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JP7709173B2 - How ammonia is produced - Google Patents
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JP7709173B2 - How ammonia is produced - Google Patents

How ammonia is produced

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JP7709173B2 JP2022539484A JP2022539484A JP7709173B2 JP 7709173 B2 JP7709173 B2 JP 7709173B2 JP 2022539484 A JP2022539484 A JP 2022539484A JP 2022539484 A JP2022539484 A JP 2022539484A JP 7709173 B2 JP7709173 B2 JP 7709173B2
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Description

本発明は、アンモニアの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing ammonia.

窒素分子からアンモニアを製造する方法において、触媒にモリブデン錯体を使用し、プロトン源として水を用いたアンモニアの製造に関する報告例がある(非特許文献1)。さらには、触媒にモリブデン錯体を使用し、還元剤としてヨウ化サマリウム(II)を、プロトン源としてアルコール類又は水を用いたアンモニアの製造に関する報告例がある(非特許文献2)。In a method for producing ammonia from nitrogen molecules, there is a report on the production of ammonia using a molybdenum complex as a catalyst and water as a proton source (Non-Patent Document 1). Furthermore, there is a report on the production of ammonia using a molybdenum complex as a catalyst, samarium iodide (II) as a reducing agent, and alcohols or water as a proton source (Non-Patent Document 2).

日本化学会 第99春季年会予稿集 2019年,講演番号4D1-37Abstracts of the 99th Spring Annual Meeting of the Chemical Society of Japan, 2019, Lecture No. 4D1-37 Nature 2019年,568(7753)巻,536-540ページNature 2019, vol. 568 (7753), pp. 536-540

窒素分子からアンモニアを製造する方法において、触媒にモリブデン錯体を用いた場合に、実用化の観点から必要な時に直ちにアンモニアが得られることも一つの重要な要求性能であり、従って、この性能を達成するために反応開始の初期から高速で反応できる触媒が望まれている。In a method for producing ammonia from nitrogen molecules, when a molybdenum complex is used as a catalyst, one important required performance from the perspective of practical application is that ammonia can be obtained immediately when needed. Therefore, in order to achieve this performance, a catalyst that can react at high speed from the early stages of the reaction is desired.

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、反応開始の初期から高速で反応できるモリブデン錯体を創出することを主目的とする。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its main objective is to create a molybdenum complex that can react rapidly from the early stages of the reaction.

上述した目的を達成するために、本発明者らは、分子設計に基づき合成した多種多様なモリブデン錯体を用いて、触媒性能の向上を図ったところ、反応開始の初期にて、触媒1分子が単位時間当たりに行う物質変換量である触媒回転頻度(Turnover Frequency(以下、TOFと略す。)[1/分]が150を超えるモリブデン錯体を見出し、本発明を完成するに至った。In order to achieve the above-mentioned object, the inventors have attempted to improve the catalytic performance by using a wide variety of molybdenum complexes synthesized based on molecular design, and have discovered a molybdenum complex whose catalyst turnover frequency (hereinafter abbreviated as TOF) [1/min], which is the amount of material conversion per catalyst molecule per unit time, exceeds 150 at the beginning of the reaction, thereby completing the present invention.

TOFの高い触媒は、一般に短い反応時間でも触媒の回転数が多いことを意味するので、アンモニアを製造する上での効率の向上が見込まれ、非常に有益である。A catalyst with a high TOF generally means that the catalyst has a high turnover rate even in a short reaction time, which is highly beneficial as it is expected to improve the efficiency of ammonia production.

