空気中の酸素を活用する酸化反応の開発

環境への取り組み

空気中の酸素を活用する酸化反応の開発

2023年2月10日
関東地区

茨城大学工学部

1．研究背景

　酸化反応は工業化学的に最も重要な反応の1つであり、酸化剤と呼ばれる反応剤が必要になります。酸化剤には、有毒な金属酸化剤や爆発性の高い過酸化物も知られており、これらを大量に使用すると環境負荷や安全性の観点から望ましくありません。一方、酸素は入手容易で副生物も水であるため、魅力的な酸化剤です。特に酸素を20％含む空気を活用できれば、より理想的です。しかし、酸素は通常の状態では安定であるため、酸化剤には利用できません。そこで私たちは光エネルギーによって酸素を活性化できる光触媒の開発を行いました。既存の光触媒では貴金属や高エネルギー光を利用することも多いため、私たちはメタルフリーで白色光を利用できる触媒を目指しました。

2.　有機ホウ素発光体を有機光触媒に！

　有用な還元系光触媒の1つにフェノチアジンと呼ばれる硫黄化合物が知られており、私たちが開発している有機ホウ素発光体（アザボリン）の構造に類似していることから、アザボリンも光触媒に利用できると考えました（図1）。フェノチアジンは酸化されやすく、酸化系光触媒には利用しづらいですが、アザボリンのホウ素部位は酸素親和性が高いので、酸化系光触媒にも適用可能です。

図1　フェノチアジンとアザボリン

3.　リン化合物や硫黄化合物の空気酸化

　リン化合物や硫黄化合物の酸化によって得られる生成物は、医薬品や配位子に利用される重要な化合物です。そこで、まず白色光照射下、室温にてアザボリンを用いるホスフィンの空気酸化を検討しました。その結果、59％収率でホスフィンオキシドが得られましたが、フェノチアジンでは反応が進行しませんでした（図2）。また、臭素を導入したアザボリン触媒では反応性が大きく向上し、ほぼ100％の収率で生成物が得られました。この触媒を用いたところ、亜リン酸エステルやスルフィドの空気酸化も進行することが分かりました（図3）。