like is performed to remove Ag fine particles. Then, HF / H 2 O (mixing volume ratio 1:10 to 1:50) was treated with or the like, and reconstruction of the Si-H surface.

以上の様にして、本発明に使用可能な、シリコン基板上に一般に垂直に形成された複数のシリコンワイヤからなるシリコンワイヤアレイを製造することができる。   As described above, a silicon wire array composed of a plurality of silicon wires generally vertically formed on a silicon substrate and usable in the present invention can be manufactured.

本発明に使用可能な前記形態のシリコンワイヤアレイにおけるシリコンワイヤ間のスペースは、平均径(以下、直径又は幅ということがある)が、例えば1〜5,000 nm程度、10〜1,000 nm程度、又は50〜400 nm程度であって、スペースの長さ(深さ)は、例えば0.1〜100 μm程度、0.5〜50μm程度、又は1〜10 μm程度である。スペースのアスペクト比(長さ/直径)は1〜500、10〜100又は40〜80を有し得る。シリコンワイヤアレイの上記の様なナノ構造は、例えば、シリコンワイヤアレイの断面の走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope: SEM)等による構造分析により確認することができ、ここでスペースの平均径、長さ、シリコンワイヤの密度と表記しているものは、走査型電子顕微鏡で観察して、シリコンワイヤアレイの断面38 μmの範囲を測ったその平均値のことを意味する。   The space between silicon wires in the silicon wire array of the above-mentioned form usable in the present invention has an average diameter (hereinafter, sometimes referred to as diameter or width), for example, about 1 to 5,000 nm, about 10 to 1,000 nm, or 50 The length (depth) of the space is, for example, about 0.1 to 100 μm, about 0.5 to 50 μm, or about 1 to 10 μm. The aspect ratio (length / diameter) of the space may have from 1 to 500, 10 to 100 or 40 to 80. The above-described nanostructure of the silicon wire array can be confirmed by, for example, a structural analysis of a cross section of the silicon wire array by a scanning electron microscope (Scanning Electron Microscope: SEM) or the like. By the way, what is described as the density of the silicon wire means an average value obtained by observing with a scanning electron microscope and measuring a range of a cross section of the silicon wire array of 38 μm.

本発明に使用可能なシリコンワイヤアレイは、上記のナノ構造を提供する。同シリコンワイヤアレイに担持された、ロジウム等を含む金属微粒子からなる本発明に用いる触媒は、シリコンワイヤアレイが形成するナノスペースにおける触媒反応により、より多量の基質と触媒とのアクセス可能性が向上し、より温和な条件下において、より高い触媒活性、触媒の再利用性、安全性及び選択性を提供できると考えられる。   A silicon wire array that can be used in the present invention provides the above nanostructure. The catalyst used in the present invention, which is composed of fine metal particles containing rhodium and the like, carried on the silicon wire array, improves the accessibility of a larger amount of substrate and the catalyst due to the catalytic reaction in the nanospace formed by the silicon wire array. However, it is believed that under milder conditions, higher catalyst activity, catalyst reusability, safety and selectivity can be provided.

本発明に使用可能なシリコンワイヤの物理特性は、本明細書の記載及び公知の手法を参照し、目的とするシリコンワイヤに応じてエッチング条件、例えばAg微粒子のサイズ、Ag微粒子溶液の濃度、エッチング溶液の組成、エッチングの時間等を変えることにより調整可能である。なお、本発明に使用可能なシリコンワイヤの一形態は、シリコンからなる径がナノオーダー(具体的には、1〜10000 nm)のシリコンワイヤを有するシリコンナノワイヤである。本発明に使用可能なシリコンナノワイヤの平均径は、例えば1〜5,000 nm程度、10〜1,000 nm程度、又は50〜400 nm程度であって、長さは、例えば0.1〜100 μm程度、0.5〜50μm程度、又は1〜10 μm程度である。シリコンナノワイヤのアスペクト比(長さ/直径)は1〜500、10〜100又は40〜80を有し得る。   The physical properties of the silicon wire that can be used in the present invention, referring to the description and the known method in the present specification, etching conditions according to the target silicon wire, for example, the size of Ag fine particles, the concentration of the Ag fine particle solution, etching. It can be adjusted by changing the composition of the solution, the etching time, and the like. One form of the silicon wire that can be used in the present invention is a silicon nanowire having a silicon wire made of silicon and having a nano-order diameter (specifically, 1 to 10,000 nm). The average diameter of the silicon nanowire usable in the present invention is, for example, about 1 to 5,000 nm, about 10 to 1,000 nm, or about 50 to 400 nm, and the length is, for example, about 0.1 to 100 μm, 0.5 to 50 μm. Or about 1 to 10 μm. The aspect ratio (length / diameter) of the silicon nanowires can have 1-500, 10-100 or 40-80.

本発明に使用可能な触媒は、シリコンワイヤ(前記形態の触媒では、シリコン基板上に形成されたシリコンワイヤアレイ)に、ロジウム等を含む金属微粒子を担持することを特徴とする。本発明に用いる金属微粒子の好適なサイズの一例は、ナノオーダーの微粒子である。したがって、本明細書中では、微粒子をナノ粒子として説明することがある。   The catalyst that can be used in the present invention is characterized in that metal fine particles containing rhodium or the like are supported on a silicon wire (in the case of the above-described catalyst, a silicon wire array formed on a silicon substrate). An example of a suitable size of the metal fine particles used in the present invention is nano-order fine particles. Therefore, in this specification, the fine particles may be described as nanoparticles.

本発明に用いるナノ粒子としては、白金、パラジウム、及びロジウムからなる貴金属群から選択される少なくとも1種の貴金属(以下、「前記貴金属」という場合は、この3種の貴金属を意味するものとする。)を含むナノ粒子を使用する。このようなナノ粒子は前記貴金属(例えばロジウム)の一種のみからなるナノ粒子であってもよく、また、前記貴金属(例えばロジウム)以外に、例えば、遷移金属及び貪金属から選ばれる1種又は2種以上の金属を含む合金からなるナノ粒子であってもよい。また、前記貴金属を2種以上含んでいてもよい。より具体的には、前記ナノ粒子は、前記貴金属の1種のみからなるナノ粒子、前記貴金属の2種以上を含む合金からなるナノ粒子、又は前記貴金属の1種又は2種以上と、第4〜第6周期の遷移金属群及び貪金属群(好ましくは第4〜第6周期の遷移金属群)から選ばれる1種又は2種以上とを含む合金からなるナノ粒子である。第4〜第6周期の遷移金属群及び貪金属群に属する金属の例には、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、銀、カドミウム、インジウム、スズ、アンチモン、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、金、水銀、タリウム、鉛及びビスマスが含まれる。また、第4〜第6周期の遷移金属群の好ましい金属群の例には、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、銀、カドミウム、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム及び金からなる遷移金属群1;ニッケル、銅、亜鉛、ルテニウム、銀、レニウム、オスミウム、イリジウム及び金からなる遷移金属群2;が挙げられる。再利用率が高い触媒の例は、ロジウムを少なくとも含むナノ粒子を利用した触媒(以下、「本発明の触媒」という場合がある。)である。より具体的には、ロジウムのみからなるナノ粒子;ロジウムと前記貴金属(但しロジウム以外)の1種又は2種以上を含む合金からなるナノ粒子;ロジウムと、第4〜第6周期の遷移金属群、及び貪金属群から選ばれる1種又は2種以上とを含む合金からなるナノ粒子;ロジウムと、前記貴金属(但しロジウム以外)、第4〜第6周期の遷移金属群、及び貪金属群から選ばれる1種又は2種以上とを含む合金からなるナノ粒子;ロジウムと、前記貴金属(但しロジウム以外)、及び第4〜第6周期の遷移金属群から選ばれる1種又は2種以上とを含む合金からなるナノ粒子;ロジウムと、前記貴金属(但しロジウム以外)、及び第4〜第6周期の遷移金属群1から選ばれる1種又は2種以上とを含む合金からなるナノ粒子;又はロジウムと、前記貴金属(但しロジウム以外)、及び第4〜第6周期の遷移金属群2から選ばれる1種又は2種以上とを含む合金からなるナノ粒子;を利用した触媒である。より具体的には、ロジウムのみ、並びにロジウムとともに、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、パラジウム、銀、カドミウム、インジウム、スズ、アンチモン、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、金、水銀、タリウム、鉛及びビスマス(又は、白金、銅、ニッケル、ルテニウム、パラジウム、及びイリジウム)から選ばれる1種又は2種以上を含む合金からなるナノ粒子を挙げることができる。なお、ナノ粒子中に含まれる貴金属等の金属原子の価数については、触媒作用を示す限り、特に制限はない。触媒活性の点では、通常、0価であるのが好ましい。但し、触媒活性を示す限り、一部が、金属塩、金属酸化物、金属水酸化物等の形態で存在していてもよい。2種類以上の金属を含むナノ粒子の態様における、金属の含有比(例えば、ロジウムとロジウム以外の金属の含有比)は、任意に設定できる。本発明に用いるナノ粒子が、ロジウムを含有する態様では、特に高い触媒活性及び再利用性を発揮することができる。   As the nanoparticles used in the present invention, at least one noble metal selected from a noble metal group consisting of platinum, palladium, and rhodium (hereinafter, the “noble metal” refers to these three noble metals) ) Is used. Such a nanoparticle may be a nanoparticle composed of only one kind of the noble metal (for example, rhodium). In addition to the noble metal (for example, rhodium), for example, one or two selected from transition metals and greedy metals Nanoparticles made of an alloy containing at least one kind of metal may be used. Further, two or more kinds of the noble metals may be contained. More specifically, the nanoparticles are nanoparticles composed of only one kind of the noble metal, nanoparticles composed of an alloy containing two or more kinds of the noble metals, or one or more kinds of the noble metals, Or a transition metal group of the sixth to sixth periods and preferably an alloy containing one or more members selected from the group of the transition metal groups (preferably the fourth to sixth period). Examples of metals belonging to the transition metal group and the greedy metal group of the fourth to sixth periods include scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, germanium, yttrium, zirconium, Includes niobium, molybdenum, ruthenium, silver, cadmium, indium, tin, antimony, hafnium, tantalum, tungsten, rhenium, osmium, iridium, gold, mercury, thallium, lead and bismuth. Examples of preferred metal groups of the fourth to sixth period transition metal groups include scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, yttrium, zirconium, niobium, molybdenum, and ruthenium. , Silver, cadmium, tungsten, rhenium, osmium, iridium and gold; and transition metal group 2 composed of nickel, copper, zinc, ruthenium, silver, rhenium, osmium, iridium and gold. An example of a catalyst having a high recycling rate is a catalyst using nanoparticles containing at least rhodium (hereinafter, may be referred to as “catalyst of the present invention”). More specifically, nanoparticles composed only of rhodium; nanoparticles composed of an alloy containing rhodium and one or more of the noble metals (other than rhodium); rhodium and a group of transition metals in the fourth to sixth periods And nanoparticles composed of an alloy containing one or more members selected from the group consisting of rhodium, the noble metal (but not rhodium), the transition metal group of the fourth to sixth periods, and the group of the metal group. Nanoparticles consisting of an alloy containing at least one selected from the group consisting of rhodium, one or more selected from the noble metals (other than rhodium), and a transition metal group of the fourth to sixth periods. Nanoparticles consisting of an alloy containing rhodium, the noble metal (other than rhodium), and one or more selected from transition metal group 1 of the fourth to sixth periods; or rhodium When, A catalyst using a; serial noble metal (but other than rhodium), and fourth to nanoparticles made of an alloy containing one or more and selected from transition metal group 2 of the sixth cycle. More specifically, only rhodium, together with rhodium, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, germanium, yttrium, zirconium, niobium, molybdenum, ruthenium, palladium, silver , Cadmium, indium, tin, antimony, hafnium, tantalum, tungsten, rhenium, osmium, iridium, platinum, gold, mercury, thallium, lead and bismuth (or platinum, copper, nickel, ruthenium, palladium, and iridium) Nanoparticles composed of an alloy containing one or more of the above. The valence of a metal atom such as a noble metal contained in the nanoparticles is not particularly limited as long as it exhibits a catalytic action. In terms of catalytic activity, it is usually preferable that the catalyst has zero valence. However, as long as they exhibit catalytic activity, some of them may be present in the form of metal salts, metal oxides, metal hydroxides and the like. The content ratio of the metal (for example, the content ratio of rhodium to a metal other than rhodium) in the embodiment of the nanoparticles containing two or more metals can be arbitrarily set. When the nanoparticles used in the present invention contain rhodium, particularly high catalytic activity and reusability can be exhibited.

