WO2019168093A1 - Ammonia manufacturing method, molybdenum complex, and benzimidazole compound - Google Patents

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仁昭 西林
一成 中島
裕也 芦田
一隆 的場
章一 近藤
隆正 菊池
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国立大学法人東京大学
日産化学株式会社
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Abstract

The ammonia manufacturing method according to the present invention is for producing ammonia from nitrogen molecules in the presence of a catalyst, a reducing agent, and a proton source. Examples of usable catalysts include molybdenum complexes such as [MoI3(PNP)] (PNP being 2,6-bis(di-tert-butylphosphinomethyl)pyridine). Samarium iodide (II) is used as the reducing agent, and an alcohol or water is used as the proton source.

Description

アンモニアの製造方法、モリブデン錯体及びベンゾイミダゾール化合物Method for producing ammonia, molybdenum complex and benzimidazole compound
 本発明は、アンモニアの製造方法、モリブデン錯体及びベンゾイミダゾール化合物に関する。 The present invention relates to a method for producing ammonia, a molybdenum complex, and a benzimidazole compound.
 窒素分子をアンモニアに変換する工業的な手法であるハーバー・ボッシュ法は、高温高圧の反応条件を必要とするエネルギー多消費型のプロセスである。これに対し、近年、温和な条件下で窒素分子からアンモニアを製造する方法が開発されている。例えば、非特許文献1には、下記式に示すように、触媒としてのPNP配位子を有するモリブデンヨード錯体と、プロトン源としての2,4,6-コリジニウムトリフルオロメタンスルホナートとのトルエン溶液中に、還元剤としてのデカメチルコバルトセンのトルエン溶液を、常圧の窒素ガス存在下、室温で添加し、その後攪拌することにより、触媒としてモリブデン錯体を基準として415当量のアンモニアが生成したと報告されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
The Harbor Bosch method, which is an industrial method for converting nitrogen molecules into ammonia, is an energy-intensive process that requires high-temperature and high-pressure reaction conditions. On the other hand, in recent years, a method for producing ammonia from nitrogen molecules under mild conditions has been developed. For example, in Non-Patent Document 1, as shown in the following formula, toluene of a molybdenum iodo complex having a PNP ligand as a catalyst and 2,4,6-collidinium trifluoromethanesulfonate as a proton source is used. To the solution, a toluene solution of decamethylcobaltene as a reducing agent was added at room temperature in the presence of atmospheric nitrogen gas, and then stirred to produce 415 equivalents of ammonia based on a molybdenum complex as a catalyst. It is reported.
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
 しかしながら、上述の非特許文献1では、高価なデカメチルコバルトセンやコリジンの共役酸を化学量論量使用する必要があった。そのため、工業的な観点からより安価なアンモニアの製造方法の開発が期待されていた。 However, in the above-mentioned Non-Patent Document 1, it is necessary to use a stoichiometric amount of expensive decamethylcobaltcene or collidine conjugate acid. For this reason, development of a cheaper method for producing ammonia has been expected from an industrial viewpoint.
 本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、比較的安価に窒素分子からアンモニアを製造することを主目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and has as its main object to produce ammonia from nitrogen molecules at a relatively low cost.
 上述した目的を達成するために、本発明者らは、窒素分子からアンモニアを製造する方法につき、触媒としてある種のモリブデン錯体を用い、還元剤としてヨウ化サマリウム(II)を用いて検討したところ、アルコールや水をプロトン源として使用できることを見いだし、本発明を完成するに至った。 In order to achieve the above-mentioned object, the present inventors have examined a method for producing ammonia from nitrogen molecules by using a certain molybdenum complex as a catalyst and samarium (II) iodide as a reducing agent. The inventors have found that alcohol or water can be used as a proton source, and have completed the present invention.
 即ち、本発明のアンモニアの製造方法は、
 触媒、還元剤及びプロトン源の存在下、窒素分子からアンモニアを製造する方法であって、
 前記触媒は、(A)PNP配位子として2,6-ビス(ジアルキルホスフィノメチル)ピリジン(但し、2つのアルキル基は同じでも異なっていてもよく、ピリジン環の少なくとも1つの水素原子はアルキル基、アルコキシ基又はハロゲン原子に置換されていてもよい)を有するモリブデン錯体、(B)PCP配位子としてN,N-ビス(ジアルキルホスフィノメチル)ジヒドロベンゾイミダゾリデン(但し、2つのアルキル基は同じでも異なっていてもよく、ベンゼン環の少なくとも1つの水素原子はアルキル基、アルコキシ基又はハロゲン原子に置換されていてもよい)を有するモリブデン錯体、(C)PPP配位子としてビス(ジアルキルホスフィノエチル)アリールホスフィン(但し、2つのアルキル基は同じでも異なっていてもよい)を有するモリブデン錯体、又は、(D)trans-Mo(N22(R123P)4(但し、R1,R2,R3は同じでも異なっていてもよいアルキル基又はアリール基であり、2つのR3は互いに繋がってアルキレン鎖を形成していてもよい)で表されるモリブデン錯体であり、
 前記還元剤として、ランタノイド系金属のハロゲン化物(II)を用い、
 前記プロトン源として、アルコール又は水を用いる
 ものである。
That is, the method for producing ammonia of the present invention comprises:
A process for producing ammonia from nitrogen molecules in the presence of a catalyst, a reducing agent and a proton source,
The catalyst comprises (A) 2,6-bis (dialkylphosphinomethyl) pyridine as a PNP ligand (wherein the two alkyl groups may be the same or different, and at least one hydrogen atom of the pyridine ring is an alkyl group). A molybdenum complex having an alkyl group, an alkoxy group or a halogen atom, and (B) N, N-bis (dialkylphosphinomethyl) dihydrobenzimidazolidene as a PCP ligand (however, two alkyl groups) May be the same or different and at least one hydrogen atom of the benzene ring may be substituted with an alkyl group, an alkoxy group or a halogen atom), (C) Bis (dialkyl as a PPP ligand) Phosphinoethyl) arylphosphine (where the two alkyl groups may be the same or different) ) Molybdenum complexes with, or, (D) trans-Mo ( N 2) 2 (R 1 R 2 R 3 P) 4 ( where, R 1, R 2, R 3 is an alkyl group which may be the same or different Or an aryl group, and two R 3 s may be linked to each other to form an alkylene chain),
As the reducing agent, a lanthanoid metal halide (II) is used,
As the proton source, alcohol or water is used.
 このアンモニアの製造方法によれば、プロトン源としてアルコールや水を用いることができるし、常温(0~40℃)でも反応が進行するため、従来に比べて安価に窒素分子からアンモニアを製造することができる。 According to this ammonia production method, alcohol or water can be used as a proton source, and the reaction proceeds even at room temperature (0 to 40 ° C.), so that ammonia can be produced from nitrogen molecules at a lower cost than conventional methods. Can do.
 本発明のアンモニアの製造方法の好適な実施形態を以下に示す。 A preferred embodiment of the method for producing ammonia of the present invention is shown below.