即ち、第一観点として、本発明のアンモニアの製造方法は、モリブデン錯体、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、
前記モリブデン錯体は、式(1):

(式(1)中、R及びRは、それぞれ独立して、炭素原子数3乃至6のアルキル基を表し、
Xはヨウ素原子、臭素原子又は塩素原子であり、
及びRは、塩素原子を表す。)
で表されるモリブデン錯体であり、
前記還元剤は、ランタノイド系金属のハロゲン化物(II)であり、
前記プロトン源は、アルコール又は水であり、
前記モリブデン錯体の触媒回転頻度が、150を超える、
アンモニアの製造方法。
第二観点として、触媒回転頻度が、250を超える、第一観点に記載のアンモニア製造方法。
第三観点として、30分間の製造時間で、前記触媒回転頻度を得ることができる、第一観点または第二観点に記載のアンモニア製造方法。
That is, as a first aspect, the method for producing ammonia of the present invention is a method for producing ammonia from nitrogen molecules in the presence of a molybdenum complex, a reducing agent, and a proton source, comprising the steps of:
The molybdenum complex has the formula (1):

In formula (1), R 1 and R 2 each independently represent an alkyl group having 3 to 6 carbon atoms.
X is an iodine atom, a bromine atom, or a chlorine atom;
R3 and R4 each represent a chlorine atom.
is a molybdenum complex represented by the formula:
the reducing agent is a halide of a lanthanide metal (II);
the proton source is an alcohol or water;
The catalytic turnover frequency of the molybdenum complex is greater than 150;
A method for producing ammonia.
As a second aspect, the method for producing ammonia according to the first aspect, wherein a catalyst turnover frequency exceeds 250.
As a third aspect, the method for producing ammonia according to the first aspect or the second aspect, wherein the catalyst turnover frequency can be obtained within a production time of 30 minutes.

本発明のアンモニアの製造方法によれば、高速で反応できるモリブデン錯体を用いることで、反応開始の初期からアンモニアの製造を効率よく為すことができる方法が提供される。According to the ammonia production method of the present invention, by using a molybdenum complex that can react at high speed, a method is provided that can efficiently produce ammonia from the early stage of the reaction.

本明細書における「n」はノルマルを、「s」はセカンダリーを、「t」はターシャリーを表す。 In this specification, "n" stands for normal, "s" stands for secondary, and "t" stands for tertiary.

「Me」はメチル基を、「Et」はエチル基を、「Bu」はターシャリーブチル基を、「TMS」はトリメチルシリル基を、「thf」はテトラヒドロフランを表す。 "Me" represents a methyl group, "Et" represents an ethyl group, " tBu " represents a tertiary butyl group, "TMS" represents a trimethylsilyl group, and "thf" represents tetrahydrofuran.

本発明のアンモニアの製造方法、及び該製造方法に用いる式(1)で表されるモリブデン錯体の好適な実施形態を以下に示す。
本発明のアンモニアの製造方法及び製造装置の好適な実施形態を以下に示す。
Preferred embodiments of the method for producing ammonia of the present invention and the molybdenum complex represented by formula (1) used in the method for producing ammonia will be described below.
Preferred embodiments of the method and apparatus for producing ammonia according to the present invention are described below.

式(1)で表されるモリブデン錯体において、
及びRは、それぞれ独立して、炭素原子数3乃至6のアルキル基を表す。ここで、炭素原子数3乃至6のアルキル基の具体例としては、例えば、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、s-ブチル基、t-ブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、t-ペンチル基、1,1-ジメチルプロピル基、n-ヘキシル基、イソヘキシル基、及びシクロヘキシル基等が挙げられ、t-ブチル基が好ましい。
Xはヨウ素原子、臭素原子又は塩素原子を表す。ここで、Xはヨウ素原子及び塩素原子が好ましく、塩素原子がより好ましい。
及びRは、塩素原子を表す。
In the molybdenum complex represented by formula (1),
R1 and R2 each independently represent an alkyl group having 3 to 6 carbon atoms. Specific examples of the alkyl group having 3 to 6 carbon atoms include an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, an s-butyl group, a t-butyl group, an n-pentyl group, an isopentyl group, a neopentyl group, a t-pentyl group, a 1,1-dimethylpropyl group, an n-hexyl group, an isohexyl group, and a cyclohexyl group, and a t-butyl group is preferable.
X represents an iodine atom, a bromine atom, or a chlorine atom, preferably an iodine atom or a chlorine atom, and more preferably a chlorine atom.
R3 and R4 each represent a chlorine atom.

