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| 開講年度 | 2020 年度 | |
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| 開講区分 | 工学部分子素材工学科／総合工学科応用化学コース ・専門教育 | |
| 受講対象学生 |
学部(学士課程) : 3年次 分子素材工学科 |
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| 選択・必修 | 選択必修 |
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| 授業科目名 | 無機素材化学 | |
| むきそざいかがく | ||
| Chemistry for Inorganic Materials | ||
| 単位数 | 2 単位 | |
| ナンバリングコード | EN-INAN-3
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| 開放科目 | ||
| 開講学期 |
前期 |
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| 開講時間 |
金曜日 3, 4時限 |
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| 開講場所 | ||
| 担当教員 | 石原 篤（工学部分子素材工学科） | |
| ISHIHARA, Atsushi | ||
| SDGsの目標 |
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| 授業の概要 | 無機材料としての触媒とは、どのような物質であり、何に役立つのかを理解する。不均一系触媒と不均一系触媒の反応性、反応機構の違いを理解するとともに、これらの物質が、石油精製および石油化学へどのように応用されているかについて解説する。 |
|---|---|
| 学修の目的 | 現代社会で不可欠な石油を扱う技術としての石油精製および石油化学について、これらの技術に含まれる化学反応の中でも特に重要な触媒化学を通して学ぶ。 |
| 学修の到達目標 | 触媒の物質的特長、どのような反応にどのような触媒が使われ、どのように機能しているかを理解する。 |
| ディプロマ・ポリシー |
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| 成績評価方法と基準 | 成績は10-1で評価し、10-6を合格、5-1を不合格とする。100点満点で評価し、100点満点の内訳は、中間テストを40％、期末テストを40％、演習、宿題、黒板での解答を20％とする。成績評価を受けるためには70%以上の出席を必要とする。演習は、授業中に行い、授業の最後に提出するので出欠の評価に相当する。宿題は、授業の始まる前にレポート用紙に作成したものを教壇に提出する。授業開始時を提出締切とする。授業中宿題の解答を行うので、授業途中、授業後は宿題を受け付けない。全期間中、名簿順に1人1回程度、黒板に演習、宿題、試験の解答を板書する。 |
| 授業の方法 | 講義 |
| 授業の特徴 | |
| 授業改善の工夫 | ・ 原則的に毎回、講義中に短時間の演習を授業の終わりに行い、前回あるいはその日の授業内容の理解度、達成度を確認するとともに講義への関心を高める。また、宿題として、次回講義に関連する事項の調査や問題を科す。演習やレポートの解答は、学生による短時間の黒板での解答によって行う。 ・ 宿題は、授業の前に提出したもののみ評価する。従って、遅刻した場合は宿題を受け付けない。 ・ 中間テストと期末テストを行う。 ・ 最後に中間テストと期末テストの解答を次の授業時間に行うことで、理解度を最終チェックし、勉強方法をアドバイスする。 |
| 教科書 | 新しい触媒化学（第2版）三共出版 |
| 参考書 | 工業有機化学 丸善、最新工業化学 講談社サイエンティフィック |
| オフィスアワー | 月曜日10：00－12：00 |
| 受講要件 | |
| 予め履修が望ましい科目 | 無機化学、有機化学、物理化学の基礎を理解していること。 |
| 発展科目 | 大学院 素材化学特論、大学院 先端無機素材特論など |
| その他 |
| MoodleのコースURL |
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| キーワード | 無機材料としての触媒の化学 |
|---|---|
| Key Word(s) | Balaance between energy and environment, Ultra-clean fuels, Environmental catalyst, Chemistry of catalysis, Petroleum refining and related catalysis, Solid catalyst, Catalytic cracking, Catalytic reforming, Hydrodesulfurization, Hydrocracking, Hydrotreating, Hydrogen production, Steam reforming |
