mile米乐m6(中国)官方网站v 使用创新催化剂开发环保流动合成技术

米乐m6官方网站（以下简称“AIST”），催化剂化学跨学科研究中心，创新氧化团队Hiroyuki Miyamura，首席研究员，Yoshihiro Ima，研究组组长，Osamu Kobayashi，Flow Digital Driven Chemistry Team，特定研究员实现高活性和高选择性金属纳米颗粒催化剂和连续生产流程我们利用技术开发了一种环保的有机合成方法。

该技术采用新开发的固体催化剂和新设计的连续流合成装置和连续分离纯化模块，使氢气和原料直接流动功能化学品这次，我们发现这是合成各种功能化学品（如颜料染料、药品和能源材料）的关键成分。无色醌茜世界上首次使用氢气作为还原剂。

在传统的无色醌茜合成方法中，化学计量金属试剂并产生危险废物。另一方面，新开发的方法仅消耗可长期使用的催化剂和环保原料氢气，并且不产生废物，使得实现环境友好的有机合成成为可能。此外，我们还开发了一种新型连续分离回收装置，可以分离回收连续流加氢反应中使用的溶剂和氢气。通过将该连续分离回收装置与使用氢合成无色醌茜的连续流通装置和无色醌茜转化的连续流通装置连接，能够将廉价的原料转化为功能性化学品。蒽醌化合物。新开发的连续流合成技术可以与其他连续合成设备连接，帮助实现更多步骤的连续合成方法，从而有助于复杂结构功能化学品连续合成工艺的发展。

近年来，低环境影响的有机合成方法和功能化学品的生产工艺备受关注，为了实现节约材料消耗和节约能源的社会，需要高性能催化剂和高效化学工艺技术。还原反应在药物和有机电子材料等功能化学品的合成中至关重要，许多方法需要消耗含有化学计量金属的无机还原剂。然而，此类常规反应会产生大量含金属废物和危险废物，并且还需要消耗能源和材料来分离和纯化目标产物。

AIST 自 2015 年以来一直致力于通过产官学合作促进功能化学品制造工艺的创新流量精密合成 (FlowST) 联盟开发了功能化学品连续生产流程相关的流水法基础技术。

本研究的目的是使用可长期使用的催化剂和对环境影响较小的氢气作为还原剂来合成无色醌茜，它是合成各种功能化学品（例如颜料染料、药品和能源材料）的关键成分。为此，我们同步开发了高性能固体催化剂、利用固体催化剂直接使气体和液体原料发生反应的连续流反应器以及能够自动分离回收溶剂和氢气的连续分离回收装置。

这项研究和开发是由独立行政机构日本学术振兴会进行的。学术转化领域研究（B）计划研究“多相催化剂和复杂催化剂体系的低熵反应空间设计理论”（FY2021-2023）（JP21H05082），学术转化领域研究（B）研究（A）公开称为研究“使用连接到不同类型的连续有机合成装置难以合成的多功能化合物的自动合成方法的开发”反应器”（FY2024-2025）（JP24H01104），国家研究开发公司在新能源和产业技术综合开发组织（NEDO）的支持下委托项目“功能化学品连续精密生产工艺技术的开发”（FY2019-2025）（JPNP19004）。

无色醌茜是预先使用化学计量的含有金属和酸或碱的还原剂从1,4-二羟基蒽醌（醌茜）合成的。但在此过程中产生了大量的含金属废物和有毒废物，需要进行中和（图1-①）。

新开发的方法可以在接近常压的条件下，使用清洁的原料氢气作为还原剂，从原料（1,4-二羟基蒽醌）催化合成几乎纯的（纯度>99%）无色醌茜。这也是一种环境友好的有机合成方法，过程中原子效率达到100%。将含氢溶液和原料同时通过装有固体催化剂的柱子，即可连续获得无色醌茜（图1-②）。此外，新开发的由铂和镍组成的固体催化剂双金属纳米粒子11207_11584催化剂转速达到每小时128次。

无色醌茜与各种试剂反应可转化为蒽醌类化合物，是颜料染料、医药、能源材料等多种功能化学品的原料。因此，通过将新开发的无色醌茜连续生产工艺与无色醌茜向蒽醌化合物的转化反应联系起来，我们的目标是开发一种实现多步反应的连续生产流程。在无色醌茜连续生产流程的第一阶段，由于原料溶解度较低，需要低浓度条件。然而，将无色醌茜转化为蒽醌化合物的后续过程是双分子反应，需要高浓度和高温条件。因此，我们开发了一种新的连续分离/回收模块，可以从低沸点溶剂合成的低浓度无色醌茜溶液中蒸馏出低沸点溶剂，并连续用高沸点溶剂的高浓度溶液替代。该连续分离/回收模块可以连接这两个连续生产流程，并已证明可以合成功能化学品蒽醌化合物，收率高达90%以上（图2）。此外，这种连续分离和回收模块能够回收几乎纯的低沸点溶剂，这些溶剂可以循环到之前的无色醌茜连续生产流程中。