本実施形態のアンモニアの製造法において、還元条件に晒すとは、例えば還元剤を共存させること、または、電極と接触させることによって電子を供給することが、挙げられる。In the ammonia production method of this embodiment, exposure to reducing conditions includes, for example, coexistence of a reducing agent or contact with an electrode to supply electrons.

本実施形態のアンモニアの製造方法において、前記還元剤としては、ランタノイド系金属のハロゲン化物(II)が挙げられ、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及びLu等が挙げられ、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、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 method for producing ammonia according to the present embodiment, the reducing agent may be a halide (II) of a lanthanoid metal. Examples of the lanthanoid metal include La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu, and among these, Sm is preferred. Examples of the halogen include chlorine, bromine, and iodine, and among these, iodine is preferred.
As the lanthanoid metal halide (II), samarium (II) halide is preferred, and samarium (II) iodide is more preferred.

本実施形態のアンモニアの製造方法において、プロトン源は、アルコール及び水が挙げられる。用いるアルコールとしては、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原子数1乃至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。
グリコールは、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール及びジエチレングリコール等が挙げられる。
ROHは、例えば、鎖状又は分岐状のアルキルアルコールとして、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、s-ブチルアルコール、イソブチルアルコール及びt-ブチルアルコール等が挙げられ、環状のアルキルアルコールとしては、シクロプロパノール、シクロペンタノール及びシクロヘキサノール等が挙げられ、フッ素原子を含むアルコールとしては、トリフルオロエチルアルコール及びテトラフルオロエチルアルコール等が挙げられ、フェノール誘導体であるフェノール、クレゾール及びキシレノール等が挙げられる。本実施形態のアンモニアの製造方法において、好ましいプロトン源は、水及びエチレングリコールであり、水がより好ましい。
In the method for producing ammonia according to the present embodiment, examples of the proton source include alcohol and water. As the alcohol to be used, glycol may be used, or ROH (R is a linear, cyclic or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, the hydrogen atom of which may be substituted with a fluorine atom, or a phenyl group which may have an alkyl group) may be used.
Examples of glycols include ethylene glycol, propylene glycol, and diethylene glycol.
Examples of ROH include linear or branched alkyl alcohols such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol, n-butyl alcohol, s-butyl alcohol, isobutyl alcohol, and t-butyl alcohol, cyclic alkyl alcohols such as cyclopropanol, cyclopentanol, and cyclohexanol, fluorine atom-containing alcohols such as trifluoroethyl alcohol and tetrafluoroethyl alcohol, and phenol derivatives such as phenol, cresol, and xylenol. In the method for producing ammonia according to the present embodiment, preferred proton sources are water and ethylene glycol, and water is more preferred.

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、及び含ハロゲン炭化水素溶媒等が挙げられる。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及び1,4-ジオキサン等が挙げられる。鎖状エーテル系溶媒としては、例えばジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、1,2-ジメトキシエタン、及びシクロペンチルメチルエーテル等が挙げられる。ニトリル系溶媒としては、例えばアセトニトリル及びプロピオニトリル等が挙げられる。炭化水素系溶媒としては、例えばトルエン及びo-キシレン等の芳香族炭化水素、並びにヘキサン、ヘプタン、石油エーテル等の飽和炭化水素等が挙げられる。含ハロゲン炭化水素溶媒としては、例えば、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、1,2-ジクロロエタン、1,1,1-トリクロロエタン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン等が挙げられる。本実施形態のアンモニアの製造方法において、好ましい溶媒は、テトラヒドロフランである。本実施形態のアンモニアの製造方法において、触媒に用いるモリブデン錯体を加える際に、好ましい溶媒は、ジクロロメタンである。In the method for producing ammonia according to the present embodiment, the production of ammonia from nitrogen molecules may be carried out in a solvent. Examples of the solvent include, but are not limited to, cyclic ether solvents, chain ether solvents, nitrile solvents, hydrocarbon solvents, and halogen-containing hydrocarbon solvents. Examples of the cyclic ether solvents include tetrahydrofuran and 1,4-dioxane. Examples of the chain ether solvents include diethyl ether, diisopropyl ether, 1,2-dimethoxyethane, and cyclopentyl methyl ether. Examples of the nitrile solvents include acetonitrile and propionitrile. Examples of the hydrocarbon solvents include aromatic hydrocarbons such as toluene and o-xylene, and saturated hydrocarbons such as hexane, heptane, and petroleum ether. Examples of the halogen-containing hydrocarbon solvents include dichloromethane, chloroform, carbon tetrachloride, 1,2-dichloroethane, 1,1,1-trichloroethane, trichloroethylene, and tetrachloroethylene. In the method for producing ammonia according to the present embodiment, the preferred solvent is tetrahydrofuran. In the method for producing ammonia according to the present embodiment, when the molybdenum complex used as the catalyst is added, a preferred solvent is dichloromethane.