 本実施形態のアンモニアの製造方法は、触媒、還元剤及びプロトン源の存在下、窒素分子からアンモニアを製造する方法である。この方法では、触媒として、(A)PNP配位子として2,6-ビス(ジアルキルホスフィノメチル)ピリジン(但し、2つのアルキル基は同じでも異なっていてもよく、ピリジン環の少なくとも1つの水素原子はアルキル基、アルコキシ基又はハロゲン原子に置換されていてもよい)を有するモリブデン錯体、(B)PCP配位子としてN,N-ビス(ジアルキルホスフィノメチル)ジヒドロベンゾイミダゾリデン(但し、2つのアルキル基は同じでも異なっていてもよく、ベンゼン環の少なくとも1つの水素原子はアルキル基、アルコキシ基又はハロゲン原子に置換されていてもよい)を有するモリブデン錯体、(C)PPP配位子としてビス(ジアルキルホスフィノエチル)アリールホスフィン(但し、2つのアルキル基は同じでも異なっていてもよい)を有するモリブデン錯体、又は、(D)trans-Mo(N22(R123P)4(但し、R1,R2,R3は同じでも異なっていてもよいアルキル基又はアリール基であり、2つのR3は互いに繋がってアルキレン鎖を形成していてもよい)で表されるモリブデン錯体を用いる。また、還元剤として、ランタノイド系金属のハロゲン化物(II)を用い、プロトン源として、アルコール又は水を用いる。 The ammonia production method of this embodiment is a method of producing ammonia from nitrogen molecules in the presence of a catalyst, a reducing agent, and a proton source. In this method, (A) 2,6-bis (dialkylphosphinomethyl) pyridine as a PNP ligand (wherein the two alkyl groups may be the same or different, and at least one hydrogen in the pyridine ring) Molybdenum complex having an atom which may be substituted with an alkyl group, an alkoxy group or a halogen atom, (B) N, N-bis (dialkylphosphinomethyl) dihydrobenzimidazolidene as a PCP ligand (provided that 2 Two alkyl groups may be the same or different, and at least one hydrogen atom of the benzene ring may be substituted with an alkyl group, an alkoxy group or a halogen atom), (C) as a PPP ligand Bis (dialkylphosphinoethyl) arylphosphine (however, the two alkyl groups may be the same or different Molybdenum complexes having had may be) I, or, (D) trans-Mo ( N 2) 2 (R 1 R 2 R 3 P) 4 ( where, R 1, R 2, R 3 are the same or different from each other An alkyl group or an aryl group, and two R 3 may be linked to each other to form an alkylene chain). Further, the lanthanoid metal halide (II) is used as the reducing agent, and alcohol or water is used as the proton source.
 (A)のモリブデン錯体において、アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基及びそれらの構造異性体などの直鎖状又は分岐状のアルキル基であってもよいし、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などの環状のアルキル基であってもよい。アルキル基は、炭素数1~12であることが好ましく、炭素数1~6であることがより好ましい。アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基、ヘキシルオキシ基及びそれらの構造異性体などの直鎖状又は分岐状のアルコキシ基であってもよいし、シクロプロポキシ基、シクロブトキシ基、シクロペントキシ基、シクロヘキシルオキシ基などの環状のアルコキシ基であってもよい。アルコキシ基は、炭素数1~12であることが好ましく、炭素数1~6であることがより好ましい。ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などが挙げられる。 In the molybdenum complex of (A), examples of the alkyl group include linear or branched alkyl groups such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, a hexyl group, and structural isomers thereof. It may be a cyclic alkyl group such as a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, and a cyclohexyl group. The alkyl group preferably has 1 to 12 carbon atoms, and more preferably has 1 to 6 carbon atoms. The alkoxy group may be, for example, a linear or branched alkoxy group such as a methoxy group, ethoxy group, propoxy group, butoxy group, pentoxy group, hexyloxy group and structural isomers thereof, It may be a cyclic alkoxy group such as a propoxy group, a cyclobutoxy group, a cyclopentoxy group, or a cyclohexyloxy group. The alkoxy group preferably has 1 to 12 carbon atoms, and more preferably has 1 to 6 carbon atoms. Examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.
 (A)のモリブデン錯体としては、例えば式(A1),(A2)又は(A3)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
(式中、R1及びR2は同じであっても異なっていてもよいアルキル基であり、Xはヨウ素原子、臭素原子又は塩素原子であり、ピリジン環上の少なくとも1つの水素原子はアルキル基、アルコキシ基又はハロゲン原子で置換されていてもよい)で表されるモリブデン錯体が挙げられる。アルキル基、アルコキシ基及びハロゲン原子としては、既に例示したものと同じものが挙げられる。R1及びR2としては、嵩高いアルキル基(例えばtert-ブチル基やイソプロピル基)が好ましい。ピリジン環上の水素原子は、置換されていないか、4位の水素原子が鎖状、環状又は分岐状の炭素数1~12のアルキル基で置換されていることが好ましい。
As the molybdenum complex of (A), for example, the formula (A1), (A2) or (A3)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
Wherein R 1 and R 2 are the same or different alkyl groups, X is an iodine atom, bromine atom or chlorine atom, and at least one hydrogen atom on the pyridine ring is an alkyl group , An molybdenum group which may be substituted with an alkoxy group or a halogen atom). Examples of the alkyl group, alkoxy group and halogen atom are the same as those already exemplified. R 1 and R 2 are preferably bulky alkyl groups (for example, tert-butyl group or isopropyl group). It is preferable that the hydrogen atom on the pyridine ring is not substituted, or the hydrogen atom at the 4-position is substituted with a chain, cyclic or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms.
 (B)のモリブデン錯体としては、例えば式(B1)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
(式中、R1及びR2は同じであっても異なっていてもよいアルキル基であり、Xはヨウ素原子、臭素原子又は塩素原子であり、ベンゼン環上の少なくとも1つの水素原子はアルキル基、アルコキシ基又はハロゲン原子で置換されていてもよい)で表されるモリブデン錯体が挙げられる。アルキル基、アルコキシ基及びハロゲン原子としては、既に例示したものと同じものが挙げられる。R1及びR2としては、嵩高いアルキル基(例えばtert-ブチル基やイソプロピル基)が好ましい。ベンゼン環上の水素原子は、置換されていないか、5および6位の水素原子が鎖状、環状又は分岐状の炭素数1~12のアルキル基で置換されていることが好ましい。特に、式(B2)のモリブデン錯体が好ましい。式(B2)中、R1、R2及びXは式(B1)と同じであり、R3及びR4の少なくとも一方がフルオロ基で置換されていることが好ましく、更にR3及びR4の少なくとも一方がトリフルオロメチル基で置換されていることがより好ましい。式(E)のベンゾイミダゾール化合物は、式(B2)のモリブデン錯体を合成するための中間体として用いることができる。式(E)中、Aはアニオンであり、R1、R2及びXは式(B1)と同じであり、R3及びR4は式(B2)と同じである。Aのアニオンとしては、特に限定するものではないが、例えばPF6 -,BF4 -,ClO4 -などが挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
As the molybdenum complex of (B), for example, the formula (B1)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
Wherein R 1 and R 2 are the same or different alkyl groups, X is an iodine atom, bromine atom or chlorine atom, and at least one hydrogen atom on the benzene ring is an alkyl group , An molybdenum group which may be substituted with an alkoxy group or a halogen atom). Examples of the alkyl group, alkoxy group and halogen atom are the same as those already exemplified. R 1 and R 2 are preferably bulky alkyl groups (for example, tert-butyl group or isopropyl group). It is preferable that the hydrogen atom on the benzene ring is not substituted, or the hydrogen atoms at the 5th and 6th positions are substituted with a chain, cyclic or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms. In particular, a molybdenum complex of the formula (B2) is preferable. Wherein (B2), R 1, R 2 and X are as defined in the formula (B1), preferably at least one of R 3 and R 4 is substituted with a fluoro group, further R 3 and R 4 More preferably, at least one is substituted with a trifluoromethyl group. The benzimidazole compound of the formula (E) can be used as an intermediate for synthesizing the molybdenum complex of the formula (B2). In formula (E), A is an anion, R 1 , R 2 and X are the same as in formula (B1), and R 3 and R 4 are the same as in formula (B2). The anion of A is not particularly limited, and examples thereof include PF 6 , BF 4 , ClO 4 − and the like.
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
 (C)のモリブデン錯体としては、例えば式(C1)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
(式中、R1及びR2は同じであっても異なっていてもよいアルキル基であり、R3はアリール基であり、Xはヨウ素原子、臭素原子又は塩素原子である)で表されるモリブデン錯体が挙げられる。アルキル基としては、既に例示したものと同じものが挙げられる。アリール基としては、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基及びそれらの環上の水素原子の少なくとも1つの原子がアルキル基又はハロゲン原子で置換されたものなどが挙げられる。アルキル基やハロゲン原子としては、既に例示したものと同じものが挙げられる。R1及びR2としては、嵩高いアルキル基(例えばtert-ブチル基やイソプロピル基)が好ましい。R3としては、例えばフェニル基が好ましい。
As the molybdenum complex of (C), for example, the formula (C1)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
(Wherein R 1 and R 2 are the same or different alkyl groups, R 3 is an aryl group, and X is an iodine atom, bromine atom or chlorine atom). A molybdenum complex is mentioned. Examples of the alkyl group include those already exemplified. Examples of the aryl group include a phenyl group, a tolyl group, a xylyl group, a naphthyl group, and a group in which at least one of the hydrogen atoms on the ring is substituted with an alkyl group or a halogen atom. Examples of the alkyl group and halogen atom are the same as those already exemplified. R 1 and R 2 are preferably bulky alkyl groups (for example, tert-butyl group or isopropyl group). As R 3 , for example, a phenyl group is preferable.
