広報活動

Print

2016年9月13日

理化学研究所

窒素分子から直接ニトリルを合成

-アンモニアを用いない省資源・省エネ型合成法-

地球大気の80%を占める豊富な資源である窒素分子は、2個の窒素原子が三重結合という強い共有結合で結ばれているため非常に安定です。しかし、この安定さゆえに、窒素分子を有用な有機化合物(含窒素有機化合物)に直接変換することは非常に困難です。通常、多くのエネルギーを消費する「ハーバー・ボッシュ法」によって、窒素分子から合成されたアンモニアを窒素原料として含窒素有機化合物を合成します。アンモニアを用いずに、温和な条件で窒素分子を含窒素有機化合物に直接変換する手法の開発は、これまであまり進んでいませんでした。例えば、化学工業上需要な中間原料である含窒素有機化合物のニトリルは、医農薬中間体、溶剤、アクリル繊維の前駆物質、ナイロンの原料など、その用途は多岐にわたります。合成に関しては、アンモニアを原料とする合成手法にほぼ限られており、これまで報告されている窒素分子からの直接ニトリル合成では、合成できるニトリルが限られていたり、また、多くの添加剤や、何段階もの反応が必要といった実用上の問題点がありました。

理研の研究チームは今回、新たに開発した四つのチタンを含むチタン化合物から特殊な試薬を用いずに窒素分子を切断しました。そして、切断した窒素種と入手が容易な酸塩化物から含窒素有機化合物であるニトリルを直接合成することに成功しました(図参照)。この方法は、①さまざまなニトリル合成に適用できる、②その他の添加剤を一切使わない、③一段階で目的物を得られる、④用いるチタン化合物はリサイクル可能、といった特徴があります。

本研究は今後、アンモニアを用いずに窒素分子から直接、含窒素有機化合物を合成する省資源・省エネ型プロセスの開発につながると期待できます。

四つのチタンを含むチタン化合物による窒素分子の切断とニトリルへの変換反応の図

四つのチタンを含むチタン化合物による窒素分子の切断とニトリルへの変換反応

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 (こう しょうみん)
専任研究員 島 隆則 (しま たかのり)
特別研究員 Murali Mohan Guru (ムラリ・モハン・グル)