生成したアンモニアの収量は公知の方法により測定できる。硫酸水溶液中のアンモニアの定量は、例えば、公知のインドフェノール法(Analytical Chemistry,1967年,39巻,971-974ページ)を用いて行うことができる。The yield of ammonia produced can be measured by known methods. The amount of ammonia in the aqueous sulfuric acid solution can be determined, for example, by the known indophenol method (Analytical Chemistry, 1967, Vol. 39, pp. 971-974).

本発明において、モリブデン触媒の性能は、触媒回転頻度であらわされる。ここで、触媒回転頻度Turnover Frequency(TOFともいう))は、触媒1分子が単位時間当たりに行う物質変換量である。In the present invention, the performance of a molybdenum catalyst is expressed by the catalyst turnover frequency. Here, the catalyst turnover frequency (also called TOF) is the amount of material conversion that one catalyst molecule performs per unit time.

本発明において得られる、TOFの値は、150を超えるものであり、より好ましくは、200を超えるものであり、さらに好ましくは、250を超えるものである。The TOF value obtained in the present invention is greater than 150, more preferably greater than 200, and even more preferably greater than 250.

本発明におけるアンモニア製造時の時間は、反応設備やその他の条件によって、適宜最適化されるものであるが、例えば、モリブデン錯体(1a)0.05mmol/L溶液を使用した場合は、30分間で、TOFを見積もることができる。The time for producing ammonia in the present invention is appropriately optimized depending on the reaction equipment and other conditions, but for example, when a 0.05 mmol/L solution of molybdenum complex (1a) is used, the TOF can be estimated at 30 minutes.

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 goes without saying that the present invention is in no way limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various forms as long as they fall within 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。Examples of the present invention are described below. Note that the following examples do not limit the present invention in any way.

[実験例1]アンモニア製造
触媒としてモリブデン錯体(1a)

を用いて、窒素分子からアンモニアを製造した。シュレンク反応容器に、モリブデン錯体(1a)の0.05mmol/Lのジクロロメタン溶液を調製した。常圧の窒素雰囲気下、反応容器に、触媒である該モリブデン錯体(1a)のジクロロメタン溶液(500μL、25nmol)と還元剤であるジヨードビス(テトラヒドロフラン)サマリウム(II)(397.6mg、0.725mmol、モリブデン錯体のモル数に対して29000当量)のテトラヒドロフラン溶液(5mL)を加え、次にプロトン源である水(13.1mg,0.725mmol,モリブデン錯体のモル数に対して29000当量)のテトラヒドロフラン溶液(1mL)を加え、室温である20~25℃にて30分間攪拌した。その後、反応を停止するため、水酸化カリウム水溶液(30質量%、5mL)を反応容器に加えた。次に本反応で発生したアンモニア量を定量するため、反応容器を減圧蒸留して蒸留液を硫酸水溶液(0.5M、10mL)にて回収した。該硫酸水溶液中のアンモニア量はインドフェノール法にて決定した。その結果、触媒(モリブデン錯体)当たり8000当量のアンモニアが生成した。触媒回転頻度であるTOFは、267(1/分)であった。
[Experimental Example 1] Ammonia production using molybdenum complex (1a) as a catalyst

