2021 Fiscal Year Annual Research Report
相分離型イオン液体触媒を用いたスマート反応・分離プロセスの開発
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19K15613
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
河野 雄樹 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (00772964)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | イオン液体触媒 / 相分離 / 脱水縮合反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、酸触媒機能を有するイオン液体触媒（ILC）の分子構造設計により、反応原料や生成物の相分離挙動を制御し、反応効率向上と生成物分離の省エネ化を実現する「スマート反応・分離プロセス」の創出を目指した。令和2年度までに、種々のアルコールとカルボン酸からの脱水縮合反応を対象に、ILCの分子構造が相分離挙動や転化率に与える影響について整理した。最終年度では、オレイン酸(OA)とグリセロール(Gly)など、従来200℃以上の加熱条件が必要であった、相互溶解度が低い反応原料を用いた多相系脱水縮合反応への適用可能性を検証した。トリオクチル基を有するホスホニウムカチオンと、フッ素系アニオンを組み合わせたILC(ILC1)を用いて、OAおよびGlyと混合した際の相分離挙動を観察した。その結果、OA相とGly相の中間にILC1が相分離する三相系を形成した。各相のNMR分析から、ILC1相にはOAとGlyの双方が溶解することを見出した。次に、ILC1を用いOAとGlyを60℃で6時間反応させた際の相分離挙動を調べた。三相系であった反応溶液は二相系に変化し、上相にはエステルとILC1が、下相には未反応のGlyと副生した水がそれぞれ主成分として観察された。よって、エステル生成物と副生する水は相分離することが明らかとなった。反応溶液のHPLC測定の結果、転化率は約90%を示した。このことは、多相系脱水縮合反応における原料および生成物の溶解性制御の重要性を示しており、原料双方を溶解し、副生する水を相分離することで、100℃以下の温度条件でも高転化率を示したと考えられる。さらに、ILC1のアニオンに重合基を修飾し、架橋剤と共に高分子化した不均一系触媒も触媒活性を示し、24時間の反応でILC1と同等の転化率を示した。上述の「スマート反応・分離プロセス」構築への基盤となる重要な成果である。
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