本発明に用いる触媒に担持されるナノ粒子の平均粒子径は、(例えば、シリコン基板上に形成されたシリコンワイヤアレイに担持させる態様では、シリコンワイヤアレイのシリコンワイヤ間のスペースに含浸し)、シリコンワイヤに担持され、触媒として機能する限り、特に制限はないが、通常0.01〜500 nm、0.1〜100 nm、又は1〜10 nm程度である。ここで平均粒子径と表記しているものは、透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope: TEM)で観察して200個の粒子の大きさを個別に測ったその平均値のことを意味する。   The average particle size of the nanoparticles supported on the catalyst used in the present invention is (for example, in a mode in which the nanoparticles are supported on a silicon wire array formed on a silicon substrate, the space between the silicon wires of the silicon wire array is impregnated). There is no particular limitation as long as it is supported on the silicon wire and functions as a catalyst, but it is usually about 0.01 to 500 nm, 0.1 to 100 nm, or about 1 to 10 nm. Here, what is described as the average particle size means the average value of the size of 200 particles individually measured by observation with a transmission electron microscope (TEM).

本発明に用いる触媒の製造方法の一例は、シリコン基板上に形成されたシリコンワイヤアレイに、ナノ粒子を担持させる工程を含む方法である。シリコンワイヤアレイに、ロジウム等の前記貴金属の少なくとも1種を含む金属ナノ粒子を担持させる方法としては、ロジウム等の前記貴金属の金属塩水溶液にシリコンワイヤアレイを接触させることにより行うことができる。金属塩水溶液の接触方法としては、シリコンワイヤアレイを金属塩水溶液に浸漬する方法や、シリコンワイヤアレイにスプレー噴霧する方法等が挙げられる。   One example of a method for producing a catalyst used in the present invention is a method including a step of supporting nanoparticles on a silicon wire array formed on a silicon substrate. The method of supporting metal nanoparticles containing at least one of the noble metals such as rhodium on the silicon wire array can be performed by bringing the silicon wire array into contact with an aqueous solution of a metal salt of the noble metal such as rhodium. Examples of the method of contacting the aqueous metal salt solution include a method of dipping the silicon wire array in the aqueous metal salt solution and a method of spraying the silicon wire array onto the silicon wire array.

金属塩水溶液としては、金属塩を含む水溶液であればよく、例えばロジウムであれば、塩化ロジウム、酢酸ロジウム等のロジウム塩水溶液等が挙げられる。また、水溶液に限らず、有機溶媒(例えばアセトン等の水混和性有機溶媒)を併用したもの、金属塩が有機溶媒に溶解したものを用いることもできる。水溶液中に水混和性有機溶媒を添加すると、シリコンワイヤへの担持を促進できる。本発明では、金属塩水溶液を単独で又は複合して用いることが出来る。例えば、ナノ粒子として、前記貴金属の2種以上、又は前記貴金属の1種以上とともに前記貴金属以外の金属を含む態様を製造する場合は、各金属の金属塩を含む水溶液を用いる。各金属の金属塩の水溶液をそれぞれ調製して混合してもよいし、同時ないし順次、水中に各金属の金属塩を添加して、調製してもよい。   The aqueous solution of a metal salt may be any aqueous solution containing a metal salt. For example, in the case of rhodium, an aqueous solution of a rhodium salt such as rhodium chloride or rhodium acetate may be used. Further, not only an aqueous solution but also an organic solvent (for example, a water-miscible organic solvent such as acetone) or a metal salt dissolved in an organic solvent can be used. When a water-miscible organic solvent is added to the aqueous solution, the support on the silicon wire can be promoted. In the present invention, the aqueous metal salt solution can be used alone or in combination. For example, in the case of manufacturing an embodiment including two or more kinds of the noble metals or one or more kinds of the noble metals as the nanoparticles, an aqueous solution containing a metal salt of each metal is used. An aqueous solution of the metal salt of each metal may be prepared and mixed, or may be prepared by simultaneously or sequentially adding the metal salt of each metal to water.

シリコンワイヤアレイに金属ナノ粒子を担持させる場合、金属塩水溶液は、金属濃度が1〜1,000 mmol/L、又は10〜100 mmol/Lのものを使用することが一般的であり、本発明においても金属濃度が当該範囲のものを使用することができる。例えば、シリコンワイヤアレイに対して金属塩水溶液は、金属量として例えば、1〜1,000 μmol/g、又は10〜100 μmol/gとなるように使用することができる。   When the metal nanoparticles are supported on the silicon wire array, the aqueous metal salt solution generally has a metal concentration of 1 to 1,000 mmol / L, or 10 to 100 mmol / L. Those having a metal concentration in the above range can be used. For example, a metal salt aqueous solution can be used for a silicon wire array so as to have a metal amount of, for example, 1 to 1,000 μmol / g or 10 to 100 μmol / g.

上記処理によって、シリコンワイヤアレイの表面に金属塩を接触させた後、水、有機溶媒等で洗浄し、乾燥することでシリコンワイヤアレイに担持された、ロジウム等の前記貴金属を含む金属ナノ粒子からなる触媒を製造できる。   By the above treatment, after contacting the metal salt with the surface of the silicon wire array, water, washed with an organic solvent or the like, and supported on the silicon wire array by drying, from the metal nanoparticles containing the noble metal such as rhodium and the like. Can be produced.

製造された金属ナノ粒子が担持されたシリコンワイヤアレイは、シリコンワイヤアレイに対するナノ粒子の担持量が、金属量として、通常0.1〜10 μmol/g、又は1.0〜5.0 μmol/gである。また、mol%として示す場合は、シリコンワイヤアレイに対してナノ粒子の担持量は、金属量として、通常0.001〜1.0 mol%、又は0.01〜0.1 mol/%である。   In the silicon wire array supporting the manufactured metal nanoparticles, the amount of the nanoparticles supported on the silicon wire array is usually 0.1 to 10 μmol / g or 1.0 to 5.0 μmol / g as the amount of metal. In addition, when expressed as mol%, the amount of nanoparticles supported on the silicon wire array is usually 0.001 to 1.0 mol% or 0.01 to 0.1 mol /% as the amount of metal.

さらに、金属ナノ粒子を不溶化するために還元工程を経てもよい。かかる還元工程は、水溶性の金属ナノ粒子を純金属や、酸化物あるいは水酸化物の錯体や化合物にして不溶化させることで、金属ナノ粒子が金属塩水溶液やアレイ内部の液体に溶解してアレイ表面から流出してしまうのを防止するためであり、これにより、金属ナノ粒子をアレイ表面に固定させることができる。還元方法は、金属ナノ粒子を固定できるのであれば、液相による還元でも、気相による還元でもよい。例えば、液相による還元としては、アレイをアンモニア水溶液に浸漬する方法があり、気相による還元としては、加熱による水素熱処理をする方法がある。   Further, a reduction step may be performed to insolubilize the metal nanoparticles. This reduction step is performed by insolubilizing the water-soluble metal nanoparticles into a pure metal, an oxide or a hydroxide complex or compound, and dissolving the metal nanoparticles in an aqueous metal salt solution or a liquid inside the array. This is to prevent the metal nanoparticles from flowing out of the surface, whereby the metal nanoparticles can be fixed to the array surface. The reduction method may be a liquid phase reduction or a gas phase reduction as long as the metal nanoparticles can be fixed. For example, there is a method in which the array is immersed in an aqueous ammonia solution as the reduction in the liquid phase, and a method in which hydrogen heat treatment is performed by heating as the reduction in the gas phase.

触媒金属の不溶化処理に用いる還元剤としては、アンモニア、ヒドラジン、水素化ホウ素ナトリウム等の還元作用のある化合物や水素等の還元性ガス、水酸化ナトリウム等の塩基性化合物を用いる。還元工程の具体的な方法としては、酸系の触媒金属塩にアルカリを加えることによる析出沈殿法等である。   As the reducing agent used for the insolubilization treatment of the catalyst metal, a compound having a reducing action such as ammonia, hydrazine, sodium borohydride, a reducing gas such as hydrogen, or a basic compound such as sodium hydroxide is used. As a specific method of the reduction step, there is a precipitation precipitation method by adding an alkali to an acid-based catalyst metal salt, and the like.

シリコンワイヤアレイ表面の金属の還元工程の後、熱処理をしてもよい。熱処理は、上記の還元工程により酸化物あるいは水酸化物の錯体や化合物となった触媒金属を純金属に還元したり、不純物の除去をする工程となる。また、金属種の異なる複数の触媒金属を使用する場合には、それらを合金化するための工程ともなる。なお、上記気相による還元が、熱処理工程を兼ねる場合もある。   After the step of reducing the metal on the surface of the silicon wire array, heat treatment may be performed. The heat treatment is a step of reducing the catalyst metal, which has become a complex or compound of an oxide or a hydroxide in the above reduction step, to a pure metal or removing impurities. When a plurality of catalyst metals having different metal species are used, the process is also a step for alloying them. Note that the reduction by the gas phase may also serve as a heat treatment step.

熱処理の条件は、一般的に知られている条件により行えばよく、例えば、200 ℃で2時間加熱する等の条件である。かかる熱処理により、アレイ内部へ含浸した疎水性有機化合物を揮発させることも可能である。   The heat treatment may be performed under generally known conditions, such as heating at 200 ° C. for 2 hours. By such a heat treatment, the hydrophobic organic compound impregnated inside the array can be volatilized.

本発明に用いる触媒に担持されるナノ粒子の平均粒子径、粒度分布、合金の組成、ナノ粒子の担持量等は、本明細書の記載及び公知の手法を参照し、目的とする触媒に応じて、金属塩水溶液にシリコンワイヤアレイを接触させる条件、例えば、金属塩水溶液の濃度、反応温度、時間等の条件、金属塩水溶液の混合比等を変えることにより、調整可能である。   The average particle size of the nanoparticles supported by the catalyst used in the present invention, the particle size distribution, the composition of the alloy, the supported amount of the nanoparticles, etc., refer to the description in this specification and a known method, depending on the target catalyst It can be adjusted by changing the conditions for bringing the silicon wire array into contact with the aqueous metal salt solution, for example, changing the concentration of the aqueous metal salt solution, reaction temperature, time, etc., and the mixing ratio of the aqueous metal salt solution.

本発明に用いる触媒は、反応後、水、有機溶媒等で洗浄し、乾燥することで、再利用可能である。特に、本発明の触媒は再利用性に優れ、反応性を維持した状態(反応条件等によるが、例えば収率80% 以上)で例えば2回以上、5回以上、又は10回以上再利用することができる。   After the reaction, the catalyst used in the present invention can be reused by washing with water, an organic solvent or the like and drying. In particular, the catalyst of the present invention is excellent in reusability, and is reused, for example, two or more times, five or more times, or ten or more times in a state where the reactivity is maintained (depending on the reaction conditions, for example, the yield is 80% or more). be able to.

<触媒反応>
本発明に用いる触媒は、溝呂木−ヘック反応、ニトロ基還元反応、ヒドロシリル化反応、C-Hアリール化反応、脱カルボキシル化反応、脱カルボニル化反応、水素化反応等に使用できる。具体的には、例えば、脂肪族カルボン酸の脱カルボキシル化反応、脂肪族カルボン酸エステルの脱アルコキシカルボニル化反応、脂肪族アルデヒドの脱カルボニル化反応、不飽和脂肪族炭化水素の水素化反応、不飽和脂肪族アリールの部分水素化反応等に好適に使用できる。また、本発明は、本発明に用いる触媒を、脂肪族カルボン酸、脂肪族カルボン酸エステル及び脂肪族アルデヒドからなる群から選ばれる少なくとも1種の基質に作用させ、前記少なくとも1種の基質の脱カルボキシル化、脱アルコキシカルボニル化及び脱カルボニル化の少なくとも1つの反応を進行させる工程(触媒反応工程)を含む、脂肪族炭化水素の製造方法に関する。また、本発明は、前記触媒反応工程と、前記触媒反応工程中、及び/又は前記触媒反応工程後に、脱カルボキシル化、脱アルコキシカルボニル化及び脱カルボニル化の少なくとも1つの反応によって生じた一酸化炭素を収集する工程と、を含む、一酸化炭素の製造方法にも関する。
<Catalytic reaction>
The catalyst used in the present invention can be used for Mizoroki-Heck reaction, nitro group reduction reaction, hydrosilylation reaction, CH arylation reaction, decarboxylation reaction, decarbonylation reaction, hydrogenation reaction and the like. Specifically, for example, a decarboxylation reaction of an aliphatic carboxylic acid, a dealkoxycarbonylation reaction of an aliphatic carboxylic acid ester, a decarbonylation reaction of an aliphatic aldehyde, a hydrogenation reaction of an unsaturated aliphatic hydrocarbon, It can be suitably used for a partial hydrogenation reaction of a saturated aliphatic aryl. Further, the present invention provides a catalyst for use in the present invention which acts on at least one substrate selected from the group consisting of an aliphatic carboxylic acid, an aliphatic carboxylic acid ester and an aliphatic aldehyde, to remove the at least one substrate. The present invention relates to a method for producing an aliphatic hydrocarbon, which comprises a step of promoting at least one reaction of carboxylation, dealkoxycarbonylation, and decarbonylation (catalytic reaction step). Also, the present invention provides a method for producing carbon monoxide produced by at least one reaction of decarboxylation, dealkoxycarbonylation and decarbonylation during and / or after the catalytic reaction step. Collecting carbon monoxide.

