遷移金属触媒によるメタンから酢酸及び酢酸エステルの合成

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10875181
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 藤原 祐三 九州大学, 工学研究科, 教授 (10029481)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 谷口 裕樹 九州大学, 工学部, 助手 (50217139) ; 北村 二雄 九州大学, 工学部, 助教授 (00153122)
• Keywords: バナジウム触媒 / メタンの活性化 / 一酸化炭素 / 酢酸合成 / メタンの液状化 / ヘテロポリ酸 / 酢酸メチル / イッテルビウム化合物

Research Abstract

バナジウム(V)系触媒を用いて,1)メタンと一酸化炭素より酢酸を一段階で合成する反応,及び2)メタンからトリフルオロ酢酸メチル(メタノールを前駆体)を合成する新反応を開発することが出来た。
1. V触媒によるメタンとCOから酢酸の合成
VO(acac)_2K_2S_2O_8/CF_3COOH触媒系を用いてメタン(5気圧)とCO(20気圧)をオートクレーブ中で80℃で20時間反応させると,酢酸がメタン基準で93%収率とほぼ定量的に得られることを見いだした。また,Yb(OAC)_2/Mn(OAC)_2/NaClO/H_2O系触媒を用いると水溶液中で酢酸が合成できることも見いだしている。現在,酸化剤としてK_2S_2O_8の代わりに,酸素を用いて反応を検討中である。
2. V触媒によるメタンから酢酸エステルの合成
メタンは天然ガスの主成分として豊富に存在するが,ガス状で取扱が容易でないという欠点があり,利用しやすい液状に変換する反応の開発は重要である。
そこで,種々のV系触媒を用いて検討した結果,ヘテロポリ酸を触媒として用いると,高収率でメチルエステルが得られることを見いだした。例えば,H_5PV_2Mo_<10>O_<40>/K_2S_2O_8/(CF_3CO)_2O/CF_3COOH触媒系を用いてメタン(10気圧)を80℃で20時間反応させるとトリフルオロ酢酸メチルがメタン基準で95%収率で得られる。このメチルエステルは加水分解すると容易にメタノールとトリフルオロ酢を与えるので,メタンからメタノールが合成できることにより,また溶媒のトリフルオロ酢酸は回収されるので工業的に本反応は重要である。

Research Products

• [Publications] M.Asadullah: "Direct Carboxylation Reaction of Methane with CO by a Yo(OAc)_3/Mn(OAc)_2/NaClO/H_2O Catalytic System under Very Mild Conditions" Applied Organometallic Chemistry. 12. 277-284 (1998)
• [Publications] M.Asadullah: "Ln_2O_3/K_2S_2O_8 Promoted Synthesis of Acetic Acid from Methane and Carbon Monoxide under Mild Conditions" J.of the Japan Petroleum Institute. 41・3. 236-239 (1998)
• [Publications] D.Piao: "An Efficieut Partial Oxidation of Methane in Trifluoroacetic Acid using Vanadium-Containing Heteropolyaciol Catalysts" J.Organometallic Chemistry. 574・1. 116-120 (1999)