 (D)のモリブデン錯体としては、式(D1)又は(D2)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
(式中、R1,R2及びR3は同じであっても異なっていてもよいアルキル基又はアリール基であり、nは2又は3である)で表されるモリブデン錯体が挙げられる。アルキル基及びアリール基としては、既に例示したものと同じものが挙げられる。式(D1)では、R1及びR2がアリール基(例えばフェニル基)でR3が炭素数1~4のアルキル基(例えばメチル基)であるか、R1及びR2が炭素数1~4のアルキル基(例えばメチル基)でR3がアリール基(例えばフェニル基)であることが好ましい。式(D2)では、R1及びR2がアリール基(例えばフェニル基)でnが2であることが好ましい。
As the molybdenum complex of (D), the formula (D1) or (D2)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
(Wherein R 1 , R 2 and R 3 are alkyl groups or aryl groups which may be the same or different, and n is 2 or 3). Examples of the alkyl group and aryl group are the same as those already exemplified. In the formula (D1), R 1 and R 2 are aryl groups (eg, phenyl groups) and R 3 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms (eg, methyl group), or R 1 and R 2 are 1 to 4 carbon atoms. It is preferable that R 3 is an aryl group (for example, a phenyl group) in 4 alkyl groups (for example, a methyl group). In the formula (D2), it is preferable that R 1 and R 2 are an aryl group (for example, a phenyl group) and n is 2.
 本実施形態のアンモニアの製造方法において、窒素分子として、常圧の窒素ガスを用いることが好ましい。窒素ガスは安価なため他の試薬に対して大過剰に用いてもよい。 In the ammonia production method of the present embodiment, it is preferable to use nitrogen gas at normal pressure as nitrogen molecules. Nitrogen gas is inexpensive and may be used in a large excess relative to other reagents.
 本実施形態のアンモニアの製造方法において、プロトン源としてアルコールを用いる場合、アルコールとして、グリコールを用いてもよいし、ROH(Rは水素原子がフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1~6の鎖状、環状又は分岐状のアルキル基、又は、アルキル基を有していてもよいフェニル基)を用いてもよい。グリコールとしては、例えばエチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコールなどが挙げられるが、このうちエチレングリコールが好ましい。ROHとしては、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、n-ブチルアルコール、sec-ブチルアルコール、イソブチルアルコール、tert-ブチルアルコールなどの鎖状又は分岐状のアルキルアルコール;シクロプロパノールやシクロペンタノール、シクロヘキサノールなどの環状のアルキルアルコール;トリフルオロエチルアルコール、テトラフルオロエチルアルコールなどのフッ素原子を含むアルコール;フェノールやクレゾール、キシレノールなどのフェノール誘導体などが挙げられる。 In the method for producing ammonia of the present embodiment, when alcohol is used as the proton source, glycol may be used as the alcohol, or ROH (where R is a carbon atom having a hydrogen atom substituted with a fluorine atom and having 1 to 6 carbon atoms). A linear, cyclic or branched alkyl group, or a phenyl group which may have an alkyl group). Examples of the glycol include ethylene glycol, propylene glycol, and diethylene glycol. Among these, ethylene glycol is preferable. Examples of ROH include chain or branched alkyl alcohols such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol, n-butyl alcohol, sec-butyl alcohol, isobutyl alcohol, tert-butyl alcohol; cyclopropanol, cyclopentanol, cyclohexanol, etc. Cyclic alkyl alcohols of the following: alcohols containing fluorine atoms such as trifluoroethyl alcohol and tetrafluoroethyl alcohol; phenol derivatives such as phenol, cresol and xylenol.
 本実施形態のアンモニアの製造方法において、窒素分子からアンモニアの製造を溶媒中で行ってもよい。溶媒としては、特に限定するものではないが、環状エーテル系溶媒、鎖状エーテル系溶媒、ニトリル系溶媒、炭化水素系溶媒などが挙げられる。環状エーテル系溶媒としては、例えばテトラヒドロフラン(以下、THFまたはthfと略す。)やジオキサンなどが挙げられる。鎖状エーテル系溶媒としては、例えばジエチルエーテルなどが挙げられる。ニトリル系溶媒としては、例えばアセトニトリルやプロピオニトリルなどが挙げられる。炭化水素系溶媒としては、例えばトルエンなどの芳香族炭化水素やヘキサンなどの飽和炭化水素などが挙げられる。 In the ammonia production method of the present embodiment, ammonia may be produced from nitrogen molecules in a solvent. Examples of the solvent include, but are not limited to, cyclic ether solvents, chain ether solvents, nitrile solvents, hydrocarbon solvents, and the like. Examples of the cyclic ether solvent include tetrahydrofuran (hereinafter abbreviated as THF or thf), dioxane, and the like. Examples of the chain ether solvent include diethyl ether. Examples of the nitrile solvent include acetonitrile and propionitrile. Examples of the hydrocarbon solvent include aromatic hydrocarbons such as toluene and saturated hydrocarbons such as hexane.
 本実施形態のアンモニアの製造方法において、反応温度は、常温(0~40℃)にすることが好ましい。反応雰囲気は、加圧雰囲気にする必要はなく、常圧雰囲気でよい。反応時間は、特に限定するものではないが、通常は数分~数10時間の範囲で設定すればよい。 In the method for producing ammonia of this embodiment, the reaction temperature is preferably room temperature (0 to 40 ° C.). The reaction atmosphere does not need to be a pressurized atmosphere, and may be a normal pressure atmosphere. The reaction time is not particularly limited, but is usually set in the range of several minutes to several tens of hours.
 本実施形態のアンモニアの製造方法において、触媒の使用量は、還元剤に対して0.00001~0.1当量の範囲で適宜使用すればよく、0.0005~0.1当量使用するのが好ましく、0.005~0.01当量使用するのがより好ましい。プロトン源の使用量は、還元剤に対して0.5~5当量使用するのが好ましいが、1~2当量使用するのがより好ましい。 In the ammonia production method of the present embodiment, the amount of catalyst used may be suitably used in the range of 0.00001 to 0.1 equivalents relative to the reducing agent, and 0.0005 to 0.1 equivalents may be used. Preferably, 0.005 to 0.01 equivalent is used. The amount of the proton source used is preferably 0.5 to 5 equivalents relative to the reducing agent, but more preferably 1 to 2 equivalents.
 本実施形態のアンモニアの製造方法において、ランタノイド系金属のハロゲン化物(II)に用いられるランタノイド系金属としては、La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Luが挙げられるが、このうちSmが好ましく、ハロゲンとしては塩素、臭素、ヨウ素が挙げられるが、このうちヨウ素が好ましい。ランタノイド系金属のハロゲン化物(II)としては、ハロゲン化サマリウム(II)が好ましく、ヨウ化サマリウム(II)がより好ましい。 In the ammonia production method of the present embodiment, the lanthanoid metal used for the lanthanoid metal halide (II) includes La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu are mentioned, among which Sm is preferable, and halogen includes chlorine, bromine, and iodine, and among these, iodine is preferable. The halide (II) of the lanthanoid metal is preferably samarium (II) halide, and more preferably samarium (II) iodide.
 なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes as long as it belongs to the technical scope of the present invention.
 以下に、本発明の実施例について説明する。なお、以下の実施例は本発明を何ら限定するものではない。 Hereinafter, examples of the present invention will be described. The following examples do not limit the present invention.
