広報活動

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2016年4月13日

理化学研究所

リチウムホウ素化合物の新しい合成法を開発

-入手容易な原料から1段階で新奇な構造の構築が可能に-

二酸化炭素(CO2)は“地球温暖化”に及ぼす影響が最も大きな“温室効果ガス”です。石炭や石油の消費などにより、大量のCO2が大気中に放出されます。また、CO2の吸収源である森林が伐採され減少しています。その結果として大気中のCO2は年々増加しているため、CO2の削減が急がれています。一方、有機合成化学の観点からは、CO2は入手容易で再生可能な炭素資源であるため、有用物質の合成に利用できないかと考えられてきました。しかし、CO2は化学的に安定であるため、効率的かつ実用的に変換する方法は限られています。

一方で、「リチウムホウ素化合物」は「リチウムイオン電池」の“電解質”として利用されています。リチウムイオン電池は、充電式の電池の1種で、正極と負極をリチウムイオン(Li)が行き来することで、充電・放電を行います。特長として、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池よりも小型化・軽量化がしやすく、電力が大きいことが挙げられます。そのため、スマートフォン、ノートパソコン、デジタルカメラなどの電源として普及しています。しかし、実用化に耐えうる高純度のリチウムホウ素化合物を得るには、複雑な多段階反応を用いる必要があります。また、従来法では合成できる構造や組成も限られています。そのため、入手容易な原料から多様な組成や構造を持つリチウムホウ素化合物を、効率的に合成する手法の開発が求められていました。

理研の研究チームはこれまで、CO2を利用する有機合成反応について研究を進めてきました。今回、“銅触媒”を用いることにより、CO2、ホウ素化合物、アルデヒド類、リチウムアルコキシドといった複数の入手容易な原料から、1段階で分子内に5員環構造を持つ新奇なリチウムホウ素化合物が選択的に生成されることを発見しました(図)。さらに詳しく検討したところ、さまざまな官能基を持つアルデヒド類から多様なリチウムホウ素化合物を効率的に合成できることが明らかになりました。

従来のリチウムイオン電池の電解質は、環状カーボネートなどの有機溶媒に溶かして利用されています。今回、合成した新奇なリチウムホウ素化合物は、ホウ素原子が環状カーボネートに組み込まれた構造をしているため、従来の電解質と溶媒が“一体化した物質”とみなすことができます。そのため、有機溶媒を必要としない、新しいリチウムイオン電池の電解質の開発への展開が期待できます。

銅触媒を用いた多成分カップリング反応によるリチウムホウ素化合物の合成の図

銅触媒を用いた多成分カップリング反応によるリチウムホウ素化合物の合成

理化学研究所
環境資源科学研究センター 先進機能触媒研究グループ
グループディレクター 侯 召民 (コウ・ショウミン)
研究員 張 亮 (チャン・リャン)
専任研究員 西浦 正芳 (にしうら まさよし)

主任研究員研究室 侯有機金属化学研究室
国際プログラム・アソシエイト ビアトリース・キャリー (Beatrice Carry)