Ammonia was produced from nitrogen molecules using the above. A 0.05 mmol/L dichloromethane solution of molybdenum complex (1a) was prepared in a Schlenk reaction vessel. Under a nitrogen atmosphere at normal pressure, a dichloromethane solution (500 μL, 25 nmol) of the molybdenum complex (1a) as a catalyst and a tetrahydrofuran solution (5 mL) of diiodobis(tetrahydrofuran)samarium(II) (397.6 mg, 0.725 mmol, 29000 equivalents relative to the molar number of the molybdenum complex) as a reducing agent were added to the reaction vessel, and then a tetrahydrofuran solution (1 mL) of water (13.1 mg, 0.725 mmol, 29000 equivalents relative to the molar number of the molybdenum complex) as a proton source was added, and the mixture was stirred at room temperature of 20 to 25° C. for 30 minutes. Thereafter, an aqueous potassium hydroxide solution (30% by mass, 5 mL) was added to the reaction vessel to stop the reaction. Next, in order to quantify the amount of ammonia generated in this reaction, the reaction vessel was distilled under reduced pressure and the distillate was recovered in an aqueous sulfuric acid solution (0.5 M, 10 mL). The amount of ammonia in the aqueous sulfuric acid solution was determined by the indophenol method. As a result, 8,000 equivalents of ammonia were generated per catalyst (molybdenum complex). The TOF, which is the catalyst turnover frequency, was 267 (1/min).

[比較例1]
比較例1では、触媒であるモリブデン錯体(1a)を変更して、モリブデン錯体(6)

を使用した以外の実験操作は、実験例1と同様の操作を行い、窒素分子からアンモニアを製造した。その結果、触媒(モリブデン錯体)当たり4500当量のアンモニアが生成した。触媒回転頻度であるTOFは、150(1/分)であった。比較例1で用いたモリブデン錯体(6)は、非特許文献のNature 2019年,568(7753)巻,536-540ページに記載の方法で合成できる。
[Comparative Example 1]
In Comparative Example 1, the catalyst molybdenum complex (1a) was changed to molybdenum complex (6).

The experimental procedure was the same as in Experimental Example 1, except that ammonia was produced from nitrogen molecules. As a result, 4500 equivalents of ammonia were produced per catalyst (molybdenum complex). The TOF, which is the catalyst turnover frequency, was 150 (1/min). The molybdenum complex (6) used in Comparative Example 1 can be synthesized by the method described in the non-patent literature Nature 2019, Vol. 568 (7753), pp. 536-540.

上記の結果より先行技術であるモリブデン錯体(6)の触媒回転頻度であるTOF=150(1/分)と比較すると、本発明のモリブデン錯体(1a)は、TOFが、267(1/分)以上の値となり、反応開始の初期から高速で反応できる触媒であることを明らかにした。 The above results reveal that compared to the TOF of the prior art molybdenum complex (6), which is a catalytic turnover frequency of 150 (1/min), the molybdenum complex (1a) of the present invention has a TOF of 267 (1/min) or more, making it a catalyst capable of high-speed reaction from the initial stage of the reaction.

[合成例1]
触媒として用いたモリブデン錯体(1a)の合成ルートを、下記に示し説明する。
[Synthesis Example 1]
The synthesis route of the molybdenum complex (1a) used as the catalyst is shown and explained below.

化合物(2a)の合成

化合物(2a)の合成を以下に示す。反応容器にジ-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)を加え、窒素雰囲気下60℃で16時間攪拌した。その後、反応容器に、ジクロロエタン(150mL)及び1,2-ジアミノ-4,5-ジクロロベンゼン(1.07g、6.02mmol)を加えて、窒素雰囲気下60℃で24時間攪拌した。次に、セレン(1.26g、16.0mmol)を加えて、窒素雰囲気下室温である20~25℃にて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(2a)を白色固体として2.58g(3.97mmol、66%収率)で単離した。
融点=195.4~196.5℃
H NNR(CDCl):δ6.66(s,2H),4.85(br,2H),3.30(d,J=7.2Hz,4H),1.42(d、J=15.2Hz,36H).
13C NNR(CDCl):δ137.2(s),121.7(s),112.4(s),37.1(d,J=32.6Hz),34.6(d,J=40.3Hz),28.0(s).
31P NMR(CDCl):δ79.7(s with Se satellites,J=706.1Hz).
Synthesis of compound (2a)