[実験例1-21]
 触媒としてモリブデン錯体(1a)(化学式を表1の欄外に示す)を用いて、還元剤及びプロトン源の存在下、窒素分子からアンモニアを製造した(表1)。以下の実験例では、触媒中のモリブデン金属あたり2当量を超えるアンモニアが発生した場合に、アンモニアが触媒的に発生したと判断した。モリブデン錯体(1a)は、公知文献(Bull. Chem. Soc. Jpn. 2017, vol. 90, pp1111-1118)を参考にして合成した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
[Experimental 1-21]
Using molybdenum complex (1a) (the chemical formula is shown in the column of Table 1) as a catalyst, ammonia was produced from nitrogen molecules in the presence of a reducing agent and a proton source (Table 1). In the following experimental examples, it was determined that ammonia was generated catalytically when more than 2 equivalents of ammonia was generated per molybdenum metal in the catalyst. The molybdenum complex (1a) was synthesized with reference to known literature (Bull. Chem. Soc. Jpn. 2017, vol. 90, pp1111-1118).
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
 実験例1では、常圧の窒素雰囲気下、室温にて、触媒としてのモリブデン錯体(1a)(1.7mg,0.002mmol)と還元剤としてのSmI2(thf)2(固体結晶、0.36mmol、モリブデンに対して180当量)のテトラヒドロフラン溶液(6mL)に、水素イオン源としてのエチレングリコール(20μL,0.36mmol,180当量,還元剤に対して1当量(1倍モル))を加え、その後18時間攪拌した。その後、水酸化カリウム水溶液(30質量%,5mL)を加え、減圧条件で蒸留し、蒸留液を硫酸水溶液(0.5M,10mL)で回収した。硫酸水溶液中のアンモニア量はインドフェノール法(Analytical Chemstry, 1967, vol. 39, pp971-974)により決定した。その結果、触媒(モリブデン錯体)当たり43.8当量のアンモニアが生成した。 In Experimental Example 1, molybdenum complex (1a) (1.7 mg, 0.002 mmol) as a catalyst and SmI 2 (thf) 2 (solid crystal, 0. To a tetrahydrofuran solution (6 mL) of 36 mmol, 180 equivalents to molybdenum), ethylene glycol as a hydrogen ion source (20 μL, 0.36 mmol, 180 equivalents, 1 equivalent (1 mole) to the reducing agent) was added, The mixture was then stirred for 18 hours. Then, potassium hydroxide aqueous solution (30 mass%, 5 mL) was added and distilled under reduced pressure conditions, and the distillate was recovered with sulfuric acid aqueous solution (0.5 M, 10 mL). The amount of ammonia in the sulfuric acid aqueous solution was determined by the indophenol method (Analytical Chemstry, 1967, vol. 39, pp971-974). As a result, 43.8 equivalents of ammonia was produced per catalyst (molybdenum complex).
 実験例2-6では、実験例1においてエチレングリコールの使用量を還元剤に対して0.5~5当量の間に設定した。その結果、エチレングリコールの使用量は還元剤に対して1~5当量ではほとんど収率に変化がないことがわかった。なお、実験例1では、反応時間が1分、15分のときのアンモニア発生量を調べたところ、還元剤基準でそれぞれ35%、62%であり、15分でほぼ反応が完結していた。この結果から算出したTOFは最高で約1300/hであった。 In Experimental Example 2-6, the amount of ethylene glycol used in Experimental Example 1 was set between 0.5 and 5 equivalents with respect to the reducing agent. As a result, it was found that when the amount of ethylene glycol used was 1 to 5 equivalents relative to the reducing agent, there was almost no change in yield. In Experimental Example 1, when the amount of ammonia generated when the reaction time was 1 minute and 15 minutes was examined, it was 35% and 62%, respectively, based on the reducing agent, and the reaction was almost completed in 15 minutes. The maximum TOF calculated from this result was about 1300 / h.
 実験例7では、実験例1において溶媒量を1mLに減らしたが、問題なく反応は進行した。 In Experimental Example 7, the amount of solvent was reduced to 1 mL in Experimental Example 1, but the reaction proceeded without problems.
 実験例8-12では、実験例1において溶媒をTHFからジオキサン、アセトニトリル、ジエチルエーテル、トルエン、ヘキサンに変更した。これらの溶媒を用いた場合、THFに比べて収率がやや低下したものの、触媒的にアンモニアを得ることができた。なお、実験例13では、エチレングリコールをプロトン源と溶媒とを兼ねて使用した実験を行ったところ、アンモニアが還元剤基準で8%、モリブデンに対して4.9当量生成した。このことから、エチレングリコールを溶媒とした場合もアンモニアが触媒的に生成することが確認された。 In Experimental Example 8-12, the solvent in Experimental Example 1 was changed from THF to dioxane, acetonitrile, diethyl ether, toluene, and hexane. When these solvents were used, ammonia could be obtained catalytically, although the yield was slightly lower than that of THF. In Experimental Example 13, an experiment was conducted using ethylene glycol as both a proton source and a solvent. As a result, ammonia was generated in an amount of 8% based on the reducing agent and 4.9 equivalents relative to molybdenum. From this, it was confirmed that ammonia was produced catalytically even when ethylene glycol was used as a solvent.
 実験例14-19では、実験例3においてプロトン源をエチレングリコールから各種アルコール(メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、tert-ブチルアルコール、トリフルオロエタノール、フェノール)に変更した。その結果、エチレングリコールに比べて収率がやや低下したものの、アンモニアが触媒的に生成することが確認された。 In Experimental Examples 14-19, the proton source in Experimental Example 3 was changed from ethylene glycol to various alcohols (methanol, ethanol, isopropyl alcohol, tert-butyl alcohol, trifluoroethanol, phenol). As a result, it was confirmed that ammonia was produced catalytically, although the yield was slightly lower than that of ethylene glycol.
 実験例20では、実験例1においてモリブデン錯体(1a)を用いずに反応を行ったところ、アンモニアは生成しなかった。実験例21では、還元剤としてデカメチルコバルトセンを使用したところ、アンモニアは生成しなかった。 In Experimental Example 20, when the reaction was performed without using the molybdenum complex (1a) in Experimental Example 1, ammonia was not generated. In Experimental Example 21, when decamethylcobaltene was used as a reducing agent, ammonia was not generated.
[実験例22-29]
 実験例22-29では、実施例1の触媒の代わりに表2に示す各種のモリブデン錯体を触媒として用いてアンモニアの合成を試みた。各触媒の化学式を表2の欄外に示す。実験例29では触媒を0.01mmol使用した。結果を表2に示す。
[Experimental Examples 22-29]
In Experimental Examples 22-29, synthesis of ammonia was attempted using various molybdenum complexes shown in Table 2 as catalysts instead of the catalyst of Example 1. The chemical formula of each catalyst is shown in the column of Table 2. In Experimental Example 29, 0.01 mmol of catalyst was used. The results are shown in Table 2.