未来，我们将扩大本研究中开发的多步连续生产流程，以演示功能化学品的大规模合成，并通过实际生产实现社会实施。此外，我们还将应用本研究发现的双金属纳米粒子催化剂的构建方法，通过催化剂中金属的组合来控制反应活性和选择性，以开发其他催化有机合成反应。

已出版的杂志：ACS 催化
论文标题：在连续流动条件下使用流动-间歇-分离器统一反应器将醌茜选择性氢化为无色醌茜及其直接衍生化
作者：Hiroyuki Miyamura、Aditya Sharma、Masakazu Takata、Ryosuke Kajiyama、Shū Kobayashi、Yoshihiro Kon
DOI：101021/acscatal4c02955

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金属纳米颗粒

金属纳米颗粒是由数十到数百个金属原子组成的颗粒，是纳米级的（10^-9) 它具有公制尺寸。金属纳米颗粒具有不同于金属配合物和块状金属的物理性质和化学反应活性，也广泛用作有机合成中的催化剂。如果金属纳米粒子没有固定在适当的载体上，它们很容易泄漏或聚集，从而改变其物理性质和化学反应性。还有由多种金属元素组成的多金属纳米粒子，其可能具有与单元素纳米粒子不同的物理性质和反应性。[返回来源]

催化剂

催化剂降低化学反应的活化能，降低反应温度，提高反应速率和反应选择性。此外，催化剂在化学反应前后结构不会发生变化，一个分子可以介导多个分子的反应。由于这些特性，开发高活性、高选择性的催化剂对于环境友好的有机合成极为重要。有机合成反应中使用的催化剂大致分为均相催化剂和非均相（固体）催化剂，均相催化剂通过溶解在溶剂中发挥作用，多相（固体）催化剂通过在其表面吸附分子来促进反应。[返回来源]

连续生产流程

连续生产功能化学品等复杂有机化合物的工艺技术。它是使用流动法适当组合连续反应过程和萃取/分离过程等多个过程的连接过程，并且可以处理复杂的多步骤合成。流动过程的反义词是间歇过程，其中通过将溶液收集在反应器（通常是烧瓶）中来进行反应。[返回来源]

功能化学品

医药、农药、颜料、香料、电子材料等具有特殊物理性质和复杂化学结构的有机化合物的总称。它们是高附加值的重要化学品，但其生产过程多步骤、复杂，存在产生大量废物和能源消耗等重大问题。[返回来源]

无色醌茜

无色醌茜是通过还原蒽醌化合物1,4-二羟基-蒽醌（醌茜）而获得的化合物。无色醌茜具有高度反应性的二酮结构，具有亲核试剂和亲电子试剂的功能，使其成为一种非常有用的合成中间体，可以衍生成各种蒽醌化合物。[返回来源]

化学计量

在化学反应中，如果x摩尔底物所需的试剂量理论上为x摩尔或更多，则该量称为化学计量。化学计量量的反义词是催化量。[返回来源]

蒽醌化合物

它是一种芳香族化合物，是通过氧化蒽而产生的衍生物，具有三个苯环。蒽醌化合物还用作染料、颜料、医药、电子材料等功能化学品。[返回来源]

流量精密合成 (FlowST) 联盟

流程精密合成是通过多步连续生产流程，连续合成结构复杂的药物和功能化学品的方法。为了将东京大学、日本产业技术研究院等开发的流动精密合成相关技术快速投入实际生产，日本产业技术研究院成立了流动精密合成（FlowST）联盟（https://flowstconsaistgojp/about-us/)''成立。[返回来源]

双金属纳米颗粒

由两种金属物质组成的纳米颗粒。双金属纳米颗粒有多种结构，包括合金结构、核壳结构以及不同金属紧密相连的纳米颗粒。当使用双金属纳米颗粒作为催化剂时，活性可能会由于两种金属之间的电子交换而改变，或者每种金属种类可能会激活不同的分子，从而产生独特的反应性。[返回来源]

催化剂转速

在催化化学反应中，一摩尔催化剂每小时可产生的产物摩尔数称为催化剂旋转速率。[返回来源]

双分子反应

两个分子碰撞时发生的反应，反应速率通常与反应的两个分子的浓度乘积成正比。此类反应通常通过使用高浓度或高温条件来加速。[返回来源]