以下、本発明の触媒反応の例を説明する。なお、前記脂肪族炭化水素の製造方法及び前記一酸化炭素の製造方法において、基質として用いられる脂肪族カルボン酸、脂肪族カルボン酸エステル、及び脂肪族アルデヒドの例については、以下の触媒反応において基質として用いられる脂肪族カルボン酸、脂肪族カルボン酸エステル、及び脂肪族アルデヒドの例と同様であり、また触媒反応工程の条件等についても同様である。   Hereinafter, examples of the catalytic reaction of the present invention will be described. In the method for producing an aliphatic hydrocarbon and the method for producing carbon monoxide, examples of an aliphatic carboxylic acid, an aliphatic carboxylic acid ester, and an aliphatic aldehyde used as a substrate include a substrate in the following catalytic reaction. The same applies to the examples of the aliphatic carboxylic acid, aliphatic carboxylic acid ester, and aliphatic aldehyde used as the above, and also the conditions of the catalytic reaction step and the like.

(脂肪族カルボン酸の脱カルボキシル化反応及び脂肪族カルボン酸エステル脱アルコキシカルボニル化反応)
本発明に用いる触媒による脂肪族カルボン酸の脱カルボキシル化反応及び脂肪族カルボン酸エステルの脱アルコキシカルボニル化反応は、気相あるいは液相のいずれにおいても行うことができる。気相反応においては、反応基質と通常0.1〜10 atmの水素ガスを気相で触媒と接触させ、また液相反応においては、通常0.1〜10 atmの水素ガス存在下に反応基質を触媒と液状で接触させることにより反応が行われる。液相反応においては、溶媒を特に使用する必要はないが、必要に応じ使用することもできる。使用可能な溶媒は、反応基質と均一相をなすものが適しており、例えば、炭化水素、エーテル、エステル、アルコール等を用いることができる。
(Decarboxylation reaction of aliphatic carboxylic acid and dealkoxycarbonylation reaction of aliphatic carboxylic acid ester)
The decarboxylation reaction of the aliphatic carboxylic acid and the dealkoxycarbonylation reaction of the aliphatic carboxylic acid ester with the catalyst used in the present invention can be performed in either a gas phase or a liquid phase. In a gas phase reaction, a reaction substrate is usually brought into contact with a catalyst in a gas phase with 0.1 to 10 atm hydrogen gas, and in a liquid phase reaction, the reaction substrate is usually mixed with a catalyst in the presence of 0.1 to 10 atm hydrogen gas. The reaction is carried out by contacting with. In the liquid phase reaction, it is not necessary to use a solvent, but a solvent can be used if necessary. Suitable solvents are those that form a homogeneous phase with the reaction substrate, and examples thereof include hydrocarbons, ethers, esters, and alcohols.

反応温度は、通常50℃以上、50〜500℃、50〜400℃、50〜300℃、50〜250 ℃、又は150〜200 ℃の範囲である。また、反応時間は、目的物質の収率等に応じて適宜選択すればよく、特に制限はないが、通常数秒〜数十時間程度、1〜48時間、又は6〜24時間程度である。反応温度を上記範囲にするために、脱カルボキシル化又は脱アルコキシカルボニル化反応の進行前、及び/又は進行中の少なくとも一部において、反応系(少なくとも前記所定の触媒と前記所定の反応基質とを含む反応系)に対してマイクロ波照射を行うことが好ましい。マイクロ波照射により上記温度範囲に加熱することで、反応の進行を顕著に促進することができる。なお、他の加熱手段と併用してもよい。マイクロ波照射の方法については特に制限はない。例えば、市販のマイクロ波合成装置(CEM社製)等を利用することができる。   The reaction temperature is usually 50 ° C. or higher, 50 to 500 ° C., 50 to 400 ° C., 50 to 300 ° C., 50 to 250 ° C., or 150 to 200 ° C. The reaction time may be appropriately selected depending on the yield of the target substance and the like, and is not particularly limited, but is usually about several seconds to several tens of hours, about 1 to 48 hours, or about 6 to 24 hours. In order to keep the reaction temperature within the above range, the reaction system (at least the predetermined catalyst and the predetermined reaction substrate may be used before and / or at least partly during the decarboxylation or dealkoxycarbonylation reaction). It is preferable to perform microwave irradiation on the reaction system (including the reaction system). By heating to the above temperature range by microwave irradiation, the progress of the reaction can be remarkably promoted. In addition, you may use together with another heating means. There is no particular limitation on the method of microwave irradiation. For example, a commercially available microwave synthesizer (manufactured by CEM) or the like can be used.

本発明に用いる触媒の使用量は、一般的には反応基質に対し、金属量として0.0001 mol%以上であり、また0.0006 mol%を超える。同上限値は、1 mol%以下、又は1 mol%未満である。好ましくは、0.001〜1 mol%、0.01〜0.1 mol%、又は0.02〜0.07 mol%である。   The amount of the catalyst used in the present invention is generally 0.0001 mol% or more and more than 0.0006 mol% as a metal amount based on the reaction substrate. The upper limit is 1 mol% or less, or less than 1 mol%. Preferably, it is 0.001-1 mol%, 0.01-0.1 mol%, or 0.02-0.07 mol%.

本発明に用いる触媒による脂肪族カルボン酸又は脂肪族カルボン酸エステルからの脂肪族炭化水素の製造方法は、触媒の存在下に、反応基質を反応させることを特徴とするものであるが、かかる反応を、添加剤の存在下で実施してもよい。添加剤を加えることにより、さらに目的生成物の収率を向上させることができる。そのような添加剤としては、酸無水物、例えば、ピバル酸無水物、又は2,4,6-トリメチル安息香酸無水物等が挙げられる。添加剤の添加量は、通常反応基質に対し0.1〜200 mol%、1〜100 mol%、又は1.5〜10 mol%の範囲から適宜選択することができる。また、基質として脂肪族カルボン酸エステルの少なくとも1種を用いる態様では、反応系に水を添加することによっても、反応の進行を促進することができる。   The method for producing an aliphatic hydrocarbon from an aliphatic carboxylic acid or an aliphatic carboxylic acid ester using a catalyst used in the present invention is characterized by reacting a reaction substrate in the presence of a catalyst. May be carried out in the presence of an additive. By adding the additive, the yield of the target product can be further improved. Such additives include acid anhydrides, such as, for example, pivalic anhydride or 2,4,6-trimethylbenzoic anhydride. The amount of the additive to be added can be appropriately selected from the range of usually 0.1 to 200 mol%, 1 to 100 mol%, or 1.5 to 10 mol% based on the reaction substrate. Further, in an embodiment in which at least one aliphatic carboxylic acid ester is used as a substrate, the progress of the reaction can be promoted by adding water to the reaction system.

本発明の製造方法の反応基質となる脂肪族カルボン酸は、好ましくは、置換基を有してよい炭素数6〜25の脂肪族炭化水素鎖の水素をカルボキシル基で置換した化合物である脂肪族カルボン酸である。置換基を有してよい脂肪族炭化水素鎖は、より好ましくは炭素数13〜19である。ここで、脂肪族炭化水素鎖は、飽和又は不飽和の、直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素鎖であってよい。これらの脂肪族炭化水素鎖としては、直鎖又は分岐のアルキル(へキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、ウンデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシル、ノナデシル等)、及び任意の位置に1以上の二重結合を有する直鎖又は分岐のアルケニル(ヘキセニル、ヘプテニル、オクテニル、ノネニル、ウンデセニル、トリデセニル、テトラデセニル、ペンタデセニル、ヘキサデセニル、ヘプタデセニル、ノナデセニル、オクタデカトリエニル等)等が挙げられる。なお、脂肪族炭化水素鎖上のカルボキシル基の数は1又は2以上であってよく、好ましくは1である。カルボキシル基の置換位置は特に限定されないが、例えば脂肪族炭化水素鎖末端である。置換基は、反応に不活性な置換基であれば特に限定されず、例えば、ヒドロキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アルコキシ基、アルキルアミノ基、アシル基、エステル基、シアノ基、アミノ基、アミド基等が挙げられる。なお、脂肪族炭化水素鎖上の置換基の数は1又は2以上であってよく、好ましくは1である。脂肪族炭化水素鎖上の置換基の置換位置は特に限定されないが、例えば脂肪族炭化水素鎖末端である。また、反応基質として利用可能な脂肪族カルボン酸エステルの例には、前述の反応基質として利用可能な脂肪族カルボン酸のエステル(−C(=O)ORのR部分の炭素数は、C1〜C10、C1〜C6又はC1〜C4である)が含まれる。前記脂肪族カルボン酸エステルは置換されていてもよく、置換基の例としては、脂肪族カルボン酸が有していてもよい置換基の例と同様である。なお、不飽和脂肪族炭化水素鎖を有する脂肪族カルボン酸の脱カルボキシル化反応又は脂肪族カルボン酸エステルの脱アルコキシカルボニル化反応を行う場合、同反応と同時に、不飽和脂肪族炭化水素鎖上の不飽和結合の水素化反応を行うことも可能である。   The aliphatic carboxylic acid serving as a reaction substrate in the production method of the present invention is preferably an aliphatic compound which is a compound obtained by substituting a hydrogen of an aliphatic hydrocarbon chain having 6 to 25 carbon atoms which may have a substituent with a carboxyl group. It is a carboxylic acid. The aliphatic hydrocarbon chain which may have a substituent has more preferably 13 to 19 carbon atoms. Here, the aliphatic hydrocarbon chain may be a saturated or unsaturated, linear or branched aliphatic hydrocarbon chain. These aliphatic hydrocarbon chains include linear or branched alkyl (hexyl, heptyl, octyl, nonyl, undecyl, tridecyl, tetradecyl, pentadecyl, hexadecyl, heptadecyl, nonadecyl, etc.) and one or more at any position. Examples thereof include linear or branched alkenyl having a double bond (hexenyl, heptenyl, octenyl, nonenyl, undecenyl, tridecenyl, tetradecenyl, pentadecenyl, hexadecenyl, heptadecenyl, nonadecenyl, octadecatrienyl, and the like). Note that the number of carboxyl groups on the aliphatic hydrocarbon chain may be one or more, and preferably one. The substitution position of the carboxyl group is not particularly limited, but is, for example, the terminal of an aliphatic hydrocarbon chain. The substituent is not particularly limited as long as it is a substituent inert to the reaction.Examples include a hydroxy group, an aryl group, an aryloxy group, an alkoxy group, an alkylamino group, an acyl group, an ester group, a cyano group, an amino group, Amide groups and the like. The number of substituents on the aliphatic hydrocarbon chain may be one or more, and is preferably one. The substitution position of the substituent on the aliphatic hydrocarbon chain is not particularly limited, but is, for example, the terminal of the aliphatic hydrocarbon chain. Examples of the aliphatic carboxylic acid ester that can be used as a reaction substrate include the aliphatic carboxylic acid ester that can be used as the above-mentioned reaction substrate (the carbon number of the R portion of -C (= O) OR is C1 to C1). C10, C1-C6 or C1-C4). The aliphatic carboxylic acid ester may be substituted, and examples of the substituent are the same as the examples of the substituent that the aliphatic carboxylic acid may have. When a decarboxylation reaction of an aliphatic carboxylic acid having an unsaturated aliphatic hydrocarbon chain or a dealkoxycarbonylation reaction of an aliphatic carboxylic acid ester is carried out, the same reaction is carried out on the unsaturated aliphatic hydrocarbon chain. It is also possible to carry out a hydrogenation reaction of unsaturated bonds.

本発明の製造方法の反応基質となる脂肪族カルボン酸の例としては、限定されないが、例えば、ミリスチン酸、ペンタデカン酸、パルミチン酸、ヘプタデカン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、オレイン酸、2-へキシルデカン酸、オクタデカン二酸、及びレチノイン酸等である。本発明の製造方法の反応基質となる脂肪族カルボン酸エステルの例としては、限定されないが、例えば、ミリスチン酸、ペンタデカン酸、パルミチン酸、ヘプタデカン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、オレイン酸、2-へキシルデカン酸、オクタデカン二酸、及びレチノイン酸等のエステル(−C(=O)ORのR部分の炭素数は、C1〜C10、C1〜C6又はC1〜C4である)である。   Examples of the aliphatic carboxylic acid serving as a reaction substrate in the production method of the present invention include, but are not limited to, for example, myristic acid, pentadecanoic acid, palmitic acid, heptadecanoic acid, stearic acid, arachidic acid, oleic acid, 2-hexyldecane Acid, octadecandioic acid, retinoic acid and the like. Examples of the aliphatic carboxylic acid ester serving as a reaction substrate of the production method of the present invention include, but are not limited to, for example, myristic acid, pentadecanoic acid, palmitic acid, heptadecanoic acid, stearic acid, arachidic acid, oleic acid, 2-to- Esters such as xyldecanoic acid, octadecandioic acid, and retinoic acid (the carbon number of the R portion of —C (= O) OR is C1 to C10, C1 to C6, or C1 to C4).