 モリブデン錯体(1b)は公知文献(Bull. Chem. Soc. Jpn. 2017, vol. 90, pp1111-1118)を参考にして合成した。モリブデン錯体(1c)、(2)は、公知文献(Nat. Chem. 2011, vol. 3, pp120-125)を参考にして合成した。モリブデン錯体(3a)は、公知文献(Nat. Commun. 2017, vol. 8, Airticle No.14874)を参考にして合成した。モリブデン錯体(3b)は、公知文献(J. Am. Chem. Soc. 2015, vol. 137, pp5666-5669)を参考にして合成した。モリブデン錯体(5a)は、公知文献(Inorg. Chem. 1973, vol. 12, pp2544-2547)を参考にして合成した。モリブデン錯体(5b)は、公知文献(J. Am. Chem. Soc. 1972, vol. 94, pp110-114)を参考にして合成した。モリブデン錯体(4)は次のように合成した。モリブデン錯体(1a)(0.2mmol、174.4mg)のTHF溶液(16mL)に対して、1気圧の窒素雰囲気下、ピリジン(0.4mmol、38μL)、水(0.4mmol、7μL)を加えて、50℃にて14時間攪拌した。その後、反応溶液を真空下濃縮乾固し、固体をベンゼン(5mL、3回)で洗浄した。その後、残渣をTHF(5mL、2回)で抽出し、真空下濃縮乾固した。固体をジクロロメタン(4mL)に溶解し、セライト濾過後にヘキサン(20mL)を加え、4日間再結晶を行うことで、4を淡黄色結晶として46.1mg(0.059mmol、30%収率)で得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
The molybdenum complex (1b) was synthesized with reference to known literature (Bull. Chem. Soc. Jpn. 2017, vol. 90, pp1111-1118). Molybdenum complexes (1c) and (2) were synthesized with reference to known literature (Nat. Chem. 2011, vol. 3, pp120-125). The molybdenum complex (3a) was synthesized with reference to known literature (Nat. Commun. 2017, vol. 8, Airticle No. 14874). The molybdenum complex (3b) was synthesized with reference to known literature (J. Am. Chem. Soc. 2015, vol. 137, pp5666-5669). The molybdenum complex (5a) was synthesized with reference to known literature (Inorg. Chem. 1973, vol. 12, pp2544-2547). The molybdenum complex (5b) was synthesized with reference to known literature (J. Am. Chem. Soc. 1972, vol. 94, pp110-114). The molybdenum complex (4) was synthesized as follows. To a THF solution (16 mL) of the molybdenum complex (1a) (0.2 mmol, 174.4 mg), pyridine (0.4 mmol, 38 μL) and water (0.4 mmol, 7 μL) were added under a nitrogen atmosphere of 1 atm. And stirred at 50 ° C. for 14 hours. Thereafter, the reaction solution was concentrated to dryness under vacuum, and the solid was washed with benzene (5 mL, 3 times). The residue was then extracted with THF (5 mL, 2 times) and concentrated to dryness under vacuum. Dissolve the solid in dichloromethane (4 mL), add hexane (20 mL) after celite filtration, and recrystallize for 4 days to obtain 46.1 mg (0.059 mmol, 30% yield) as pale yellow crystals. It was.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
 実験例22-23では、触媒としてPNP配位子を持つモリブデン錯体(1b)~(1c)を用いた。モリブデン錯体(1b)~(1c)のXがヨウ素原子、臭素原子及び塩素原子のいずれであっても、触媒的にアンモニアが生成することがわかった。 In Experimental Examples 22-23, molybdenum complexes (1b) to (1c) having PNP ligands were used as catalysts. It has been found that ammonia is produced catalytically regardless of whether X in the molybdenum complexes (1b) to (1c) is an iodine atom, a bromine atom or a chlorine atom.
 実験例24-27では、触媒として、PNP配位子を持つ二核モリブデン錯体(2)、PCP配位子を持つモリブデン錯体(3a)、PPP配位子を持つモリブデン錯体(3b)及びPNP配位子を持つMo(IV)オキソ錯体(4)を用いた。モリブデン錯体(2),(3a)(3b),(4)のいずれを用いても、触媒的にアンモニアが生成することがわかった。このうち、特にモリブデン錯体(3a)が良好な結果を与えた。 In Experimental Examples 24-27, as a catalyst, a binuclear molybdenum complex (2) having a PNP ligand, a molybdenum complex (3a) having a PCP ligand, a molybdenum complex (3b) having a PPP ligand, and a PNP ligand are used. Mo (IV) oxo complex (4) having a ligand was used. It was found that ammonia was produced catalytically when any of the molybdenum complexes (2), (3a), (3b), and (4) was used. Of these, the molybdenum complex (3a) gave particularly good results.
 実験例28-29では、触媒として、単核モリブデン錯体(5a)~(5b)を用いた。トランス型の単核モリブデン錯体(5a),(5b)のいずれを用いても触媒的にアンモニアが生成することがわかった。 In Experimental Examples 28-29, mononuclear molybdenum complexes (5a) to (5b) were used as catalysts. It was found that ammonia was produced catalytically by using any of the trans-type mononuclear molybdenum complexes (5a) and (5b).
[実験例30]
 実験例30は、プロトン源として水を用いた例である(下記式参照)。モリブデン錯体(1a)(0.002mmol)及びSmI2(thf)2(固体結晶、0.36mmol、モリブデンに対して180当量)のTHF溶液(4mL)に対して、1気圧の窒素雰囲気下、室温にてシリンジポンプを用いて水(0.36mmol,モリブデンに対して180当量)のTHF溶液(2mL)を0.5時間かけて滴下しながら攪拌した。滴下完了後に更に17.5時間室温にて攪拌した後に、アンモニア及び水素の定量を行った。その結果、アンモニアが43%(モリブデンに対して26.8当量)、水素が39%(モリブデンに対して36.0当量)生成した。このことから、プロトン源として水を用いた場合でも、触媒的にアンモニアが生成することがわかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
[Experiment 30]
Experimental Example 30 is an example using water as a proton source (see the following formula). A solution of molybdenum complex (1a) (0.002 mmol) and SmI 2 (thf) 2 (solid crystals, 0.36 mmol, 180 equivalents to molybdenum) in THF (4 mL) at room temperature under a nitrogen atmosphere of 1 atm. The solution was stirred while adding dropwise a THF solution (2 mL) of water (0.36 mmol, 180 equivalents relative to molybdenum) over 0.5 hour using a syringe pump. After completion of the dropwise addition, the mixture was further stirred for 17.5 hours at room temperature, and then ammonia and hydrogen were quantified. As a result, 43% ammonia (26.8 equivalents relative to molybdenum) and 39% hydrogen (36.0 equivalents relative to molybdenum) were produced. From this, it was found that ammonia was produced catalytically even when water was used as the proton source.
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
[実験例31-38]
 実験例31-38では、触媒としてモリブデン錯体を用いて、還元剤(SmI2)及びプロトン源の存在下、THF中、室温で窒素分子からアンモニアを製造した(表3)。実験例31では、触媒としてPNP配位子を持つモリブデン錯体(1a)、プロトン源としてジエチレングリコールを用いて反応を行った。実験例32~37では、触媒としてPCP配位子を持つモリブデン錯体(3a)、プロトン源としてジエチレングリコールを用いて反応を行った。実験例38では、触媒としてPCP配位子を持つモリブデン錯体(3a)、プロトン源として水を用いて反応を行った。結果を表3に示す。
[Experimental Examples 31-38]
In Experimental Examples 31-38, ammonia was produced from nitrogen molecules at room temperature in THF in the presence of a reducing agent (SmI 2 ) and a proton source using a molybdenum complex as a catalyst (Table 3). In Experimental Example 31, the reaction was performed using molybdenum complex (1a) having a PNP ligand as a catalyst and diethylene glycol as a proton source. In Experimental Examples 32 to 37, the reaction was performed using molybdenum complex (3a) having a PCP ligand as a catalyst and diethylene glycol as a proton source. In Experimental Example 38, the reaction was performed using a molybdenum complex (3a) having a PCP ligand as a catalyst and water as a proton source. The results are shown in Table 3.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000016
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000016
 実験例31と実験例32の結果から、PNP配位子を持つモリブデン錯体(1a)よりもPCP配位子を持つモリブデン錯体(3a)の方が触媒活性が高いことがわかった。実験例32~37の結果から、触媒としてモリブデン錯体(3a)、プロトン源としてジエチレングリコールを用いた場合、アンモニアが高率で得られることがわかった。実験例33と実験例38の結果から、触媒としてPNP配位子を持つモリブデン錯体(3a)を用いた場合、プロトン源としてジエチレングリコールを用いるよりも水を用いた方がアンモニアが高率で得られることがわかった。なお、本明細書で示した実験例のうちで実験例38が最も良好な結果を与えた。 From the results of Experimental Example 31 and Experimental Example 32, it was found that the molybdenum complex (3a) having a PCP ligand has higher catalytic activity than the molybdenum complex (1a) having a PNP ligand. From the results of Experimental Examples 32-37, it was found that ammonia was obtained at a high rate when molybdenum complex (3a) was used as a catalyst and diethylene glycol was used as a proton source. From the results of Experimental Example 33 and Experimental Example 38, when the molybdenum complex (3a) having a PNP ligand is used as a catalyst, ammonia is obtained at a higher rate when water is used than when diethylene glycol is used as a proton source. I understood it. Of the experimental examples shown in this specification, Experimental Example 38 gave the best results.
