安全で低コストかつ安定した原料を用いた
有機ケイ素化合物の新しい製造方法
東京都立大学大学院 都市環境科学研究科 環境応用化学域
准教授 三浦 大樹
2022年8月25日
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本日の内容① 発明の背景と意義② 発明の内容③ その他

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研究の背景：新しい資源循環体系をつくる
化石資源© Keystone / Gaetan Bally

21世紀末（2081-2100年の平均）の気温の変化の予測（気象庁）

燃焼

石油化学工業

廃棄
化成品

CO2

固定化

海洋・森林ゴミバイオマス
新しい触媒と新しい反応により資源循環を革新する

一般社団法人JEAN

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① アルキルシラン合成法の発明

有機ケイ素化合物（アルキルシラン）

医薬・農薬など
機能性材料への誘導が可能

シリコーン

有機ー無機ハイブリッド材料
基盤表面を疎水化させる
シランカップリング剤としても利用される
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アルキルシランの従来合成法
ヒドロシラン

アルケン＋ 触媒（Pt, Rhなど）
ヒドロシリル化(現在の工業的製法)

有機ケイ素化合物（アルキルシラン）

有機金属試薬
（不安定）

（不安定）

アルコールハロゲン化アルキル

有機ケイ素化合物（アルキルシラン）（不安定）

スルホン酸エステル（不安定）5有機化合物の合成と触媒
触媒

触媒

基礎化成品
（結合の切断と形成の繰り返し）

均一系触媒（分子触媒）

高付加価値
有機化合物

不均一系触媒（固体触媒）
金属ナノ粒子
担体

金属錯体

有機分子

ノーベル化学賞（ 2005, 2010, 2021年）

・高活性, 高選択性

（環境負荷が大きい）

・安定性が高い, 再利用できる（環境に優しい）6

今回開発した技術① 有機ケイ素化合物合成法の発明

エステル+（ジシラン）

担持金触媒

（安定）

エーテル

有機ケイ素化合物（アルキルシラン）（安定かつ安価）（広範な化合物が入手可能）② ポリエステル直接資源化技術の発明+（ジシラン）
ポリエステル（安定）

担持金触媒
有機ケイ素化合物（アルキルシラン）
7担持金ナノ粒子触媒の調製法
ビーカー

Au/ZrO2の電子顕微鏡写真

H2O
HAuCl4 aq.

70 oCで攪拌
担体0.1 M NaOH でpH 7に調整

70 oCで攪拌イオン交換水で洗浄

10 nm

80 oCで乾燥50

空気中300 oC で焼成
Counts

水素気流中200 oCで還元

2.7 ± 0.9 nm

4030201001担持金触媒

234567Auの粒子径分布/ nm
8触媒の効果
担持金属触媒金属

Yield (%)

担体

Yield (%)

Ni0ZrO288

Cu0Al2O369Ag0SiO212Pd0

TiO26Pt0

Nb2O50Au88

Au/ZrO2触媒を用いることで反応が良好に進行する
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① アルキルシラン合成法の発明

LG (Leaving Group:脱離基)

今回利用可能になった脱離基
従来利用されてきた脱離基エステル

スルホニル基ハロゲン炭酸エステル

ウレタンエーテル

臭化物
10アルキルシランエステル

92%, 3 h93%, 3 h, in air
空気中でも反応可能95%, 4 h96%, 3 h72%, 20 h83%, 4 h56%, 3 h44%, 6 h84%, 2 h71%, 4 h38%, 4 h38%, 4 h96%, 2 h77%, 2 h45%, 1 h11

アリルエステル(ベンジルエステル)

82%, 2 h90%, 1 h87%, 4 h

アリルシラン

42%, 3 h(E:Z = 70:30)

45%, 3 h(E:Z = 69:31)

83%, 4 h87%, 2 h89%, 4 h77%, 2 h59%, 3 h83%, 0.5 h93%, 2 h53%, 3 h1291%, 18 h79%, 18 h99%, 18 h99%, 18 h69%, 18 h13

アルキルシラン

92%, 100 oC, 2 h63%, 100 oC, 15 h43%, 130 oC, 15 h54%, 100 oC, 2 h42%, 130 oC, 15 h72%, 100 oC, 2 h63%, 130 oC, 24 h

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種々の有用化合物に誘導される

アレニルシラン

90%

72%

60%

89%

69%

64%

80%

81%

73%

58%

93%

86%

83%

84%

70%
15

エーテル

98%

81%

90%
80%

79%

53%, 1 h

83%

80%
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① アルキルシラン合成法の発明

10099999799

1009291

90

9391
82

80

Yield (%)a80

Yield (%)a90

60
4060

40202000Fresh

12

再利用回数

34Fresh12345

再利用回数 Au/ZrO2触媒は活性が低下することなく再利用が可能
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① アルキルシラン合成法の発明

80

触媒の除去

Yield (%)a6040200015304560

Time / min Au/ZrO2は不均一系触媒として働き、生成物に金属が混入しない（環境にやさしい合成である）
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① アルキルシラン合成法の発明のまとめ

アルキルシラン
アレニルシラン

アリルシラン

担持金触媒

ベンジルシラン

有機ケイ素化合物

有機ケイ素化合物の新しい合成手法の開発に成功した。
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② ポリエステル直接資源化技術の発明

エステル

エステル結合中のC-O結合切断技術

ポリエステル

容器・衣料などの材料として年間6000万トンが生産

海洋ゴミとして年間800万トン以上のプラスチックが海に流れ込んでいる（世界的な環境問題）

効率的な分解・資源化技術が求められている。
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従来の分解技術（元に戻す技術・水平リサイクル）
酸処理（大量の塩が副生する）

酸化重合
アルカリ加水分解（NaOHなど）

ジオール

水素化分解
（H2、ヒドロシラン）

触媒的解重合ジオール

ポリエステル
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今回開発した技術（アップサイクル）
H2O

Si-Si（ジシラン）

触媒的解重合ポリエステル

ポリブチレンサクシネート

有機ケイ素化合物

99%

87%

ポリブチレンアジペート

ポリカーボネートジオール

94%

ポリエステルの解重合と有機ケイ素化合物合成を同時に実現する。
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実用化に向けた課題• より高活性な触媒の開発（金の低減）• スケールアップに向けた触媒系の開発• ポリエステルの解重合型変換については脂肪族ポリエステルが適用可能なところまで開発済み。
• より生産量の多いPETなどのポリエステルの効率的な解重合型合成を可能にする触媒系を開発するのが今後の課題である。
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企業への期待• 金ナノ粒子触媒の高活性化を可能にする無機担体材料の共同研究• 固体触媒の特性（安定で取り扱いやすい）を生かした反応セットアップ（流通系など）への展開• 特にポリエステルの解重合型変換は合成される有機ケイ素化合物の使用用途の探索が重要と思われる。
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本技術に関する知的財産権• 発明の名称 ：1) 化合物及びその製造方法
出願番号 ：特願2022-031606• 出願人：東京都立大学• 発明者：三浦大樹; 土井雅文;
安井祐希; 宍戸哲也
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お問い合わせ先
東京都公立大学法人
産学公連携センター URAライン
ＴＥＬ042-677-2829
ＦＡＸ042-677-5640
e-mail ragroup@jmj.tmu.ac.jp

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