本発明に用いる触媒による脂肪族カルボン酸又は脂肪族カルボン酸エステルからの脂肪族炭化水素の製造方法では、効率的かつ選択的に脂肪族炭化水素の製造が可能である。本発明の製造方法による、反応基質に対する脂肪族炭化水素の収率は、反応条件等によるが、例えば30 %以上、40 %以上、50 %以上、60 %以上、70 %以上、80 %以上、90 %以上、95 %以上又は99 %以上であり得る。なお、本発明の方法では、炭素数がn(nは2以上の整数。好ましくは6〜25の整数。但し、ここでいう炭素数には、脂肪族カルボン酸中のカルボン酸(−COOH)の炭素数、又は脂肪族カルボン酸エステル中のエステル(−COOR:Rは炭化水素基)の炭素数を含まない。)の脂肪族カルボン酸又は脂肪族カルボン酸エステルから、炭素数がn-1又はnの脂肪族炭化水素(例えば、飽和脂肪族炭化水素)を製造することができる。特に、炭素数がn-1の脂肪族炭化水素(例えば、飽和脂肪族炭化水素)の選択性が高い。   In the method for producing an aliphatic hydrocarbon from an aliphatic carboxylic acid or an aliphatic carboxylic acid ester using the catalyst used in the present invention, it is possible to efficiently and selectively produce an aliphatic hydrocarbon. According to the production method of the present invention, the yield of the aliphatic hydrocarbon relative to the reaction substrate depends on the reaction conditions and the like, for example, 30% or more, 40% or more, 50% or more, 60% or more, 70% or more, 80% or more, It can be 90% or more, 95% or more, or 99% or more. In the method of the present invention, the number of carbon atoms is n (n is an integer of 2 or more; preferably an integer of 6 to 25. However, the number of carbon atoms refers to the carboxylic acid (—COOH) in the aliphatic carboxylic acid. From the number of carbon atoms of the aliphatic carboxylic acid or aliphatic carboxylic acid ester of the aliphatic carboxylic acid ester, or the number of carbon atoms of the ester (—COOR: R is a hydrocarbon group) in the aliphatic carboxylic acid ester. Alternatively, n aliphatic hydrocarbons (eg, saturated aliphatic hydrocarbons) can be produced. In particular, the selectivity of an aliphatic hydrocarbon having n-1 carbon atoms (for example, a saturated aliphatic hydrocarbon) is high.

また、本発明に用いる触媒による脂肪族カルボン酸又は脂肪族カルボン酸エステルからの脂肪族炭化水素の製造方法では、COが選択的に生成し、CO2の生成が少ない。本発明の製造方法において生成するガス成分のうちCO2の含有量は、反応条件等によるが、例えば10 %以下、5 %以下、1 %以下又は0 %であり得る。In the production method of aliphatic hydrocarbons from aliphatic carboxylic acids or aliphatic carboxylic acid ester by catalyst used in the present invention, CO is selectively generated, the generation of CO 2 is small. The content of CO 2 in the gas components generated in the production method of the present invention depends on the reaction conditions and the like, but may be, for example, 10% or less, 5% or less, 1% or less, or 0%.

(脂肪族アルデヒドの脱カルボニル化反応)
本発明に用いる触媒による脂肪族アルデヒドの脱カルボニル化反応は、気相あるいは液相のいずれにおいても行うことができる。気相反応においては、反応基質と通常0.1〜10 atmの不活性ガスを気相で触媒と接触させ、また液相反応においては、通常0.1〜10 atmの不活性ガス存在下に反応基質を触媒と液状で接触させることにより反応が行われる。液相反応においては、溶媒を特に使用する必要はないが、必要に応じ使用することもできる。使用可能な溶媒は、反応基質と均一相をなすものが適しており、例えば、炭化水素、エーテル、エステル、アルコール等を用いることができる。
(Decarbonylation reaction of aliphatic aldehyde)
The decarbonylation reaction of the aliphatic aldehyde with the catalyst used in the present invention can be performed in either a gas phase or a liquid phase. In a gas phase reaction, a reaction substrate is usually brought into contact with a catalyst in the gas phase with an inert gas of 0.1 to 10 atm, and in a liquid phase reaction, the reaction substrate is usually catalyzed in the presence of an inert gas of 0.1 to 10 atm. The reaction is carried out by contacting with a liquid. In the liquid phase reaction, it is not necessary to use a solvent, but a solvent can be used if necessary. Suitable solvents are those that form a homogeneous phase with the reaction substrate, and examples thereof include hydrocarbons, ethers, esters, and alcohols.

反応温度は通常50〜250 ℃、又は100〜180 ℃の範囲である。また、反応時間は、目的物質の収率等に応じて適宜選択すればよく、特に制限はないが、通常数秒〜数十時間程度、又は6〜18時間程度である。加熱方法の具体例については、上記脂肪族カルボン酸等の脱カルボキシル化反応等における記載を参照できる。   The reaction temperature is usually in the range of 50 to 250 ° C, or 100 to 180 ° C. The reaction time may be appropriately selected depending on the yield of the target substance and the like, and is not particularly limited, but is usually about several seconds to several tens of hours, or about 6 to 18 hours. For specific examples of the heating method, the description in the above decarboxylation reaction of aliphatic carboxylic acid and the like can be referred to.

触媒の使用量、添加剤の使用に関しては、上記脂肪族カルボン酸等の脱カルボキシル化反応等における記載を参照できる。   With respect to the amount of the catalyst used and the use of the additives, the description in the decarboxylation reaction of the aliphatic carboxylic acid and the like can be referred to.

本発明に用いる触媒による脂肪族アルデヒドからの脂肪族炭化水素の製造方法の反応基質となる脂肪族アルデヒドは、好ましくは、置換基を有してよい炭素数6〜25の脂肪族炭化水素鎖の水素をアルデヒド基で置換した化合物である脂肪族アルデヒドである。脂肪族炭化水素鎖の例としては、上記脂肪族カルボン酸の脱カルボキシル化反応における記載を参照できる。脂肪族炭化水素鎖上のアルデヒド基の数は1又は2以上であってよく、好ましくは1である。脂肪族炭化水素鎖上のアルデヒド基の置換位置は特に限定されないが、例えば脂肪族炭化水素鎖末端である。置換基の例としては、上記脂肪族カルボン酸の脱カルボキシル化反応における記載を参照できる。置換基の数は1又は2以上であってよく、好ましくは1である。置換基の置換位置は特に限定されないが、例えば脂肪族炭化水素鎖末端である。なお、不飽和脂肪族炭化水素鎖を有する脂肪族アルデヒドの脱カルボニル化反応を行う場合、同反応と同時に、不飽和脂肪族炭化水素鎖上の不飽和結合の水素化反応を行うことも可能である。   Aliphatic aldehyde to be a reaction substrate in the method for producing an aliphatic hydrocarbon from an aliphatic aldehyde by the catalyst used in the present invention is preferably an aliphatic hydrocarbon chain having 6 to 25 carbon atoms which may have a substituent. It is an aliphatic aldehyde that is a compound in which hydrogen has been substituted with an aldehyde group. As examples of the aliphatic hydrocarbon chain, the description in the above-mentioned decarboxylation reaction of the aliphatic carboxylic acid can be referred to. The number of aldehyde groups on the aliphatic hydrocarbon chain may be one or more, preferably one. The substitution position of the aldehyde group on the aliphatic hydrocarbon chain is not particularly limited, but is, for example, the terminal of the aliphatic hydrocarbon chain. As examples of the substituent, the description in the above-mentioned decarboxylation reaction of the aliphatic carboxylic acid can be referred to. The number of substituents may be one or more, and preferably one. The substitution position of the substituent is not particularly limited, but is, for example, an aliphatic hydrocarbon chain terminal. When performing a decarbonylation reaction of an aliphatic aldehyde having an unsaturated aliphatic hydrocarbon chain, it is also possible to perform a hydrogenation reaction of an unsaturated bond on the unsaturated aliphatic hydrocarbon chain at the same time as the reaction. is there.

本発明の製造方法の反応基質となる脂肪族アルデヒドの例としては、限定されないが、例えば、オクタデカナール等である。   Examples of the aliphatic aldehyde serving as a reaction substrate in the production method of the present invention include, but are not limited to, for example, octadecanal.

本発明に用いる触媒による脂肪族アルデヒドからの脂肪族炭化水素の製造方法では、効率的かつ選択的に脂肪族炭化水素の製造が可能である。本発明の製造方法による、反応基質に対する脂肪族炭化水素の収率は、反応条件等によるが、例えば30 %以上、40 %以上、50 %以上、60 %以上、70 %以上、80 %以上、90 %以上、95 %以上又は99 %以上であり得る。本発明の方法では、炭素数がn(nは2以上の整数。好ましくは6〜25の整数。但し、ここでいう炭素数には、脂肪族アルデヒド中のアルデヒド(C(=O)H)の炭素数は含まない。)の脂肪族アルデヒドから、炭素数がn-1又はnの脂肪族炭化水素(例えば、飽和脂肪族炭化水素)を製造することができる。特に、炭素数がn-1の脂肪族炭化水素(例えば、飽和脂肪族炭化水素)の選択性が高い。   In the method for producing an aliphatic hydrocarbon from an aliphatic aldehyde using the catalyst used in the present invention, it is possible to efficiently and selectively produce an aliphatic hydrocarbon. According to the production method of the present invention, the yield of the aliphatic hydrocarbon relative to the reaction substrate depends on the reaction conditions and the like, for example, 30% or more, 40% or more, 50% or more, 60% or more, 70% or more, 80% or more, It can be 90% or more, 95% or more, or 99% or more. In the method of the present invention, the number of carbon atoms is n (n is an integer of 2 or more, preferably an integer of 6 to 25, provided that the number of carbon atoms refers to an aldehyde (C (= O) H) in an aliphatic aldehyde. Can be produced from an aliphatic aldehyde having a carbon number of n-1 or n (for example, a saturated aliphatic hydrocarbon). In particular, the selectivity of an aliphatic hydrocarbon having n-1 carbon atoms (for example, a saturated aliphatic hydrocarbon) is high.

また、本発明に用いる触媒による脂肪族アルデヒドからの脂肪族炭化水素の製造方法では、COが選択的に生成し、CO2の生成が少ない。本発明の製造方法において生成するガス成分のうちCO2の含有量は、反応条件等によるが、例えば10 %以下、5 %以下、1 %以下又は0 %であり得る。In the production method of aliphatic hydrocarbons from aliphatic aldehydes by catalyst used in the present invention, CO is selectively generated, the generation of CO 2 is small. The content of CO 2 in the gas components generated in the production method of the present invention depends on the reaction conditions and the like, but may be, for example, 10% or less, 5% or less, 1% or less, or 0%.

(不飽和脂肪族アリールの部分水素化反応)
本発明の触媒による不飽和脂肪族アリールの部分水素化反応は、気相あるいは液相のいずれにおいても行うことができる。気相反応においては、反応基質と通常0.1〜10 atmの水素ガスを気相で触媒と接触させ、また液相反応においては、通常0.1〜10 atmの水素ガス存在下に反応基質を触媒と液状で接触させることにより反応が行われる。液相反応においては、溶媒を特に使用する必要はないが、必要に応じ使用することもできる。使用可能な溶媒は、反応基質と均一相をなすものが適しており、例えば、炭化水素、エーテル、エステル、アルコール等を用いることができる。
(Partial hydrogenation of unsaturated aliphatic aryl)
The partial hydrogenation of unsaturated aliphatic aryl by the catalyst of the present invention can be performed in either a gas phase or a liquid phase. In a gas phase reaction, a reaction substrate is usually brought into contact with a catalyst in a gas phase with 0.1 to 10 atm hydrogen gas, and in a liquid phase reaction, the reaction substrate is usually mixed with a catalyst in the presence of 0.1 to 10 atm hydrogen gas. The reaction is carried out by contacting with. In the liquid phase reaction, it is not necessary to use a solvent, but a solvent can be used if necessary. Suitable solvents are those that form a homogeneous phase with the reaction substrate, and examples thereof include hydrocarbons, ethers, esters, and alcohols.