[実験例39-41]
 実験例39-41では、触媒としてモリブデン錯体を用いて、還元剤(SmI2)及びプロトン源(H2O)の存在下、THF中、室温で窒素分子からアンモニアを製造した(表4)。実験例39では、触媒として前出のモリブデン錯体(3a)、実験例40では、触媒としてジヒドロベンゾイミダゾリデン環の5,6位にフッ素原子を有するモリブデン錯体(3c)、実験例41では、触媒としてジヒドロベンゾイミダゾリデン環の5位にトリフルオロメチル基を有するモリブデン錯体(3d)を用いて反応を行った。
[Experimental Examples 39-41]
In Experimental Examples 39-41, ammonia was produced from nitrogen molecules at room temperature in THF in the presence of a reducing agent (SmI 2 ) and a proton source (H 2 O) using a molybdenum complex as a catalyst (Table 4). In Experimental Example 39, the molybdenum complex (3a) described above as a catalyst, in Experimental Example 40, the molybdenum complex (3c) having a fluorine atom at the 5th and 6th positions of the dihydrobenzimidazolidene ring as a catalyst, and in Experimental Example 41, the catalyst The reaction was carried out using a molybdenum complex (3d) having a trifluoromethyl group at the 5-position of the dihydrobenzimidazolidene ring.
 代表例として、実験例41について説明する。モリブデン錯体(3d)(0.025μmol)及びSmI2(thf)2(固体結晶、1.44mmol、モリブデンに対して57600当量)のTHF溶液(2mL)に対して、1気圧の窒素雰囲気下、室温にて水(1.44mmol,モリブデンに対して57600当量)のTHF溶液(1mL)を加えた後に22時間室温にて攪拌した。その後、気相をガスクロマトグラフィー(GC)により分析し、水素の定量を行ったところ、触媒(モリブデン錯体)当り4700当量の水素が生成した。水酸化カリウム水溶液(30質量%,5mL)を加え、減圧条件で蒸留し、蒸留液を硫酸水溶液(0.5M,10mL)で回収した。硫酸水溶液中のアンモニア量はインドフェノール法(Analytical Chemstry, 1967, vol. 39, pp971-974)により決定した。その結果、触媒(モリブデン錯体)当たり16000当量のアンモニアが生成した。実験例39,40では、モリブデン錯体(3d)の代わりにモリブデン錯体(3a),(3c)を用いた以外は、実験例41と同様にして反応を行った。結果を表4に示す。表4から、触媒活性は、モリブデン錯体(3a)に比べてモリブデン錯体(3c),(3d)の方が高く、モリブデン錯体(3c)に比べてモリブデン錯体(3d)の方が高いことがわかった。 As a representative example, Experimental Example 41 will be described. A solution of molybdenum complex (3d) (0.025 μmol) and SmI 2 (thf) 2 (solid crystals, 1.44 mmol, 57600 equivalents to molybdenum) in THF (2 mL) at room temperature under a nitrogen atmosphere of 1 atm. After adding water (1.44 mmol, 57600 equivalent to molybdenum) in THF (1 mL), the mixture was stirred at room temperature for 22 hours. Thereafter, the gas phase was analyzed by gas chromatography (GC) and the amount of hydrogen was determined. As a result, 4700 equivalents of hydrogen per catalyst (molybdenum complex) were produced. An aqueous potassium hydroxide solution (30% by mass, 5 mL) was added and distilled under reduced pressure, and the distillate was recovered with an aqueous sulfuric acid solution (0.5 M, 10 mL). The amount of ammonia in the sulfuric acid aqueous solution was determined by the indophenol method (Analytical Chemstry, 1967, vol. 39, pp971-974). As a result, 16000 equivalents of ammonia was produced per catalyst (molybdenum complex). In Experimental Examples 39 and 40, the reaction was performed in the same manner as in Experimental Example 41 except that the molybdenum complexes (3a) and (3c) were used instead of the molybdenum complex (3d). The results are shown in Table 4. Table 4 shows that the catalytic activity is higher in the molybdenum complexes (3c) and (3d) than in the molybdenum complex (3a) and higher in the molybdenum complex (3d) than in the molybdenum complex (3c). It was.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000017
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000017
 ここで、実験例41で用いたモリブデン錯体(3d)の合成手順を、下記のスキームを参照しつつ以下に説明する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
Here, the synthesis procedure of the molybdenum complex (3d) used in Experimental Example 41 will be described below with reference to the following scheme.
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
・化合物1の合成
 化合物1の合成を以下に示す。ジ-tert-ブチルホスフィン(2.25g、14.9mmol)及びパラホルムアルデヒド(450mg、15.0mmol)を、窒素雰囲気下60℃で16時間攪拌した。その後、ジクロロエタンを150mL、1,2-ジアミノ-4-トリフルオロメチルベンゼン(1.06g、6.02mmol)を加えて、窒素雰囲気下60℃で24時間攪拌した。その後、セレン(1.26g、16.0mmol)を加えて、窒素雰囲気下室温で24時間攪拌した。反応物を濃縮し、得られた固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ジクロロメタン:ヘキサン=1/1)により分離した。回収したフラクションを濃縮し、真空下乾固することで化合物1を白色個体として2.48g(3.81mmol、63%収率)で単離した。1H NNR(CDCl3):δ7.08(d、J=8.4Hz、1H)、6.81(s、1H)、6.66(d、J=8.4Hz、1H)、5.01-4.99(m、1H)、4.81-4.77(m、1H)、3.39-3.33(m、4H)、1.45(d、J=15.2Hz,18H)、1.43(d、J=15.2Hz,18H)、31P NMR(CDCl3):δ79.9(s)、79.6(s)。
-Synthesis | combination of compound 1 The synthesis | combination of compound 1 is shown below. Di-tert-butylphosphine (2.25 g, 14.9 mmol) and paraformaldehyde (450 mg, 15.0 mmol) were stirred at 60 ° C. for 16 hours under a nitrogen atmosphere. Thereafter, 150 mL of dichloroethane and 1,2-diamino-4-trifluoromethylbenzene (1.06 g, 6.02 mmol) were added, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 24 hours under a nitrogen atmosphere. Thereafter, selenium (1.26 g, 16.0 mmol) was added, and the mixture was stirred at room temperature for 24 hours under a nitrogen atmosphere. The reaction product was concentrated, and the resulting solid was separated by silica gel column chromatography (dichloromethane: hexane = 1/1). The collected fractions were concentrated and dried under vacuum to isolate Compound 1 as a white solid in 2.48 g (3.81 mmol, 63% yield). 1 H NNR (CDCl 3 ): δ 7.08 (d, J = 8.4 Hz, 1H), 6.81 (s, 1H), 6.66 (d, J = 8.4 Hz, 1H), 5.01 -4.99 (m, 1H), 4.81-4.77 (m, 1H), 3.39-3.33 (m, 4H), 1.45 (d, J = 15.2Hz, 18H) , 1.43 (d, J = 15.2 Hz, 18H), 31 P NMR (CDCl 3 ): δ 79.9 (s), 79.6 (s).
・化合物2の合成
 化合物2の合成を以下に示す。化合物1(2.48g、3.81mmol)、オルトギ酸トリエチル(10mL)、ヘキサフルオロリン酸アンモニウム(629mg、3.86mmol)を空気下、120℃で3時間攪拌した。その後、濃縮しCH2Cl2/Et2O混合溶液(4mL/8mL×2)、Et2O(10mL×1)で洗浄した。真空下で乾燥することで、化合物2を白色固体として2.58g(3.20mmol、84%収率)で単離した。1H NNR(CDCl3):δ10.13(s、1H)、8.16(s、1H)、8.11(d、J=8.4Hz、1H)、7.89(d、J=8.4Hz、1H)、5.08-5.04(m、4H)、1.48(d、J=16.0Hz,18H)、1.47(d、J=16.4Hz,18H)、31P NMR(CDCl3):δ81.7(s)、80.7(s)、-135.1~ -152.7(m) 。
-Synthesis | combination of compound 2 The synthesis | combination of compound 2 is shown below. Compound 1 (2.48 g, 3.81 mmol), triethyl orthoformate (10 mL), and ammonium hexafluorophosphate (629 mg, 3.86 mmol) were stirred at 120 ° C. for 3 hours in air. Thereafter, the mixture was concentrated and washed with a CH 2 Cl 2 / Et 2 O mixed solution (4 mL / 8 mL × 2) and Et 2 O (10 mL × 1). Compound 2 was isolated as a white solid in 2.58 g (3.20 mmol, 84% yield) by drying under vacuum. 1 H NNR (CDCl 3 ): δ 10.13 (s, 1H), 8.16 (s, 1H), 8.11 (d, J = 8.4 Hz, 1H), 7.89 (d, J = 8 .4 Hz, 1 H), 5.08-5.04 (m, 4 H), 1.48 (d, J = 16.0 Hz, 18 H), 1.47 (d, J = 16.4 Hz, 18 H), 31 P NMR (CDCl 3 ): δ 81.7 (s), 80.7 (s), −135.1 to −152.7 (m).
