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

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11305058
• 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)
• 研究分担者: 吉永 裕介 北海道大学, 大学院・地球環境科学研究科, 助手 (60322848)
• キーワード: 超強酸 / 水中触媒 / ヘテロポリ酸 / 疎水性 / ホルマリン

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あり、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した。水中で機能する触媒素材としてヘテロポリ酸性塩を選び、高難度反応であるホルムアルデヒド水溶液(ホルマリン)を用いたベンゼンからのジフェニルメタンおよびアクリロニトリルからのアルキルアミド合成を実施した。ジフェニルメタン合成では高濃度ヘテロポリ酸水溶液を用いる二相系反応を検討した。この系ではホルマリンを直接用いることが可能であり、また水相中の触媒を回収再使用できると同時に、生成物が自動的に有機相に抽出され分離操作が格段に容易となった。ヘテロポリ酸の中ではH_3PW_<12>O_<40>が140℃という温和な条件で触媒機能を発揮した。アクリロニトリルとアルコールとの反応では、H-ZSM-5を用いると反応分子が細孔内に入れないために反応は進行しないが、嵩高い1-アダマンタノールとの反応では大きな細孔を有するCs2.5塩が高い収率を与えた。一方、イソプロピルアルコールとの反応ではH-ZSM-5が特異的に高活性を示すことが見出された。これは細孔内の疎水的環境と細孔による反応分子の適正配列のためと結論した。一方、水が直接関与する加水分解や水和反応ではCs2.5が特異的に高活性を示し、水中触媒として優れた固体酸であることを実証した。

研究成果

• [文献書誌] T. Okuhara, X. Chen: "Ritter-type reactions catalyzed by high-silica MFI zeolites"Microporous and Mesoporous Materials. 48. 293-299 (2001)
• [文献書誌] Z. Hou, T. Okuhara: "Catalytic synthesis of Diphenylmethane from benzene and formalin with water-tolerant solids"Appl. Catal.,. 216. 147-155 (2001)
• [文献書誌] Z. Hou, T. Okuhara: "Sgn thesis of Diphenylmefhane from form aldenyde and benzene in bi-phasic system"J.Chem. Soc. Chem. Commun.. 2001. 1686-1687 (2001)
• [文献書誌] T. Okuhara, N. Mizuno: "Catalysis by heteropoly compounds"Appl. Catal.. 222. 63-77 (2001)
• [文献書誌] T. Suzuki, T. Okuhara: "Direct evidence of intramleanlar rearramgement in skeletal isomerization of n-butane"Catal. Jett.,. 72. 111-113 (2001)