反応温度は通常50〜250 ℃、又は50〜100 ℃の範囲である。また、反応時間は、目的物質の収率等に応じて適宜選択すればよく、特に制限はないが、通常数秒〜数十時間程度、又は6〜24時間程度である。   The reaction temperature is usually in the range of 50 to 250 ° C, or 50 to 100 ° C. The reaction time may be appropriately selected depending on the yield of the target substance and the like, and is not particularly limited, but is usually about several seconds to several tens of hours, or about 6 to 24 hours.

触媒の使用量、添加剤の使用に関しては、上記脂肪族カルボン酸の脱カルボキシル化反応における記載を参照できる。   Regarding the amount of the catalyst and the use of the additive, the description in the above-mentioned decarboxylation reaction of the aliphatic carboxylic acid can be referred to.

本発明の触媒により不飽和脂肪族アリールの不飽和脂肪族炭化水素鎖を部分水素化することができる。本発明の触媒による不飽和脂肪族アリールからの飽和脂肪族アリールの製造方法の反応基質となる不飽和脂肪族アリールは、好ましくは、置換基を有してよい炭素数2〜25の不飽和脂肪族炭化水素鎖を有するアリールである。置換基を有してよい不飽和脂肪族炭化水素鎖は、より好ましくは炭素数2〜20である。ここで、不飽和脂肪族炭化水素鎖は、直鎖状又は分岐鎖状の不飽和脂肪族炭化水素鎖であってよい。これらの不飽和脂肪族炭化水素鎖としては、任意の位置に1以上の二重結合を有する直鎖又は分岐のアルケニル(エテニル、プロぺニル、ブテニル、ペンテニル等)及び任意の位置に1以上の三重結合を有する直鎖又は分岐のアルキニル(エチニル、プロピニル、ブチニル、ペンチニル等)等が挙げられる。置換基の例としては、上記脂肪族カルボン酸の脱カルボキシル化反応における記載を参照できる。置換基の数は1又は2以上であってよく、好ましくは1である。置換基の置換位置は特に限定されないが、例えば脂肪族炭化水素鎖末端である。   The unsaturated aliphatic hydrocarbon chain of the unsaturated aliphatic aryl can be partially hydrogenated by the catalyst of the present invention. The unsaturated aliphatic aryl serving as a reaction substrate in the method for producing a saturated aliphatic aryl from an unsaturated aliphatic aryl using the catalyst of the present invention is preferably an unsaturated aliphatic having 2 to 25 carbon atoms which may have a substituent. Aryl having an aromatic hydrocarbon chain. The unsaturated aliphatic hydrocarbon chain which may have a substituent more preferably has 2 to 20 carbon atoms. Here, the unsaturated aliphatic hydrocarbon chain may be a linear or branched unsaturated aliphatic hydrocarbon chain. These unsaturated aliphatic hydrocarbon chains include linear or branched alkenyl having one or more double bonds at any position (ethenyl, propenyl, butenyl, pentenyl, etc.) and one or more alkenyl at any position. Linear or branched alkynyl having a triple bond (ethynyl, propynyl, butynyl, pentynyl, etc.) and the like can be mentioned. As examples of the substituent, the description in the above-mentioned decarboxylation reaction of the aliphatic carboxylic acid can be referred to. The number of substituents may be one or more, and preferably one. The substitution position of the substituent is not particularly limited, but is, for example, an aliphatic hydrocarbon chain terminal.

本発明の製造方法の反応基質となる不飽和脂肪族アリールの例としては、限定されないが、例えば、スチルベン等である。   Examples of the unsaturated aliphatic aryl serving as a reaction substrate in the production method of the present invention include, but are not limited to, stilbene and the like.

本発明の触媒による不飽和脂肪族アリールからの飽和脂肪族アリールの製造方法では、効率的かつ選択的に飽和脂肪族アリールの製造が可能である。本発明の製造方法による、反応基質に対する飽和脂肪族アリールの収率は、反応条件等によるが、例えば収率40 %以上、50 %以上、60 %以上、70 %以上、80 %以上、90 %以上、95 %以上又は99 %以上であり得る。   The method for producing a saturated aliphatic aryl from an unsaturated aliphatic aryl using the catalyst of the present invention enables efficient and selective production of a saturated aliphatic aryl. According to the production method of the present invention, the yield of the saturated aliphatic aryl relative to the reaction substrate depends on the reaction conditions and the like, for example, the yield is 40% or more, 50% or more, 60% or more, 70% or more, 80% or more, 90% Or more, 95% or more or 99% or more.

各触媒反応工程(前記脂肪族炭化水素及び一酸化炭素の製造方法の触媒反応工程を含む)の前に、所定の触媒を準備する工程を付加してもよく、及び/又は各触媒工程の後に、生成物を分離、精製、収集及び修飾のいずれか少なくとも1つの処理を行う工程を付加してもよい。   A step of preparing a predetermined catalyst may be added before each catalytic reaction step (including the catalytic reaction step of the method for producing an aliphatic hydrocarbon and carbon monoxide), and / or after each catalytic step. And a step of performing at least one treatment of separating, purifying, collecting, and modifying the product.

以下、本発明を、実施例を参照してさらに詳細に説明するが、これらにより本願発明の範囲が限定されることはない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but these will not limit the scope of the present invention.

<実施例1>
シリコンナノワイヤアレイに担持された金属ナノ粒子触媒の調製
ナノ構造を有するシリコン基板であるシリコンナノワイヤアレイ(以下、「SiNA」ともいう)を、市販のシリコン基板を用いて、文献Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 127-131に記載された方法に従って製造した。同文献では、ナノ構造を有するシリコン基板にパラジウムナノ粒子を担持した触媒(以下、「SiNA-Pd」ともいう)が報告されている。このパラジウム触媒は、溝呂木−ヘック反応、アルケンの水素化、ニトロ基の還元、α,β−不飽和ケトンのヒドロシリル化、芳香族ハロゲン化物とチオフェン・インドールとのC-Hアリール化反応に適用されている。
<Example 1>
Preparation of Metal Nanoparticle Catalyst Supported on Silicon Nanowire Array A silicon nanowire array (hereinafter, also referred to as `` SiNA ''), which is a silicon substrate having a nanostructure, was prepared by using a commercially available silicon substrate in the literature Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 127-131. The document reports a catalyst in which palladium nanoparticles are supported on a silicon substrate having a nanostructure (hereinafter, also referred to as “SiNA-Pd”). This palladium catalyst has been applied to the Mizorogi-Heck reaction, hydrogenation of alkenes, reduction of nitro groups, hydrosilylation of α, β-unsaturated ketones, CH arylation of aromatic halides with thiophene indole. .

本発明では、上記ナノ構造を有するシリコン基板に、各種金属ナノ粒子、特にロジウムナノ粒子を担持したもの(以下、「SiNA-Rh」ともいう)及びロジウムを含む金属複合体のナノ粒子を担持したものを調製した。また、ナノ構造を有するシリコン基板にパラジウムナノ粒子を担持したもの(SiNA-Pd)、白金ナノ粒子を担持したもの(SiNA-Pt)、及び、各種金属複合体のナノ粒子を担持したものを調製した。   In the present invention, on a silicon substrate having the above nanostructure, various metal nanoparticles, particularly those supporting rhodium nanoparticles (hereinafter, also referred to as `` SiNA-Rh '') and supporting metal composite nanoparticles containing rhodium One was prepared. Also prepared are those that carry palladium nanoparticles (SiNA-Pd), those that carry platinum nanoparticles (SiNA-Pt), and those that carry nanoparticles of various metal composites on a silicon substrate with a nanostructure. did.

具体的には、以下の方法で製造した。p-タイプシリコン基板(2 インチ; 厚さ(325 ±25) μm; 0.1-100 Ω; 1.45 g)(E&M)をH2SO4/H2O2で処理し、洗浄及びSi-H表面基の導入(水素終端化)のためのフッ化水素酸(HF)水溶液での処理をそれぞれ行った。AgNO3を水素終端化された基板と反応させ、Ag微粒子被覆基板を得、HF/H2O2水溶液で処理し、シリコンナノワイヤアレイを得た。Ag微粒子の除去及びシリコンナノワイヤアレイのSi-H表面の再構築は、HNO3、及び5 % HF水溶液(10 mL)に1分間漬けてそれぞれ行い、その後純水で洗浄、窒素を吹き付けて水を取り除いた。Specifically, it was manufactured by the following method. p-type silicon substrate (2 inches; thickness (325 ± 25) μm; 0.1-100 Ω; 1.45 g) (E & M) treated with H 2 SO 4 / H 2 O 2 , washed and Si-H surface substrate Treatment with an aqueous solution of hydrofluoric acid (HF) for the introduction of hydrogen (hydrogen termination). AgNO 3 was reacted with the hydrogen-terminated substrate to obtain a substrate coated with Ag fine particles, and treated with an aqueous HF / H 2 O 2 solution to obtain a silicon nanowire array. Removal of Ag fine particles and reconstruction of the Si-H surface of the silicon nanowire array were performed by immersing each in HNO 3 and 5% HF aqueous solution (10 mL) for 1 minute, followed by washing with pure water and blowing water with nitrogen. Removed.

塩化ロジウム3水和物(59.2 mg)を純水(4.5 mL)に溶かして、50 mM水溶液を調製した。これに1.5 mLのアセトンを加えた後、上記調製したSiNAをこの溶液に室温中5分漬けた。その後、基板を純水、アセトン(各20 mL)で洗浄し、窒素を吹き付けて乾燥させることで、SiNA-Rhが調製(1.45 g)された。   Rhodium chloride trihydrate (59.2 mg) was dissolved in pure water (4.5 mL) to prepare a 50 mM aqueous solution. After 1.5 mL of acetone was added thereto, the above-prepared SiNA was immersed in this solution at room temperature for 5 minutes. Thereafter, the substrate was washed with pure water and acetone (20 mL each), and dried by blowing nitrogen thereto, whereby SiNA-Rh was prepared (1.45 g).

パラジウムナノ粒子、白金ナノ粒子及び金属複合体(合金)のナノ粒子についても、対応する金属塩水溶液をそれぞれ用いて、上記と同様にして各ナノ粒子を担持したシリコンナノワイヤアレイを製造した。   For palladium nanoparticles, platinum nanoparticles, and nanoparticles of metal composites (alloys), silicon nanowire arrays supporting the nanoparticles were produced in the same manner as described above, using the respective aqueous metal salt solutions.

実施例のロジウムナノ粒子触媒を固定化したシリコンナノワイヤアレイについて、構造を分析した。   The structure of the silicon nanowire array on which the rhodium nanoparticle catalyst of the example was immobilized was analyzed.

SiNA-Rh(サンプルBHY-12-171B)の断面のSEM(Scanning Electron Microscope)(JEOL JSM6330F)写真を、図1に示す。SiNA-Pdの断面のSEM写真は、ナノスペースの長さが5 μm、ナノスペースの幅が800 nm未満であり、ナノスペースの幅の平均が約80 nmであることを示し、アスペクト比は約60であることを示した。   FIG. 1 shows an SEM (Scanning Electron Microscope) (JEOL JSM6330F) photograph of a cross section of SiNA-Rh (sample BHY-12-171B). The SEM photograph of the cross section of SiNA-Pd shows that the nanospace length is 5 μm, the nanospace width is less than 800 nm, the average nanospace width is about 80 nm, and the aspect ratio is about 60.

SiNA-Rh(サンプルBHY-12-171B)のTEM(JEOL JEM-2100F)イメージから200個の粒子の大きさを個別に測定したところ、約1-10 nmの直径(φ=約4 nm)のロジウムナノ粒子の分散を示した(図2のA,B及び図3)。SiNA-Rhの断面のエネルギー分散型X線分析(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy: EDX, JED-2300T)イメージは、シリコンナノワイヤアレイにロジウムナノ粒子が担持されていることを示した(図2のC〜F)。   When the size of 200 particles was measured individually from the TEM (JEOL JEM-2100F) image of SiNA-Rh (sample BHY-12-171B), the diameter of about 1-10 nm (φ = about 4 nm) The dispersion of rhodium nanoparticles was shown (A, B in FIG. 2 and FIG. 3). The energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX, JED-2300T) image of the cross section of SiNA-Rh showed that rhodium nanoparticles were supported on the silicon nanowire array (C in FIG. 2). ~ F).

SiNA-Rh(サンプルBHY-8-37-Rh)及び炭素に担持したロジウムナノ粒子のRh3d X線光電子分光分析(X-ray Photoelectron Spectroscopy: XPS)(VG ESCALAB 250 spectrometer, Thermo Fisher Scientific K.K.)は、0価ロジウム種の形成を示した(図4及び5)。   SiNA-Rh (sample BHY-8-37-Rh) and Rh3d X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) of rhodium nanoparticles supported on carbon (X-ray Photoelectron Spectroscopy: XPS) (VG ESCALAB 250 spectrometer, Thermo Fisher Scientific KK) The formation of zero-valent rhodium species was shown (FIGS. 4 and 5).