・化合物3の合成
 化合物3の合成を以下に示す。化合物3(2.58g、3.20mmol)、トリス(ジメチルアミノ)ホスフィン(1.5mL)をジクロロメタン(40mL)中、窒素雰囲気下室温で4時間攪拌した。その後、濃縮しトルエン(7mL×3)で洗浄し、真空下乾燥することで、化合物3を白色固体として1.66g(2.56mmol、80%収率)で単離した。1H NNR(CDCl3):δ9.81(s、1H)、8.27(s、1H)、8.15(d、J=8.4Hz、1H)、7.88(d、J=8.4Hz、1H)、4.72-4.70(m、4H)、1.23(d、J=12.0Hz,18H)、1.21(d、J=12.0Hz,18H)、31P NMR(CDCl3):δ25.9(s)、25.1(s)、-139.4~ -152.6(m) 。
-Synthesis | combination of compound 3 The synthesis | combination of compound 3 is shown below. Compound 3 (2.58 g, 3.20 mmol) and tris (dimethylamino) phosphine (1.5 mL) were stirred in dichloromethane (40 mL) at room temperature for 4 hours under a nitrogen atmosphere. Thereafter, the mixture was concentrated, washed with toluene (7 mL × 3), and dried under vacuum, whereby Compound 3 was isolated as a white solid in 1.66 g (2.56 mmol, 80% yield). 1 H NNR (CDCl 3 ): δ 9.81 (s, 1H), 8.27 (s, 1H), 8.15 (d, J = 8.4 Hz, 1H), 7.88 (d, J = 8 .4 Hz, 1H), 4.72-4.70 (m, 4H), 1.23 (d, J = 12.0 Hz, 18H), 1.21 (d, J = 12.0 Hz, 18H), 31 P NMR (CDCl 3 ): δ 25.9 (s), 25.1 (s), -139.4 to −152.6 (m).
・モリブデン錯体(3d)の合成
 モリブデン錯体(3d)の合成を以下に示す。化合物3(1.30g、2.00mmol)、カリウムビス(トリメチルシリル)アミド(561mg、2.81mmol)をトルエン(45mL)中、アルゴン雰囲気下室温で1時間攪拌した。その後、セライトを用いて濾過した後に、MoCl3(thf)3(756mg、1.81mmol)を加えて、80℃で26時間攪拌した。反応溶液を5mLまで濃縮して、ろ紙を用いて濾過して真空下乾固した。得られた固体をトルエン(5mL×2)で洗浄した後、CH2Cl2(20mL)に溶解してセライトを用いて濾過をした。ろ液にゆっくりとヘキサン(30mL)を加えて5日間静置することで茶色結晶が生成した。上澄み液を取り除き、ヘキサン(5mL×3)で洗浄し、真空下で乾燥することでモリブデン錯体(3d)を茶色結晶として381mg(0.54mmol、30%収率)で単離した。Anal. Calcd. for C2643232Cl3Mo・1/2CH2Cl2:C,42.59;H,5.93;N,3.75 Found:C,42.79;H,5.74;N,3.91。
-Synthesis | combination of molybdenum complex (3d) The synthesis | combination of a molybdenum complex (3d) is shown below. Compound 3 (1.30 g, 2.00 mmol) and potassium bis (trimethylsilyl) amide (561 mg, 2.81 mmol) were stirred in toluene (45 mL) at room temperature under an argon atmosphere for 1 hour. Then, after filtration through celite, MoCl 3 (thf) 3 ( 756mg, 1.81mmol) was added and stirred for 26 hours at 80 ° C.. The reaction solution was concentrated to 5 mL, filtered using filter paper, and dried under vacuum. The obtained solid was washed with toluene (5 mL × 2), dissolved in CH 2 Cl 2 (20 mL), and filtered through celite. Hexane (30 mL) was slowly added to the filtrate and allowed to stand for 5 days to produce brown crystals. The supernatant was removed, washed with hexane (5 mL × 3), and dried under vacuum to isolate the molybdenum complex (3d) as brown crystals in 381 mg (0.54 mmol, 30% yield). Anal. Calcd. for C 26 H 43 N 2 F 3 P 2 Cl 3 Mo · 1 / 2CH 2 Cl 2: C, 42.59; H, 5.93; N, 3.75 Found: C, 42.79; H, 5 .74; N, 3.91.
 実験例40で用いたモリブデン錯体(3c)は、モリブデン錯体(3d)の合成スキームにおいて、1,2-ジアミノ-4-トリフルオロメチルベンゼンの代わりに、1,2-ジアミノ-4,5-ジフルオロベンゼンを用いることにより合成することができる。 The molybdenum complex (3c) used in Experimental Example 40 was replaced with 1,2-diamino-4,5-difluoro in place of 1,2-diamino-4-trifluoromethylbenzene in the synthesis scheme of the molybdenum complex (3d). It can be synthesized by using benzene.
[実験例42] 
 実験例42では、アンモニアの生成をスケールアップして行った。1000mLの4つ口フラスコ中でモリブデン錯体(3a)(0.100mmol、63.8mg)及びSmI2(thf)2(固体結晶、36.0mmol、19.7g、モリブデンに対して360当量)のTHF溶液(270mL)に対して、窒素気流下、室温にて水(36.0mmol、モリブデンに対して360当量)のTHF溶液(20mL)を、メカニカルスターラー(220rpm)で攪拌しながら加えた後、8分間室温にて攪拌した。反応溶液をエバポレーターにて濃縮乾固した。得られた固体に、水酸化カリウム水溶液(30質量%,20mL)を加え、減圧条件で蒸留し、蒸留液を96%濃硫酸(5.04mmol、515mg)の水溶液(約10mL)で回収した。回収した水溶液をエバポレーターにて濃縮し、真空下終夜乾燥した。その結果、(NH42SO4の白色固体を668mg(5.06mmol、84%収率)で得た。これは、触媒(モリブデン錯体)当たり101当量のアンモニア生成に相当する。Anal. Calcd. forH824S:H,6.10;N,21.20 Found:H,6.06;N,20.98。
[Experimental Example 42]
In Experimental Example 42, ammonia production was scaled up. THF of molybdenum complex (3a) (0.100 mmol, 63.8 mg) and SmI 2 (thf) 2 (solid crystals, 36.0 mmol, 19.7 g, 360 equivalents to molybdenum) in a 1000 mL 4-neck flask To a solution (270 mL), a THF solution (20 mL) of water (36.0 mmol, 360 equivalents to molybdenum) was added at room temperature under a nitrogen stream while stirring with a mechanical stirrer (220 rpm). Stir for minutes at room temperature. The reaction solution was concentrated to dryness with an evaporator. A potassium hydroxide aqueous solution (30% by mass, 20 mL) was added to the obtained solid and distilled under reduced pressure conditions, and the distillate was collected with an aqueous solution (about 10 mL) of 96% concentrated sulfuric acid (5.04 mmol, 515 mg). The recovered aqueous solution was concentrated with an evaporator and dried overnight under vacuum. As a result, 668 mg (5.06 mmol, 84% yield) of a white solid (NH 4 ) 2 SO 4 was obtained. This corresponds to the production of 101 equivalents of ammonia per catalyst (molybdenum complex). Anal. Calcd. forH 8 N 2 O 4 S: H, 6.10; N, 21.20 Found: H, 6.06; N, 20.98.
 なお、実験例1-19,22-42が本発明の実施例に相当し、実験例20,21が比較例に相当する。 Note that Experimental Examples 1-19 and 22-42 correspond to examples of the present invention, and Experimental Examples 20 and 21 correspond to comparative examples.
 本出願は、2018年3月1日に出願された日本国特許出願第2018-36967号及び2018年8月27日に出願された日本国特許出願第2018-158595号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。 This application is based on Japanese Patent Application No. 2018-36967 filed on Mar. 1, 2018 and Japanese Patent Application No. 2018-158595 filed on Aug. 27, 2018. The entire contents of which are incorporated herein by reference.
