有機ケイ素材料の高機能化や製造コスト削減を可能にする鉄錯体触媒を開発――空気中でも高い安定性を備える NEDOら

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新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)は2020年12月14日、北里大学および大阪市立大学と共同で、有機ケイ素材料の高機能化や製造コスト削減を可能にする鉄錯体触媒を開発したと発表した。

シランカップリング剤やシリコーンなどの有機ケイ素材料は、耐熱性や耐寒性、撥水性などさまざまな優れた特性を持つことから、日用品から工業製品まで多くの製品に使用されている。有機ケイ素材料の製造には一般的に白金触媒が使われるが、NEDOによると白金自体が高価で供給が安定しないこと、また、残留した白金によって材料の性能が低下するなどの理由で使用が制限されるという課題があった。

今回開発した鉄錯体触媒はPNNピンサー型配位子を有する鉄錯体だ。オレフィンのヒドロシリル化に極めて高い触媒活性を示すことや空気中で取り扱いが可能なことなどを明らかにし、合成触媒としての実用性を向上させた。

空気中と空気を取り除いた不活性ガス(窒素ガス)中で溶解させる対照実験を2カ月にわたり実施。鉄錯体構造の分析結果に差異がなく、空気中でも高い安定性を備えることを確認。適切な塩基の添加によってアルケンのヒドロシリル化反応に対し白金触媒に匹敵する極めて高い活性があることも見出した。

鉄錯体触媒を空気下と不活性ガス(窒素)下で溶解させた様子

さらに、ヒドロシリル化反応において、シランカップリング剤合成の場合に重要となる反応選択性が白金触媒よりも優れているために残留成分が減少。これにより有機ケイ素材料の蒸留分離が不要になり、省エネルギーおよび製造コスト削減につながる。

なお、空気に対する安定性や高い活性/反応応答性などの触媒性能が白金触媒と同等以上の性能を示す有効性を確認できたことから、東京化成工業が今回開発した鉄錯体触媒の試薬販売を始めている。

ヒドロシリル化反応はシリコーンの製造に利用される化学反応であるために、シリコーン産業分野でも白金触媒を代替する触媒としての利用が見込めるという。またNEDOは、今後有機ケイ素材料の製造に必要なヒドロシリル化反応のスケールアップ実験を実施することで、さらに高機能で安価な有機ケイ素材料の提供を目指す。

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