The synthesis of compound (2a) is shown below. Di-tert-butylphosphine (2.25 g, 14.9 mmol) and paraformaldehyde (450 mg, 15.0 mmol) were added to a reaction vessel, and the mixture was stirred at 60° C. under a nitrogen atmosphere for 16 hours. Thereafter, dichloroethane (150 mL) and 1,2-diamino-4,5-dichlorobenzene (1.07 g, 6.02 mmol) were added to the reaction vessel, and the mixture was stirred at 60° C. under a nitrogen atmosphere for 24 hours. Next, selenium (1.26 g, 16.0 mmol) was added, and the mixture was stirred at room temperature, 20 to 25° C., under a nitrogen atmosphere for 24 hours. The reaction product was concentrated, and the resulting solid was separated by silica gel column chromatography (dichloromethane:hexane=1/1). The collected fraction was concentrated and dried under vacuum to isolate compound (2a) as a white solid in 2.58 g (3.97 mmol, 66% yield).
Melting point = 195.4-196.5 ° C.
1 H NNR (CDCl 3 ): δ6.66 (s, 2H), 4.85 (br, 2H), 3.30 (d, J=7.2Hz, 4H), 1.42 (d, J=15.2Hz, 36H).
13C NNR ( CDCl3 ): δ137.2 (s), 121.7 (s), 112.4 (s), 37.1 (d, J = 32.6 Hz), 34.6 (d, J = 40.3 Hz), 28.0 (s).
31P NMR ( CDCl3 ): δ79.7 (with Se satellites, J=706.1Hz).

化合物(3a)の合成

化合物(3a)の合成を以下に示す。反応容器に、化合物(2a)(2.48g、3.81mmol)、オルトギ酸トリエチル(10mL)及びヘキサフルオロリン酸アンモニウム(629mg、3.86mmol)を加えた後、空気下、120℃で3時間攪拌した。次に反応混合物を濃縮した後、ジクロロメタン(4mL)及びジエチルエーテル(8mL)からなる混合溶液を用いて2回洗浄し、更にジエチルエーテル(10mL)で1回洗浄した。この反応混合物を真空下で乾燥して、化合物(3a)を白色固体として2.49g(3.09mmol、81%収率)で単離した。
H NNR(Acetone-d):δ10.69(s,1H),8.69(s,2H),5.57(d,J=2.8Hz,4H),1.50(d,J=16.4Hz,36H).
13C NNR(Acetone-d):δ144.6(s),132.1(s),131.7(s),117.0(s),40.8(d,J=26.8Hz),39.2(d,J=30.7Hz),28.0(s).
31P NMR(Acetone-d):δ-143.9(seq,J=708.3Hz),83.1(s with Se satellites,J=732.3Hz).
Synthesis of compound (3a)

The synthesis of compound (3a) is shown below. Compound (2a) (2.48 g, 3.81 mmol), triethyl orthoformate (10 mL), and ammonium hexafluorophosphate (629 mg, 3.86 mmol) were added to a reaction vessel, and the mixture was stirred in air at 120° C. for 3 hours. The reaction mixture was then concentrated, and washed twice with a mixed solution of dichloromethane (4 mL) and diethyl ether (8 mL), and once with diethyl ether (10 mL). The reaction mixture was dried under vacuum, and compound (3a) was isolated as a white solid in an amount of 2.49 g (3.09 mmol, 81% yield).
1 H NNR (Acetone-d 6 ): δ10.69 (s, 1H), 8.69 (s, 2H), 5.57 (d, J=2.8Hz, 4H), 1.50 (d, J=16.4Hz, 36H).
13 C NNR (Acetone-d 6 ): δ144.6 (s), 132.1 (s), 131.7 (s), 117.0 (s), 40.8 (d, J = 26.8 Hz), 39.2 (d, J = 30.7 Hz), 28.0 (s).
31P NMR (Acetone- d6 ): δ-143.9 (seq, J=708.3Hz), 83.1 (s with Se satellites, J=732.3Hz).