SiNA-Rh(計6サンプル, 2 x 2 cm2)についての誘導結合プラズマ質量分析(Inductively coupled plasma mass spectrometry: ICP-MS)(Perkin Elmer NexionTM 300D)は、SiNA上のロジウムナノ粒子の担持量が約2-5 μmol/gであることを示した(図6)。写真は、ロジウム担持前のSiNA(左)(サンプルBHY-8-37)及びロジウム担持後のSiNA-Rh(右)(サンプルBHY-8-37-Rh)の写真である。The siNA-Rh (six samples, 2 x 2 cm 2) inductively coupled plasma mass spectrometry for (Inductively coupled plasma mass spectrometry: ICP -MS) (Perkin Elmer Nexion TM 300D) are supported amount of rhodium nanoparticles on The siNA Was about 2-5 μmol / g (FIG. 6). The photographs are photographs of SiNA before supporting rhodium (left) (sample BHY-8-37) and SiNA-Rh after supporting rhodium (right) (sample BHY-8-37-Rh).

なお、他のナノ粒子を担持したシリコンナノワイヤアレイについても同様に分析し、同様の構造及び担持形態であることを確認した。   Note that a silicon nanowire array carrying other nanoparticles was analyzed in the same manner, and it was confirmed that the silicon nanowire array had the same structure and the same carrying form.

<実施例2>
SiNA-Rhを用いたステアリン酸からヘプタデカンの合成
10 mLの耐圧ガラス容器に、SiNA-Rh(67 mg, 270 nmol Rh, 0.054 mol% Rh)、ステアリン酸(142.3 mg, 0.5 mmol)を加え、水素圧9.9 barにセットして、CEM社製マイクロ波合成装置(CEM Discover-SPもしくはCEM Discover System)にて、200 ℃設定、最高出力200 W(温度安定時30-50 W)にて6時間反応を行った。反応追跡のため常温常圧にして、微量サンプリングをした後、引き続き200 ℃設定、最高出力200 W(温度安定時30-50 W)にて反応を行った。6時間ごとに微量サンプリングを行い、24時間で反応を完了した。反応混合物1 mgにN,N-ジメチルホルムアミドジメチルアセタール0.1 mLを加え、さらにメタノール0.1 mLを加え、30秒間ドライヤーで乾燥させ、ガスクロマトグラフィー(DB-WAX, アジレント・テクノロジー社製)にて収率を確認した。回収したSiNA-Rhは、テトラヒドロフラン、酢酸エチル、アセトンで洗浄後、窒素を吹きかけて乾燥させ、再利用した。結果を表1に示す。
<Example 2>
Synthesis of heptadecane from stearic acid using SiNA-Rh
To a 10 mL pressure-resistant glass container, add SiNA-Rh (67 mg, 270 nmol Rh, 0.054 mol% Rh) and stearic acid (142.3 mg, 0.5 mmol), set to a hydrogen pressure of 9.9 bar, and use a CEM micro The reaction was performed for 6 hours with a wave synthesizer (CEM Discover-SP or CEM Discover System) at 200 ° C and a maximum output of 200 W (30-50 W at stable temperature). After tracking the reaction at normal temperature and normal pressure and sampling a small amount, the reaction was continued at 200 ° C. and a maximum output of 200 W (30-50 W at stable temperature). Micro sampling was performed every 6 hours, and the reaction was completed in 24 hours. To 1 mg of the reaction mixture, 0.1 mL of N, N-dimethylformamide dimethyl acetal was added, and 0.1 mL of methanol was further added.The resultant was dried with a dryer for 30 seconds, and the yield was determined by gas chromatography (DB-WAX, manufactured by Agilent Technologies). It was confirmed. The recovered SiNA-Rh was washed with tetrahydrofuran, ethyl acetate, and acetone, dried by blowing nitrogen, and reused. Table 1 shows the results.

Figure 2018225759
Figure 2018225759

ロジウムナノ粒子を担持した触媒は、ステアリン酸(0.5 mmol)を基質とし、SiNA-Rhを約0.05 mol%(例えば、先行技術文献の触媒の20分の1以下の触媒量)を用い、9,9barの水素雰囲気下、マイクロ波照射により200℃ の反応温度とすることで、24時間反応に附したところ、炭素数nのステアリン酸に対応する炭素数n-1の化合物であるヘプタデカンが収率94%で得られた。また、先行技術でも問題になる、副生成物となる炭素数nの化合物であるオクタデカンは生成しなかった。また、ガス成分として一酸化炭素が得られ、副生成物の可能性となる二酸化炭素は全く生成しなかったことをガスクロマトグラフィーで確認した。なお、上記表1中、各entryのH2:CO:CO2の値は、6時間ごと(6時間後、12時間後、18時間後及び24時間後それぞれ)に反応系を開放し、反応系中の気体を収集し、GC分析した値に基づいて算出した値(6時間、12時間及び18時間のそれぞれの開放後には、再び反応系中に水素を再充填して、さらに6時間反応させて、同様に測定、算出した。)である。The catalyst supporting rhodium nanoparticles uses stearic acid (0.5 mmol) as a substrate, and uses about 0.05 mol% of SiNA-Rh (for example, a catalyst amount of 1/20 or less of the catalyst of the prior art document), 9, The reaction temperature was set to 200 ° C by microwave irradiation under a hydrogen atmosphere of 9 bar, and the reaction was performed for 24 hours.As a result, heptadecane, a compound having n-1 carbon atoms corresponding to stearic acid having n carbon atoms, was obtained. 94%. Further, octadecane, a compound having n carbon atoms, which is a by-product, which is a problem in the prior art, was not produced. In addition, it was confirmed by gas chromatography that carbon monoxide was obtained as a gas component and no carbon dioxide, which could be a by-product, was generated at all. In Table 1 above, the value of H 2 : CO: CO 2 for each entry was obtained by opening the reaction system every 6 hours (6 hours, 12 hours, 18 hours, and 24 hours, respectively). The gas in the system was collected and calculated based on the value obtained by GC analysis (after each opening for 6, 12, and 18 hours, the reaction system was recharged with hydrogen again, and the reaction was continued for another 6 hours. And measured and calculated in the same manner).

この触媒を回収して、同じ反応に再利用したところ、2回目の反応では89 %、3回目の反応では85 %、4回目の反応では87 %でヘプタデカンが得られた。この時もガス成分として一酸化炭素のみが得られ、二酸化炭素は生成しなかった。さらに、触媒の回収・触媒反応(24時間)を、20回まで繰り返したが、ヘプタデカンの収率(P1)は80%以上であり、またいずれの回でも、二酸化炭素は検出されず、一酸化炭素のみが得られた。
なお、マイクロ照射を行わずに反応系を200℃まで加熱した以外は、上記表中のentry1と同様にして、反応の進行を試みたが、反応時間6時間後には、未だヘプタデカンは検出されなかった。
When this catalyst was recovered and reused in the same reaction, heptadecane was obtained in 89% in the second reaction, 85% in the third reaction, and 87% in the fourth reaction. At this time, only carbon monoxide was obtained as a gas component, and no carbon dioxide was generated. Furthermore, the catalyst recovery and catalytic reaction (24 hours) were repeated up to 20 times, but the heptadecane yield (P1) was 80% or more. Only carbon was obtained.
The progress of the reaction was attempted in the same manner as for entry 1 in the above table, except that the reaction system was heated to 200 ° C. without performing microirradiation. However, after 6 hours of the reaction time, heptadecane was not detected yet. Was.

<実施例3>
各種金属ナノ粒子を担持した触媒を用いたステアリン酸からヘプタデカンの合成
10 mLの耐圧ガラス容器に、SiNA-Rh(67 mg, 270 nmol Rh, 0.054 mol% Rh)、ステアリン酸(284 mg, 1 mmol)を加え、水素圧9.9 barにセットして、CEM社製マイクロ波合成装置(CEM Discover-SPもしくはCEM Discover System)にて、200 ℃設定、最高出力200 W(温度安定時30-50 W)にて6時間反応を行った。反応混合物1 mgにN,N-ジメチルホルムアミドジメチルアセタール0.1 mLを加え、さらにメタノール0.1 mLを加え、30秒間ドライヤーで乾燥させ、ガスクロマトグラフィー(DB-WAX, アジレント・テクノロジー社製)にて収率を確認した。合金ナノ粒子を担持した触媒及びロジウム以外の貴金属の金属ナノ粒子を担持した触媒についても同様に反応を行い、収率を確認した。結果を表2に示す。
<Example 3>
Synthesis of heptadecane from stearic acid using catalysts supporting various metal nanoparticles
To a 10 mL pressure-resistant glass container, add SiNA-Rh (67 mg, 270 nmol Rh, 0.054 mol% Rh) and stearic acid (284 mg, 1 mmol), set to a hydrogen pressure of 9.9 bar, and use a CEM micro The reaction was performed for 6 hours with a wave synthesizer (CEM Discover-SP or CEM Discover System) at 200 ° C and a maximum output of 200 W (30-50 W at stable temperature). To 1 mg of the reaction mixture, 0.1 mL of N, N-dimethylformamide dimethyl acetal was added, and 0.1 mL of methanol was further added.The resultant was dried with a dryer for 30 seconds, and the yield was determined by gas chromatography (DB-WAX, manufactured by Agilent Technologies). It was confirmed. The same reaction was carried out for the catalyst supporting the alloy nanoparticles and the catalyst supporting the metal nanoparticles of noble metals other than rhodium, and the yield was confirmed. Table 2 shows the results.

Figure 2018225759
Figure 2018225759

金属ナノ粒子を担持した触媒で炭素数nのステアリン酸に対応する炭素数n-1の化合物であるヘプタデカンが得られた。副生成物となる炭素数nの化合物であるオクタデカンは生成しなかった。ガス成分として一酸化炭素が得られ、二酸化炭素は全く生成しなかった。なお、金属ナノ粒子を担持しなかったものについては、反応は進行しなかった(entry 1)。また、マイクロ照射を行わずに反応系を200℃まで加熱した以外は、上記表中の各entryと同様にして、反応の進行を試みたが、反応時間6時間後には、未だ脂肪族炭化水素は検出されなかった。
また、触媒として、RhCl3・3H2O(0.056mol% of MNPs)を用いた以外は、上記と同様にして、触媒反応の進行を試みたが、反応は進行しなかった。
Heptadecane, a compound having n-1 carbon atoms corresponding to stearic acid having n carbon atoms, was obtained with a catalyst supporting metal nanoparticles. Octadecane, a compound having n carbon atoms, as a by-product was not produced. Carbon monoxide was obtained as a gas component, and no carbon dioxide was produced. The reaction did not proceed for those that did not support the metal nanoparticles (entry 1). In addition, except that the reaction system was heated to 200 ° C. without performing microirradiation, the progress of the reaction was attempted in the same manner as in each entry in the above table. Was not detected.
Further, except that RhCl 3 .3H 2 O (0.056 mol% of MNPs) was used as the catalyst, the progress of the catalytic reaction was attempted in the same manner as above, but the reaction did not progress.

合金ナノ粒子を担持した触媒及びパラジウムナノ粒子を担持した触媒について、再利用性を検討した。回収した触媒は、テトラヒドロフラン、酢酸エチル、アセトンで洗浄後、窒素を吹きかけて乾燥させ、再利用した。再利用時の反応について、結果を表3に示す。   The reusability of the catalyst supporting the alloy nanoparticles and the catalyst supporting the palladium nanoparticles was examined. The recovered catalyst was washed with tetrahydrofuran, ethyl acetate, and acetone, dried by blowing nitrogen, and reused. Table 3 shows the results of the reaction at the time of reuse.