 本発明は、アンモニアの製造に利用可能である。 The present invention can be used for the production of ammonia.

Claims (11)

  1.  触媒、還元剤及びプロトン源の存在下、窒素分子からアンモニアを製造する方法であって、
     前記触媒は、(A)PNP配位子として2,6-ビス(ジアルキルホスフィノメチル)ピリジン(但し、2つのアルキル基は同じでも異なっていてもよく、ピリジン環の少なくとも1つの水素原子はアルキル基、アルコキシ基又はハロゲン原子に置換されていてもよい)を有するモリブデン錯体、(B)PCP配位子としてN,N-ビス(ジアルキルホスフィノメチル)ジヒドロベンゾイミダゾリデン(但し、2つのアルキル基は同じでも異なっていてもよく、ベンゼン環の少なくとも1つの水素原子はアルキル基、アルコキシ基又はハロゲン原子に置換されていてもよい)を有するモリブデン錯体、(C)PPP配位子としてビス(ジアルキルホスフィノエチル)アリールホスフィン(但し、2つのアルキル基は同じでも異なっていてもよい)を有するモリブデン錯体、又は、(D)trans-Mo(N22(R123P)4(但し、R1,R2,R3は同じでも異なっていてもよいアルキル基又はアリール基であり、2つのR3は互いに繋がってアルキレン鎖を形成していてもよい)で表されるモリブデン錯体であり、
     前記還元剤として、ランタノイド系金属のハロゲン化物(II)を用い、
     前記プロトン源として、アルコール又は水を用いる、
     アンモニアの製造方法。
    A process for producing ammonia from nitrogen molecules in the presence of a catalyst, a reducing agent and a proton source,
    The catalyst comprises (A) 2,6-bis (dialkylphosphinomethyl) pyridine as a PNP ligand (wherein the two alkyl groups may be the same or different, and at least one hydrogen atom of the pyridine ring is an alkyl group). A molybdenum complex having an alkyl group, an alkoxy group or a halogen atom, and (B) N, N-bis (dialkylphosphinomethyl) dihydrobenzimidazolidene as a PCP ligand (however, two alkyl groups) May be the same or different and at least one hydrogen atom of the benzene ring may be substituted with an alkyl group, an alkoxy group or a halogen atom), (C) Bis (dialkyl as a PPP ligand) Phosphinoethyl) arylphosphine (where the two alkyl groups may be the same or different) ) Molybdenum complexes with, or, (D) trans-Mo ( N 2) 2 (R 1 R 2 R 3 P) 4 ( where, R 1, R 2, R 3 is an alkyl group which may be the same or different Or an aryl group, and two R 3 s may be linked to each other to form an alkylene chain),
    As the reducing agent, a lanthanoid metal halide (II) is used,
    As the proton source, alcohol or water is used.
    A method for producing ammonia.
  2.  前記(A)のモリブデン錯体は、下記式(A1),(A2)又は(A3)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    (式中、R1及びR2は同じであっても異なっていてもよいアルキル基であり、Xはヨウ素原子、臭素原子又は塩素原子であり、ピリジン環上の少なくとも1つの水素原子はアルキル基、アルコキシ基又はハロゲン原子で置換されていてもよい)で表されるモリブデン錯体である、
     請求項1に記載のアンモニアの製造方法。
    The molybdenum complex of (A) is represented by the following formula (A1), (A2) or (A3)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    Wherein R 1 and R 2 are the same or different alkyl groups, X is an iodine atom, bromine atom or chlorine atom, and at least one hydrogen atom on the pyridine ring is an alkyl group , Which may be substituted with an alkoxy group or a halogen atom).
    The method for producing ammonia according to claim 1.
  3.  前記(B)のモリブデン錯体は、下記式(B1)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    (式中、R1及びR2は同じであっても異なっていてもよいアルキル基であり、Xはヨウ素原子、臭素原子又は塩素原子であり、ベンゼン環上の少なくとも1つの水素原子はアルキル基、アルコキシ基又はハロゲン原子で置換されていてもよい)で表されるモリブデン錯体である、
     請求項1に記載のアンモニアの製造方法。
    The molybdenum complex (B) has the following formula (B1)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    Wherein R 1 and R 2 are the same or different alkyl groups, X is an iodine atom, bromine atom or chlorine atom, and at least one hydrogen atom on the benzene ring is an alkyl group , Which may be substituted with an alkoxy group or a halogen atom).
    The method for producing ammonia according to claim 1.
  4.  前記式(B1)のジヒドロベンゾイミダゾリデン環の5位及び6位の少なくとも一方はトリフルオロメチル基で置換されている、
     請求項3に記載のアンモニアの製造方法。
    At least one of the 5-position and the 6-position of the dihydrobenzimidazolidene ring of the formula (B1) is substituted with a trifluoromethyl group,
    The method for producing ammonia according to claim 3.
  5.  前記(C)のモリブデン錯体は、式(C1)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
    (式中、R1及びR2は同じであっても異なっていてもよいアルキル基であり、R3はアリール基であり、Xはヨウ素原子、臭素原子又は塩素原子である)で表されるモリブデン錯体である、
     請求項1に記載のアンモニアの製造方法。
    The molybdenum complex of (C) has the formula (C1)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
    (Wherein R 1 and R 2 are the same or different alkyl groups, R 3 is an aryl group, and X is an iodine atom, bromine atom or chlorine atom). A molybdenum complex,
    The method for producing ammonia according to claim 1.
  6.  前記(D)のモリブデン錯体は、式(D1)又は(D2)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
    (式中、R1,R2及びR3は同じであっても異なっていてもよいアルキル基又はアリール基であり、nは2又は3である)で表されるモリブデン錯体である、
     請求項1に記載のアンモニアの製造方法。
    The molybdenum complex of (D) has the formula (D1) or (D2)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
    Wherein R 1 , R 2 and R 3 are the same or different alkyl groups or aryl groups, and n is 2 or 3.
    The method for producing ammonia according to claim 1.
  7.  前記窒素分子として、常圧の窒素ガスを用いる、
     請求項1~6のいずれか1項に記載のアンモニアの製造方法。
    As the nitrogen molecules, normal pressure nitrogen gas is used.
    The method for producing ammonia according to any one of claims 1 to 6.
  8.  前記アルコールは、グリコールであるか、ROH(Rは水素原子がフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1~6の鎖状、環状又は分岐状のアルキル基、又は、アルキル基を有していてもよいフェニル基)である、
     請求項1~7のいずれか1項に記載のアンモニアの製造方法。
    The alcohol is glycol or ROH (wherein R has a linear, cyclic or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms in which a hydrogen atom may be substituted with a fluorine atom, or an alkyl group. An optionally substituted phenyl group),
    The method for producing ammonia according to any one of claims 1 to 7.
  9.  前記ランタノイド系金属のハロゲン化物(II)はハロゲン化サマリウム(II)である、
     請求項1~8のいずれか1項に記載のアンモニアの製造方法。
    The lanthanoid metal halide (II) is samarium (II) halide,
    The method for producing ammonia according to any one of claims 1 to 8.
  10.  式(B2)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
    (式中、R1及びR2は同じであっても異なっていてもよいアルキル基であり、Xはヨウ素原子、臭素原子又は塩素原子であり、R3及びR4の少なくとも一方はトリフルオロメチル基で置換されている)で表される、モリブデン錯体。
    Formula (B2)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
    Wherein R 1 and R 2 are the same or different alkyl groups, X is an iodine atom, bromine atom or chlorine atom, and at least one of R 3 and R 4 is trifluoromethyl Molybdenum complex represented by the following:
  11.  式(E)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
    (式中、Aはアニオンであり、R1及びR2は同じであっても異なっていてもよいアルキル基であり、R3及びR4の少なくとも一方はトリフルオロメチル基で置換されている)で表される、ベンゾイミダゾール化合物。
    Formula (E)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
    (Wherein A is an anion, R 1 and R 2 are the same or different alkyl groups, and at least one of R 3 and R 4 is substituted with a trifluoromethyl group) A benzimidazole compound represented by:
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