| 学修内容 | 第1回 石油とは何か、触媒とはどのようなものか 第2回 不均一系触媒（固体触媒）と均一系触媒（錯体触媒）、触 媒が活躍する分野 第3回 固体触媒の種類、石油精製における触媒 第4回 水素化精製触媒、難脱硫性化合物 第5回 ガソリン製造のための触媒、1) 接触分解、2) 接触改質 第6回 水素、合成ガス製造のための触媒 第7回 中間試験 第8回 中間試験の解答 履修のポイント：触媒とは何か、触媒にはどのようなものが存在し、どのように使われているのか。石油精製に関連する触媒反応、特に水素化精製、接触分解、接触改質、水素製造などのプロセスおよび不均一系触媒反応を学ぶ。 第9回 均一系触媒（錯体触媒）と18電子則 第10回 有機遷移金属錯体の基本的反応、触媒サイクル 第11回 石油化学工業、石油化学基礎原料の製造、水素化反応の 触媒サイクル 第12回 オレフィンの異性化、エチレンの重合、Ziegler触媒、重 合反応機構 第13回 オキソ反応、Monsanto法 第14回 Wacker法 第15回 期末試験 第16回 期末試験の解答 履修のポイント：石油化学工業で用いられている均一系触媒反応（水素化反応、異性化反応、オレフィン重合反応、オキソ反応、Monsanto法、Wacker法など）を理解するための有機遷移金属化学の基礎（18電子則、基本反応、触媒サイクル）を学ぶ。石油化学基礎原料および石油化学製品の製造法を学び、用いられる均一系触媒反応の触媒サイクルを用いて、反応機構を理解する。 |
| 事前・事後学修の内容 | 第1回演習 カルボン酸のエステル化を、化学構造式を用いて説明せよ。 第1回宿題 分子の活性化について、A4 １枚にまとめなさい。 (不均一系触媒（固体触媒）と均一系触媒（錯体触媒）について説明し、違いを延べよ。) 第2回演習 H2の固体表面上での活性化、N2の固体表面上での活性化、CH2=CH2の固体表面上への配位（dπ-pπ結合について）（触媒表面上での反応、触媒サイクルを考える。） 第2回宿題 固体表面上でのCH2=CH2の水素化反応機構を描け。石油製品と石油化学製品の違いは何か。例を挙げて説明せよ。（石油とは何か、石油精製とは何か。） 第3回演習 固体表面のモデル、不活性、活性なサイトを示しなさい。石炭から石油にエネルギー源、化学原料源が変わった理由を答えなさい。 第3回宿題 石油精製における蒸留および水素化精製について説明せよ。（石油中の難脱硫性化合物とは何か。水素化精製反応を説明せよ。） 第4回演習 水素化精製において、含硫黄化合物、含窒素化合物、含酸素化合物の分解生成物は何か。（水素化精製に含まれる触媒反応を記述せよ。）4,6-ジメチルジベンゾチオフェンの脱硫方法を一つ考案せよ。 第4回宿題 4,6-ジメチルジベンゾチオフェンの脱硫方法を二つ考案せよ。ガソリン製造のための触媒、1) 接触分解、2) 接触改質について説明せよ。 第5回演習 モノアルキルベンゼンの反応性（図3-4）を説明しなさい。（固体酸点上でのカルベニウムイオンの挙動について予想せよ。） 第5回宿題 水素製造法について説明せよ。 第6回演習 次の水素を使う反応について、触媒表面上での反応機構図を用いて説明する：１）アンモニア合成反応、２）フィッシャー・トロプシュ反応 第6回宿題なし 第7回 中間試験 宿題 中間テストの模範解答 第8回 中間試験解答 第8回宿題 均一系触媒（錯体触媒）と18電子則を説明せよ。 第9回演習 18電子則を満足する錯体触媒を作成する。2核のＣｏおよびＦｅのカルボニル錯体の構造を推定せよ。配位子はＣＯだけで、18電子則を満足するとする。また、3核のカルボニル錯体では、どうなるか。 第9回宿題 有機金属化学の基本反応には、どのような反応が含まれているか。反応例を用いて、説明せよ。 第10回演習 様々な配位子を用いた錯体の描き方、有機遷移金属錯体の基本的反応を用いた触媒サイクルの作成、有機金属化学の基本反応を用いて、オレフィンの水素化反応の触媒サイクルを説明せよ。 第10回宿題 石油化学工業、石油化学基礎原料の製造を記せ。水素化反応について触媒サイクルを用いて説明せよ（続き）。 第11回演習 オレフィンの異性化について触媒サイクルを用いて説明せよ。 第11回宿題 エチレンの重合、Ziegler触媒、重合反応機構について触媒サイクルを用いて説明せよ。 第12回演習 プロピレンの重合反応機構について触媒サイクルを用いて説明せよ。 第12回宿題 オキソ反応、Monsanto法について触媒サイクルを用いて説明せよ。 第13回演習 Coカルボニルを触媒としたオキソ反応について触媒サイクルを用いて説明せよ。 第13回宿題 エチレンを原料としたWacker法について触媒サイクルを用いて説明せよ。 第14回演習 プロピレンを原料としたWacker法について触媒サイクルを用いて説明せよ。 第14回宿題 なし 第15回 期末試験 第16回 期末試験の解答 |