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第5章 触媒応用のための金属ナノ粒子とシクロデキストリン

教育
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本章では、金属ナノ粒子を活性相として用いた触媒におけるシクロデキストリンの歴史的な役割をいくつか取り上げてきた。実際、金属ナノ触媒の安定化剤としてのシクロデキストリンは、1983 年の小宮山と平井の最初の研究以来、広く研究されてきた。より複雑なシクロデキストリン系の保護剤を用いることで、得られるナノ粒子の安定性、触媒活性、リサイクル性が改善されてきた。ネイティブなシクロデキストリンを用いた最初の研究から、シクロデキストリンベースのポリマーまたはロタキサンまで、ネイティブおよび官能化されたシクロデキストリンは、さまざまな安定化特性(静電的、立体的、および電気的ステリック)を介して、金属ナノ粒子を凝集から保護する能力を証明してきた。本章で報告された実施例のほとんどは、以下のことを明確に示した。
 シクロデキストリンをベースとしたシステムは、遊離のシクロデキストリンコントロールと比較して、金属ナノ粒子の平均粒径の減少と分散性の両方が改善され、触媒活性の向上につながった。いくつかの研究によると、シクロデキストリンは、その糖様還元特性により、金属前駆体の還元剤としても使用できる可能性がある。
 金属ナノ粒子の表面での動的な組織化により、シクロデキストリンの古典的な物質移動特性は、溶媒に分散したナノ粒子や支持体上に固定化されたナノ粒子でも利用されています。触媒活性は、一般に、疎水性相互作用を介して基質とシクロデキストリンの間に形成された包接複合体形成により改善される。この包接複合体はまた、場合によっては、いくつかの副反応を阻害することにより、反応の選択性を向上させることができる。シクロデキストリンはまた、金属ナノ粒子を埋め込むことができる超分子ヒドロゲルを形成することによって、閉じ込め触媒系を得るためのエージェントとして機能し得る。この閉じ込めは、反応の選択性、基質と金属粒子の間の近接性を高めることによって触媒活性を向上させることができ、また、経済的な観点から非常に重要である長寿命につながる安定性を向上させることができる。
 シクロデキストリンとポリマーの物理的な混合物とシクロデキストリンをベースとしたシクロデキストリンが直接ポリマー構造に組み込まれているポリマーは、最近、溶媒に分散されたナノ粒子を使用するか、またはそれが安定化剤と支持体の役割を果たすことができるシクロデキストリンポリマーに固定化することの両方で非常に有望であることが証明されている。

Noël, S., Ponchel, A., Sadjadi, S., Monflier, E., Léger, B. (2020) Metal Nanoparticles and Cyclodextrins for Catalytic Applications. In: Crini, G., Forurmentin, S., Lichtfouse, E. (eds.) The History of Cyclodextrins. Springer, New York. pp. 219-279. https://www.springer.com/gp/book/9783030493073

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