化合物(4a)の合成

化合物(4a)の合成を以下に示す。反応容器に、化合物(3a)(2.58g、3.20mmol)、トリス(ジメチルアミノ)ホスフィン(1.5mL)及びジクロロメタン(40mL)を加えた後、窒素雰囲気下、室温である20~25℃にて4時間攪拌した。次に反応混合物を濃縮した後、トルエン(7mL)で3回洗浄し、この反応混合物を真空下で乾燥して、化合物(4a)を白色固体として1.83g(2.81mmol、88%収率)で単離した。
H NNR(THF-d):δ9.87(s,1H),9.87(s,1H),8.42(s,2H),4.81(s,4H),1.23(d,J=12.0Hz,36H).
13C NNR(THF-d):δ145.8(t,J=12.0Hz),132.5(s),131.7(s),117.1(d,J=6.7Hz),43.6(d,J=28.7Hz),32.8(d,J=20.1Hz),29.5(d,J=13.5Hz).
31P NMR(THF-d):δ-146.0(seq,J=711.9Hz),24.7(s).
Synthesis of compound (4a)

The synthesis of compound (4a) is shown below. Compound (3a) (2.58 g, 3.20 mmol), tris(dimethylamino)phosphine (1.5 mL) and dichloromethane (40 mL) were added to a reaction vessel, and the mixture was stirred for 4 hours at room temperature of 20 to 25° C. under a nitrogen atmosphere. The reaction mixture was then concentrated and washed three times with toluene (7 mL). The reaction mixture was dried under vacuum, and compound (4a) was isolated as a white solid in an amount of 1.83 g (2.81 mmol, 88% yield).
1 H NNR (THF-d 8 ): δ9.87 (s, 1H), 9.87 (s, 1H), 8.42 (s, 2H), 4.81 (s, 4H), 1.23 (d, J=12.0Hz, 36H).
13C NNR(THF- d8 ): δ145.8 (t, J = 12.0 Hz), 132.5 (s), 131.7 (s), 117.1 (d, J = 6.7 Hz), 43.6 (d, J = 28.7 Hz), 32.8 (d, J = 20.1 Hz), 29.5 (d, J = 13.5 Hz).
31 P NMR (THF-d 8 ): δ-146.0 (seq, J=711.9Hz), 24.7 (s).

モリブデン錯体(1a)の合成

モリブデン錯体(1a)の合成を以下に示す。反応容器に、化合物(4a)(1.30g、2.00mmol)、カリウムビス(トリメチルシリル)アミド(561mg、2.81mmol)及びトルエン(45mL)を加えた後、アルゴン雰囲気下、室温である20~25℃にて1時間攪拌した。次に、反応混合物をセライトにて濾過した後、トリクロロトリス(テトラヒドロフラン)モリブデン(III)(756mg、1.81mmol)を加えて、80℃で26時間攪拌した。更に、反応混合物を5mLまで濃縮し、濾紙を用いて濾過した後、真空下にて乾固させた。得られた固体をトルエン(5mL)で2回洗浄した後、ジクロロメタン(20mL)に溶解させた溶液を、セライトを用いて濾過をした。濾過した濾液に、ヘキサン(30mL)を静かに加えた後、5日間静置させて結晶を生成させた。該結晶を生成させた上澄み液を取り除き、ヘキサン(5mL)で3回洗浄した後、真空下で乾燥することでモリブデン錯体(1a)を茶色結晶として166.3mg(0.24mmol、13%収率)で単離した。
Synthesis of Molybdenum Complex (1a)