Figure 2018225759
Figure 2018225759

SiNA-Pdを用いて反応を行った場合、6時間で収率32 %、再利用時には12 %でヘプタデカンが生成した(entry 2)。SiNA-Ptを用いて反応を行った場合、6時間で収率38 %、再利用時には22 %でヘプタデカンが生成した(entry 3)。SiNA-PdPt(パラジウムと白金の合金ナノ粒子)を用いて反応を行った場合、6時間で収率49 %、再利用時には15 %でヘプタデカンが生成した(entry 1)。SiNA-PdRh(パラジウムとロジウムの合金ナノ粒子)を用いて反応を行った場合、6時間で収率37 %、2回目利用で33 %、3回目利用で33 %、4回目利用で8 %でヘプタデカンが生成した(entry 4)。SiNA-PdPtRh(パラジウムと白金とロジウムの合金ナノ粒子)を用いて反応を行った場合、6時間で収率39 %で、再利用で4 %でヘプタデカンが生成した(entry 5)。SiNA-PdPtRhNi(パラジウムと白金とロジウムとニッケルの合金ナノ粒子)を用いて反応を行った場合、6時間で収率41 %で、再利用で26 %でヘプタデカンが生成した(entry 6)。SiNA-PdRu(パラジウムとルテニウムの合金ナノ粒子)を用いて反応を行った場合、6時間で収率36 %で、再利用で25 %でヘプタデカンが生成した(entry 7)。表1の結果とも比較すると、SiNA-Rhを用いて6時間で反応をみた場合、収率47 %、2回目利用で41 %、3回目利用で57 %でヘプタデカンが生成しており、この条件での反応系においては、上記のものより良い結果となった。   When the reaction was carried out using SiNA-Pd, heptadecane was produced at a yield of 32% in 6 hours and at a recycling rate of 12% (entry 2). When the reaction was carried out using SiNA-Pt, heptadecane was produced at a yield of 38% in 6 hours and at a reuse rate of 22% (entry 3). When the reaction was carried out using SiNA-PdPt (alloy nanoparticles of palladium and platinum), heptadecane was produced in a yield of 49% in 6 hours and in 15% in reuse (entry 1). When the reaction was performed using SiNA-PdRh (alloy nanoparticles of palladium and rhodium), the yield was 37% in 6 hours, 33% in the second use, 33% in the third use, and 8% in the fourth use. Heptadecane was produced (entry 4). When the reaction was carried out using SiNA-PdPtRh (alloy nanoparticles of palladium, platinum and rhodium), heptadecane was produced in a yield of 39% in 6 hours and in a reuse of 4% (entry 5). When the reaction was carried out using SiNA-PdPtRhNi (alloy nanoparticles of palladium, platinum, rhodium and nickel), heptadecane was produced in 41% in 6 hours and in 26% in reuse (entry 6). When the reaction was carried out using SiNA-PdRu (alloy nanoparticles of palladium and ruthenium), heptadecane was produced in 36% yield in 6 hours and 25% in reuse (entry 7). Comparing with the results in Table 1, when the reaction was observed in 6 hours using SiNA-Rh, heptadecane was produced in a yield of 47%, 41% in the second use, and 57% in the third use, under these conditions. In the reaction system at, the results were better than those described above.

<実施例4>
SiNA-Rhを用いたカルボン酸からアルケンの合成
10 mLの耐圧ガラス容器に、SiNA-Rh(70 mg, 265 nmol Rh, 0.053 mol% Rh;又は71.0 mg, 270 nmol Rh, 0.054 mol%)、カルボン酸(0.5 mmol)を加え、水素圧9.9 barにセットして、CEM社製マイクロ波合成装置(CEM Discover-SPもしくはCEM Discover System)にて、200 ℃設定、最高出力200 W(温度安定時30-50 W)にて24時間反応を行った。反応混合物1 mgにN,N-ジメチルホルムアミドジメチルアセタール0.1 mLを加え、さらにメタノール0.1 mLを加え、30秒間ドライヤーで乾燥させ、ガスクロマトグラフィー(DB-WAX, アジレント・テクノロジー社製)にて収率を確認した。結果を表4に示す。
<Example 4>
Synthesis of alkene from carboxylic acid using SiNA-Rh
In a 10 mL pressure-resistant glass container, add SiNA-Rh (70 mg, 265 nmol Rh, 0.053 mol% Rh; or 71.0 mg, 270 nmol Rh, 0.054 mol%) and carboxylic acid (0.5 mmol), and add a hydrogen pressure of 9.9 bar. And the reaction was carried out for 24 hours at a setting of 200 ° C and a maximum output of 200 W (30-50 W at stable temperature) using a microwave synthesizer (CEM Discover-SP or CEM Discover System) manufactured by CEM. . To 1 mg of the reaction mixture, 0.1 mL of N, N-dimethylformamide dimethyl acetal was added, and 0.1 mL of methanol was further added.The resultant was dried with a dryer for 30 seconds, and the yield was determined by gas chromatography (DB-WAX, manufactured by Agilent Technologies). It was confirmed. Table 4 shows the results.

Figure 2018225759
Figure 2018225759

SiNA-Rhは、飽和脂肪族カルボン酸、不飽和脂肪族カルボン酸、分岐脂肪族カルボン酸に作用し、アルケンを生成した。なお、オレイン酸からは主生成物としてヘプタデカンが、2-へキシルドデカン酸からは主生成物としてペンタデカンが生成した。   SiNA-Rh acted on saturated aliphatic carboxylic acids, unsaturated aliphatic carboxylic acids, and branched aliphatic carboxylic acids to produce alkenes. In addition, heptadecane was produced as a main product from oleic acid, and pentadecane was produced as a main product from 2-hexyldecanoic acid.

<実施例5>
ピバル酸添加系におけるSiNA-Rhを用いたステアリン酸からヘプタデカンの合成
10 mLの耐圧ガラス容器に、SiNA-Rh(67 mg, 270 nmol Rh, 0.054 mol% Rh)、ステアリン酸(142.3 mg, 0.5 mmol)、ピバル酸無水物(0.75 mmol)を加え、水素圧9.9 barにセットして、CEM社製マイクロ波合成装置(CEM Discover-SPもしくはDiscover System)にて、200℃設定、最高出力200 W(温度安定時30-50 W)にて6時間反応を行った。反応混合物1 mgにN,N-ジメチルホルムアミドジメチルアセタール0.1 mLを加え、さらにメタノール0.1 mLを加え、30秒間ドライヤーで乾燥させ、ガスクロマトグラフィー(DB-WAX, アジレント・テクノロジー社製)にて収率を確認した。結果、ヘプタデカンが収率89 %で得られた。また一酸化炭素がガス成分として得られ、二酸化炭素は生成しなかった。
<Example 5>
Synthesis of heptadecane from stearic acid using SiNA-Rh in pivalic acid added system
In a 10 mL pressure-resistant glass container, add SiNA-Rh (67 mg, 270 nmol Rh, 0.054 mol% Rh), stearic acid (142.3 mg, 0.5 mmol), and pivalic anhydride (0.75 mmol), and add a hydrogen pressure of 9.9 bar. The reaction was carried out for 6 hours at 200 ° C. at a maximum output of 200 W (30-50 W at stable temperature) using a microwave synthesizer (CEM Discover-SP or Discover System) manufactured by CEM. To 1 mg of the reaction mixture, 0.1 mL of N, N-dimethylformamide dimethyl acetal was added, and 0.1 mL of methanol was further added.The resultant was dried with a dryer for 30 seconds, and the yield was determined by gas chromatography (DB-WAX, manufactured by Agilent Technologies). It was confirmed. As a result, heptadecane was obtained at a yield of 89%. Also, carbon monoxide was obtained as a gas component, and no carbon dioxide was generated.

回収したSiNA-Rhは、テトラヒドロフラン、酢酸エチル、アセトンで洗浄後、窒素を吹きかけて乾燥させ、再利用した。再利用2回目では収率93 %、3回目では88 %、4回日では87 %、5回目では87 %、6回目では89 %、7回目では87 %、8回目では86 %、9回目では84 %、10回目では89 %、11回目では86 %でヘプタデカンが得られた。またガス成分としては一酸化炭素が得られた。ピバル酸の使用により効率が向上した。また、10回以上再利用が可能であった。   The recovered SiNA-Rh was washed with tetrahydrofuran, ethyl acetate, and acetone, dried by blowing nitrogen, and reused. 93% for the second reuse, 88% for the third time, 87% for the fourth time, 87% for the fifth time, 89% for the sixth time, 87% for the seventh time, 86% for the eighth time, 86% for the ninth time Heptadecane was obtained in 84%, 89% in the 10th test, and 86% in the 11th test. Carbon monoxide was obtained as a gas component. The efficiency was improved by using pivalic acid. It could be reused more than 10 times.

<実施例6>
SiNA-Rhを用いたオクタデカナールからヘプタデカンの合成
20 mLの試験管に、SiNA-Rh(69.941 mg, 270 nmol Rh, 0.054 mol% Rh)を入れ、オクタデカナール(134.3 mg, 0.5 mmol)を加え、アルゴンで30秒パージした。アルゴン雰囲気(1atm)下、DFCミキサー(700 rpm)(Device for Flow Chemistry社)を用いて、150 ℃にて18時間反応を行った。18時間後、室温まで冷ました。内部標準物質としてドデカンを添加し、ガスクロマトグラフィー(DB-WAX, アジレント・テクノロジー社製)にて収率を確認した。
<Example 6>
Synthesis of heptadecane from octadecanal using SiNA-Rh
A 20 mL test tube was charged with SiNA-Rh (69.941 mg, 270 nmol Rh, 0.054 mol% Rh), octadecanal (134.3 mg, 0.5 mmol) was added, and the mixture was purged with argon for 30 seconds. The reaction was performed at 150 ° C. for 18 hours using a DFC mixer (700 rpm) (Device for Flow Chemistry) under an argon atmosphere (1 atm). After 18 hours, it was cooled to room temperature. Dodecane was added as an internal standard substance, and the yield was confirmed by gas chromatography (DB-WAX, manufactured by Agilent Technologies).

反応混合物をCH2Cl2に溶解し、蒸発させた。ヘキサンを用いたシリカゲルカラムにより、反応混合物を精製した。精製した溶液を真空下蒸発乾燥させた。1H NMR(JEOL JNM AL400 spectrometer)により分析した。The reaction mixture was dissolved in CH 2 Cl 2, and evaporated. The reaction mixture was purified by a silica gel column using hexane. The purified solution was evaporated to dryness under vacuum. Analysis was performed by 1 H NMR (JEOL JNM AL400 spectrometer).

ロジウムナノ粒子を担持した触媒は、オクタデカナール(0.5 mmol)を基質とし、SiNA-Rhを約0.05 mol%を用い、アルゴン雰囲気(1 atm)下、150 ℃ の反応温度とすることで、18時間反応に附したところ、炭素数nのオクタデカナールに対応する炭素数n-1の化合物であるヘプタデカンが単離後収率86 %(104 mg)で得られた。副生成物となる炭素数nの化合物であるオクタデカンは生成しなかった。   The catalyst supporting rhodium nanoparticles was prepared by using octadecanal (0.5 mmol) as a substrate, using about 0.05 mol% of SiNA-Rh, and setting the reaction temperature to 150 ° C under an argon atmosphere (1 atm). When subjected to the time reaction, heptadecane, a compound having n-1 carbon atoms corresponding to octadecanal having n carbon atoms, was obtained in a yield of 86% (104 mg) after isolation. Octadecane, a compound having n carbon atoms, as a by-product was not produced.

Figure 2018225759
Figure 2018225759

<実施例7>
SiNA-Rhを用いたtrans-スチルベンからビベンジルの合成
10 mLの試験管に、SiNA-Rh(108.16 mg, 465 nmol Rh, 0.093 mol% Rh)を入れ、スチルベン(90.0 mg, 0.5 mmol)を加え、2 mL EtOHを加えた。内部標準物質としてドデカンを添加した。1分間水素バブリングを行った。水素雰囲気(1 atm)下、DFCミキサー(700 rpm)(Device for Flow Chemistry社)を用いて、70 ℃にて24時間反応を行った。24時間後、室温まで冷まし、ガスクロマトグラフィー(HP-1, アジレント・テクノロジー社製)にて収率を確認した。
<Example 7>
Synthesis of bibenzyl from trans-stilbene using SiNA-Rh
A 10 mL test tube was charged with SiNA-Rh (108.16 mg, 465 nmol Rh, 0.093 mol% Rh), stilbene (90.0 mg, 0.5 mmol) was added, and 2 mL EtOH was added. Dodecane was added as an internal standard. Hydrogen bubbling was performed for 1 minute. The reaction was carried out at 70 ° C. for 24 hours under a hydrogen atmosphere (1 atm) using a DFC mixer (700 rpm) (Device for Flow Chemistry). After 24 hours, the mixture was cooled to room temperature, and the yield was confirmed by gas chromatography (HP-1, manufactured by Agilent Technologies).

ロジウムナノ粒子を担持した触媒を用いて、trans-スチルベン(0.5 mmol)を基質とし、SiNA-Rhを約0.09 mol%を用い、水素雰囲気(1 atm)下、70 ℃ の反応温度とすることで、24時間反応に附したところ、trans-スチルベンが水素化されたビベンジルが収率99 %(90.7 mg)で得られた。   Using a catalyst carrying rhodium nanoparticles, trans-stilbene (0.5 mmol) as a substrate, SiNA-Rh in about 0.09 mol%, and a reaction temperature of 70 ° C under a hydrogen atmosphere (1 atm). After 24 hours of reaction, bibenzyl in which trans-stilbene was hydrogenated was obtained in a yield of 99% (90.7 mg).

