クリーン化学プロセス構築のためのマルチ機能固体超強酸の設計

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11305058
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 奥原 敏夫 北海道大学, 大学院・地球環境科学研究科, 教授 (40133095)
• キーワード: クリーン化学プロセス / 固体超強酸 / ヘテロポリ酸 / 水中触媒反応 / ベックマン転位 / オリゴ糖加水分解

研究概要

現在の化学工業プロセスではH_2SO_4,HFやAlCl_3を用いる古典的なものが多く、廃触媒の処理や反応系の分離に莫大なコストを費している。本研究ではこれらのプロセスを水中で機能する固体超強酸触媒に置き換え、コストの大幅減と環境にやさしいクリーン化学プロセスが実現を目指す。水中で機能する触媒素材としてヘテロポリ酸性塩およびゼオライトを選び、ニトリルからのアルキルアミド合成、固相ベックマン転位および水中オリゴ糖加水分解を検討した。水中触媒機能の発現には、固体表面の疎水性が鍵である。疎水性をベンゼンとH_2Oの吸着の比で系統的に評価した。Cs2.5酸性塩は現在唯一の水中触媒H-ZSM-5と同程度の疎水性を有していることを明らかにした。大過剰水存在下でのオレフィンの水和では、工業プロセスであるシクロヘキセン水和ではH-ZSM-5が有効であったが、かさ高いオレフィンではCs2.5塩が優れた活性を示した。また、現在過剰硫酸で実用化しているアクリロニトリルのイソプロパノールによるアミド合成では、ヘテロポリ酸系触媒は未だ十分な活性を発揮しないが、高シリカゼオライトであるH-ZSM-5は高性能を発揮した。
固体―固体触媒反応ではベックマン転位を100度で行ったところ、触媒的に反応が進行することを見出した。他の酸化物やナフィオンなどの高分子樹脂触媒も低活性であり、ヘテロポリ酸塩の特異性が明らかとなった。

研究成果

• [文献書誌] T. Okuhara, Y. Toyoshi: "Efficient Solid state catalysis by Ultrafine Particles of Heteropoly Compound"Stud. Surf. Sci., Catal.,. 179-184 (1999)
• [文献書誌] T. Okuhara, R. Watanabe: "Shape Selective Catalytic Behavior of Pt-Porous Heteropoly Compound"ASC. Book. 738. 369-380 (1999)
• [文献書誌] T. Nakato, Y. Toyoshi: "Unique Catalysis of an Acidic Salt of Heteropoly Acid, 'Cs2.5H_<0.5>* W_<12>O_<40>, Consisting of Microcrystallites"Catal. Today. 52. 23-28 (1999)
• [文献書誌] T. Okuhara, T. Yamada: "Shape Selective Oxidation of Microporous Platinum-polyoxometalates,"Res. Chem. Intermed.. 26. 61-67 (2000)
• [文献書誌] X. Chen, H. Matsuda, T. Okuhara: "Efficient Catalytic Synthesis of N-isopropyl Acrylamide from Acrylonitril and Isopropanol"Chem. Lett. 1999. 799-800 (1999)
• [文献書誌] K. Okuyama, et al.: "Water-tolerant Catalysis of Silica-composite"Appl. Catal. A (general). 190. 253-259 (2000)