The synthesis of molybdenum complex (1a) is shown below. Compound (4a) (1.30 g, 2.00 mmol), potassium bis(trimethylsilyl)amide (561 mg, 2.81 mmol) and toluene (45 mL) were added to a reaction vessel, and the mixture was stirred for 1 hour at room temperature of 20 to 25° C. under an argon atmosphere. Next, the reaction mixture was filtered through Celite, and trichlorotris(tetrahydrofuran)molybdenum(III) (756 mg, 1.81 mmol) was added, and the mixture was stirred at 80° C. for 26 hours. The reaction mixture was further concentrated to 5 mL, filtered using filter paper, and then dried under vacuum. The obtained solid was washed twice with toluene (5 mL), and then dissolved in dichloromethane (20 mL), and the solution was filtered using Celite. Hexane (30 mL) was gently added to the filtrate, and the mixture was allowed to stand for 5 days to generate crystals. The supernatant in which the crystals were formed was removed, and the crystals were washed three times with hexane (5 mL), and then dried under vacuum to isolate molybdenum complex (1a) in the form of brown crystals (166.3 mg, 0.24 mmol, 13% yield).

本発明は、アンモニアの製造方法に利用可能である。 The present invention can be used in ammonia production methods.

Claims (3)

アンモニアの製造方法は、モリブデン錯体、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、
前記モリブデン錯体は、式(1):

(式(1)中、R及びRは、それぞれ独立して、炭素原子数3乃至6のアルキル基を表し、
Xはヨウ素原子、臭素原子又は塩素原子であり、
及びRは、塩素原子を表す。)
で表されるモリブデン錯体であり、
前記還元剤は、ランタノイド系金属のハロゲン化物(II)であり、
前記プロトン源は、アルコール又は水であり、
前記モリブデン錯体の触媒回転頻度が、150を超える、
アンモニアの製造方法。
The method for producing ammonia is a method for producing ammonia from nitrogen molecules in the presence of a molybdenum complex, a reducing agent, and a proton source, the method comprising the steps of:
The molybdenum complex has the formula (1):

In formula (1), R 1 and R 2 each independently represent an alkyl group having 3 to 6 carbon atoms.
X is an iodine atom, a bromine atom, or a chlorine atom;
R3 and R4 each represent a chlorine atom.
is a molybdenum complex represented by the formula:
the reducing agent is a halide of a lanthanide metal (II);
the proton source is an alcohol or water;
The catalytic turnover frequency of the molybdenum complex is greater than 150;
A method for producing ammonia.
触媒回転頻度が、250を超える、請求項1に記載のアンモニア製造方法。 The method for producing ammonia described in claim 1, wherein the catalyst turnover frequency is greater than 250. 30分間の製造時間で、前記触媒回転頻度を得ることができる、請求項1または請求項2に記載のアンモニア製造方法。 The method for producing ammonia described in claim 1 or claim 2, in which the catalyst turnover frequency can be obtained in a production time of 30 minutes.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010195703A (en) 2009-02-24 2010-09-09 Toyota Motor Corp New molybdenum complex
WO2018164182A1 (en) 2017-03-07 2018-09-13 国立研究開発法人理化学研究所 Ammonia synthesis catalyst, and use thereof
WO2019168063A1 (en) 2018-03-01 2019-09-06 テルモ株式会社 Peritoneal dialysate fluid, peritoneal dialysate fluid set, composition for use in peritoneal dialysis, and peritoneal dialysis method

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7318871B2 (en) * 2018-03-01 2023-08-01 国立大学法人 東京大学 Method for producing ammonia, molybdenum complex and benzimidazole compound
WO2021124616A1 (en) * 2019-12-17 2021-06-24 株式会社 東芝 Ammonia manufacturing device and ammonia manufacturing method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010195703A (en) 2009-02-24 2010-09-09 Toyota Motor Corp New molybdenum complex
WO2018164182A1 (en) 2017-03-07 2018-09-13 国立研究開発法人理化学研究所 Ammonia synthesis catalyst, and use thereof
WO2019168063A1 (en) 2018-03-01 2019-09-06 テルモ株式会社 Peritoneal dialysate fluid, peritoneal dialysate fluid set, composition for use in peritoneal dialysis, and peritoneal dialysis method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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ASHIDA Yuya et al.,Molybdenum-Catalyzed Ammonia Formation Using Simple Monodentate and Bidentate Phosphines as Auxiliar,Inorganic Chemistry,米国,2019年06月25日

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