Figure 2018225759
Figure 2018225759

<実施例8>
脂肪族カルボン酸エステルから脂肪族炭化水素の合成
実施例1と同様にして、SiNA-Rhを作製した。10 mLの耐圧ガラス容器に、SiNA-Rh(67 mg, 270 nmol Rh, 0.054 mol% Rh)、ステアリン酸メチル(149.3 mg, 0.5 mmol)及びH2O(6.5mol)を加え、水素圧9.9 barにセットして、CEM社製マイクロ波合成装置(CEM Discover-SPもしくはCEM Discover System)にて、200 ℃設定、最高出力200 W(温度安定時30-50 W)にて48時間反応を行った。反応混合物1 mgにN,N-ジメチルホルムアミドジメチルアセタール0.1 mLを加え、さらにメタノール0.1 mLを加え、30秒間ドライヤーで乾燥させ、ガスクロマトグラフィー(DB-WAX, アジレント・テクノロジー社製)にて収率を確認した。結果を以下に示す。
<Example 8>
Synthesis of aliphatic hydrocarbon from aliphatic carboxylic acid ester SiNA-Rh was produced in the same manner as in Example 1. To a 10 mL pressure-resistant glass container, add SiNA-Rh (67 mg, 270 nmol Rh, 0.054 mol% Rh), methyl stearate (149.3 mg, 0.5 mmol) and H 2 O (6.5 mol), and add a hydrogen pressure of 9.9 bar. The reaction was carried out for 48 hours at 200 ° C with a maximum output of 200 W (30-50 W at stable temperature) using a CEM microwave synthesizer (CEM Discover-SP or CEM Discover System). . To 1 mg of the reaction mixture, 0.1 mL of N, N-dimethylformamide dimethyl acetal was added, and 0.1 mL of methanol was further added.The resultant was dried with a dryer for 30 seconds, and the yield was determined by gas chromatography (DB-WAX, manufactured by Agilent Technologies). It was confirmed. The results are shown below.

Figure 2018225759
Figure 2018225759

実施例1と同様にして、SiNA-Pd1Pt0.54を作製した。10 mLの耐圧ガラス容器に、SiNA-Pd1Pt0.54(0.071 mol% Pd1Pt0.54)、ステアリン酸エチル(1mmol)を加え、水素圧9.9 barにセットして、CEM社製マイクロ波合成装置(CEM Discover-SPもしくはCEM Discover System)にて、200 ℃設定、最高出力200 W(温度安定時30-50 W)にて6時間反応を行った。その後は、上記と同様にして、ガスクロマトグラフィー(DB-WAX, アジレント・テクノロジー社製)にて収率を確認した。結果を以下に示す。In the same manner as in Example 1, SiNA-Pd 1 Pt 0.54 was produced. To a 10 mL pressure-resistant glass container, add SiNA-Pd 1 Pt 0.54 (0.071 mol% Pd 1 Pt 0.54 ) and ethyl stearate (1 mmol), set to a hydrogen pressure of 9.9 bar, and use a CEM microwave synthesizer ( The reaction was performed for 6 hours at 200 ° C with a maximum output of 200 W (30-50 W at stable temperature) using CEM Discover-SP or CEM Discover System). Thereafter, in the same manner as above, the yield was confirmed by gas chromatography (DB-WAX, manufactured by Agilent Technologies). The results are shown below.

Figure 2018225759
Figure 2018225759

本発明の触媒によれば、より少ない触媒量で効率的且つ選択的に脂肪族炭化水素及び一酸化炭素を製造することができる。また、本発明の触媒によれば、より温和な条件で反応が可能であり且つ触媒の再利用効率が高いことから、コスト面でも有利である。また、本発明の触媒を用いた製造方法により得られた脂肪族炭化水素はバイオディーゼル燃料として有用であり、また、一酸化炭素は石油合成原料に使用できる。   According to the catalyst of the present invention, aliphatic hydrocarbons and carbon monoxide can be efficiently and selectively produced with a smaller amount of catalyst. Further, according to the catalyst of the present invention, the reaction can be carried out under milder conditions, and the efficiency of reusing the catalyst is high, which is advantageous in terms of cost. The aliphatic hydrocarbon obtained by the production method using the catalyst of the present invention is useful as a biodiesel fuel, and carbon monoxide can be used as a petroleum synthesis raw material.

Claims (12)

シリコンワイヤと、それに担持された、白金、パラジウム及びロジウムからなる群から選択される少なくとも1種の貴金属を含む金属微粒子と、からなる触媒を、脂肪族カルボン酸、脂肪族カルボン酸エステル及び脂肪族アルデヒドからなる群から選ばれる少なくとも1種の基質に作用させ、前記少なくとも1種の基質の脱カルボキシル化、脱アルコキシカルボニル化及び脱カルボニル化の少なくとも1つの反応を進行させる触媒反応工程、
を含む、脂肪族炭化水素の製造方法。
A catalyst comprising a silicon wire and metal fine particles containing at least one noble metal selected from the group consisting of platinum, palladium, and rhodium supported on the silicon wire is treated with an aliphatic carboxylic acid, an aliphatic carboxylic acid ester and an aliphatic carboxylic acid ester. A catalytic reaction step of acting on at least one substrate selected from the group consisting of aldehydes and promoting at least one reaction of decarboxylation, dealkoxycarbonylation and decarbonylation of the at least one substrate;
A method for producing an aliphatic hydrocarbon, comprising:
前記シリコンワイヤは、シリコン基板上に形成された複数のシリコンワイヤからなるシリコンワイヤアレイとして形成されている、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the silicon wires are formed as a silicon wire array of a plurality of silicon wires formed on a silicon substrate. 前記少なくとも1種の基質が、置換基を有してよい炭素数6〜25の脂肪族炭化水素鎖を有する脂肪族カルボン酸、脂肪族カルボン酸エステル又は脂肪族アルデヒドである、請求項1又は2に記載の方法。   The said at least one kind of substrate is an aliphatic carboxylic acid, an aliphatic carboxylic acid ester or an aliphatic aldehyde having an aliphatic hydrocarbon chain having 6 to 25 carbon atoms which may have a substituent. The method described in. 前記少なくとも1つの反応の一部又は全部を、マイクロ波の照射下で進行させる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 3, wherein a part or all of the at least one reaction proceeds under irradiation with microwaves. 前記触媒反応工程において、前記触媒を、前記少なくとも1種の基質に対して、金属量として0.001mol%以上の割合で作用させる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 4, wherein in the catalyst reaction step, the catalyst is allowed to act on the at least one substrate at a metal amount of 0.001 mol% or more. 前記少なくとも1種の貴金属がロジウムである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the at least one noble metal is rhodium. 前記少なくとも1つの反応を、少なくとも1種の酸無水物の存在下で進行させる、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the at least one reaction proceeds in the presence of at least one acid anhydride. 請求項1に記載の触媒反応工程と、
前記触媒反応工程中、及び/又は前記触媒反応工程後に、脱カルボキシル化、脱アルコキシカルボニル化及び脱カルボニル化の少なくとも1つの反応によって生じた一酸化炭素を収集する工程と、
を含む一酸化炭素の製造方法。
A catalytic reaction step according to claim 1,
Collecting carbon monoxide produced by at least one of decarboxylation, dealkoxycarbonylation and decarbonylation during and / or after the catalytic reaction step;
A method for producing carbon monoxide, comprising:
シリコンワイヤと、それに担持された、ロジウムを含む金属微粒子と、からなる触媒。   A catalyst comprising a silicon wire and metal particles containing rhodium supported on the silicon wire. 前記シリコンワイヤは、シリコン基板上に形成された複数のシリコンワイヤからなるシリコンワイヤアレイとして形成されている、請求項9に記載の触媒。   The catalyst according to claim 9, wherein the silicon wires are formed as a silicon wire array including a plurality of silicon wires formed on a silicon substrate. 請求項9又は10に記載の触媒を、不飽和脂肪族アリールに作用させ、水素化反応させる工程、
を含む、飽和脂肪族アリールの製造方法。
A step of causing the catalyst according to claim 9 or 10 to act on an unsaturated aliphatic aryl to cause a hydrogenation reaction,
A method for producing a saturated aliphatic aryl, comprising:
不飽和脂肪族アリールが、置換基を有してよい炭素数2〜25の不飽和脂肪族炭化水素鎖を有する不飽和脂肪族アリールである、請求項11に記載の方法。   The method according to claim 11, wherein the unsaturated aliphatic aryl is an unsaturated aliphatic aryl having an unsaturated aliphatic hydrocarbon chain having 2 to 25 carbon atoms which may have a substituent.
JP2019523929A 2017-06-06 2018-06-06 Method for producing aliphatic hydrocarbon and carbon monoxide Active JP7176759B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017111492 2017-06-06
JP2017111492 2017-06-06
PCT/JP2018/021645 WO2018225759A1 (en) 2017-06-06 2018-06-06 Method for producing aliphatic hydrocarbon and carbon monoxide

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2018225759A1 true JPWO2018225759A1 (en) 2020-04-09
JP7176759B2 JP7176759B2 (en) 2022-11-22

Family

ID=64566731

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019523929A Active JP7176759B2 (en) 2017-06-06 2018-06-06 Method for producing aliphatic hydrocarbon and carbon monoxide

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP7176759B2 (en)
WO (1) WO2018225759A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022110295A (en) * 2021-01-18 2022-07-29 国立大学法人 東京大学 Transition metal complex-silicon complex and catalyst

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PT1681337E (en) 2005-01-14 2010-12-24 Neste Oil Oyj Method for the manufacture of hydrocarbons
CN103773315B (en) 2012-10-24 2016-04-27 中国石油化工股份有限公司 A kind of Hydrocarbon phase change heat storage and take natural acid as the preparation method of raw material

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY, vol. 131, no. 49, JPN6022017347, 2009, pages 17738 - 17739, ISSN: 0004766815 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP7176759B2 (en) 2022-11-22
WO2018225759A1 (en) 2018-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hong et al. Ultrathin free‐standing ternary‐alloy nanosheets
Cao et al. PtAg bimetallic nanowires: Facile synthesis and their use as excellent electrocatalysts toward low-cost fuel cells
Hong et al. Facile synthesis of highly active PdAu nanowire networks as self-supported electrocatalyst for ethanol electrooxidation
JP5853048B2 (en) Hydrogenation catalyst supporting inorganic nanoparticles, method for producing the same, and method for hydrogenating biomass-derived hydrocarbon compounds using the same
CN104174392B (en) One one step preparation method of a kind of loaded platino multimetal reforming catalyst and application
JP5328583B2 (en) Carbon nanotube catalyst having metal catalyst nanoparticles supported on inner channel of carbon nanotube and method for producing the same
Wang et al. Controlled deposition of Pt on Au nanorods and their catalytic activity towards formic acid oxidation
JP5579071B2 (en) Method for producing catalyst and use as electrocatalyst
CN110639567B (en) Carbon-supported ruthenium phosphide nanocluster bifunctional catalyst and preparation method and application thereof
CN105618784A (en) Preparation method for dendritic copper-palladium nanocrystalline alloy and product of preparation method
Guo et al. Nanostructuring gold wires as highly durable nanocatalysts for selective reduction of nitro compounds and azides with organosilanes
Long et al. Construction of trace silver modified core@ shell structured Pt-Ni nanoframe@ CeO 2 for semihydrogenation of phenylacetylene
CN105618095B (en) Porous nano carborundum load platinum catalyst and preparation and the application in alpha, beta-unsaturated aldehyde selective hydrogenation reaction
Anumol et al. Nanoporous alloy aggregates: synthesis and electrocatalytic activity
Wang et al. Coordination environment of active sites and their effect on catalytic performance of heterogeneous catalysts
Tian et al. Synthesis of nitrogen-doped carbon coated TiO2 microspheres and its application as metal support in cinnamaldehyde hydrogenation
KR101802098B1 (en) Preparation method of onion-structured bimetallic catalyst
Liu et al. Highly selective isomerization of cottonseed oil into conjugated linoleic acid catalyzed by multiwalled carbon nanotube supported ruthenium
CN115301270B (en) Catalyst and preparation method and application thereof
Odoom-Wubah et al. Ascorbic acid assisted bio-synthesis of Pd-Pt nanoflowers with enhanced electrochemical properties.
JP7157456B2 (en) PdRu Solid Solution Nanoparticles, Manufacturing Method and Catalyst Therefor, Method for Controlling Crystal Structure of PtRu Solid Solution Nanoparticles, and AuRu Solid Solution Nanoparticles and Manufacturing Method Therefor
JP7376146B2 (en) Tetrahedral nanoparticles
CN104607195B (en) A kind of preparation method and application of the heterogeneous array of metal/zinc-oxide nano
JP7176759B2 (en) Method for producing aliphatic hydrocarbon and carbon monoxide
JP2003246613A (en) Metal-added carbon material manufacturing method, and electrode material for fuel cell, catalyst carrier for chemical reaction and gas storage material obtained by using the metal-added carbon material manufactured thereby

Legal Events

Date Code Title Description
A80 Written request to apply exceptions to lack of novelty of invention

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A801

Effective date: 20191227

A80 Written request to apply exceptions to lack of novelty of invention

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A80

Effective date: 20191227

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210525

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220510

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220707

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220708

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220712

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20221018

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20221102

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7176759

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150