水中で機能する固体酸の開発

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水が関わるいくつかの酸触媒反応に対するヘテロポリ酸Cs酸性塩Cs_<2.5>H_<0.5>PW_<12>O_<40>(Cs2.5)の触媒活性を検討し、Cs2.5の水中で機能する固体酸触媒(Water Tolerant Catalyst)としての可能性を検討した。昨年度すでに、Cs2.5が過剰の水存在下でのエステル加水分解に高活性であることを明らかにしている。今年度は、反応系の拡張を目的として、過剰の水存在下でのオレフィン水和と、水が生成する反応であるエステル化について検討した。2,3-ジメチル-2-ブテンの水和では、Cs2.5の触媒重量当たり活性は、他の無機固体酸のH-ZSM-5、SO_4_<2->/ZrO_2、Nb_2O_5や液体酸の硫酸やH_3PW_<12>O_<40>などと比べて高かった。工業触媒である有機樹脂アンバーリストー15との比較では、重量当たりではCs2.5が低かったが、酸量当たりの比較ではCs2.5が10倍以上高活性であった。シクロヘキセンの水和では、この反応の工業触媒であるH-ZSM-5がCs2.5を含む他の酸触媒と比べて圧倒的に高い活性を示した。これはH-ZSM-5の細孔構造と反応分子サイズとのマチングによるもので、特異なケースである。一方、アクリル酸のn-ブタノールによるエステル化では、Cs2.5は、SO_4_<2->/ZrO_2とともに無機固体酸の中では高い活性を示した(硫酸などの液体酸やアンバーリストー15など有機樹脂より低活性であった)。しかし反応系に水を添加した場合、SO_4_<2->/ZrO_2が全く失活したのに対して、Cs2.5は添加前野3/4の活性を維持した。これより、Cs2.5は水による被毒を受けにくくかつ高活性な触媒であると言える。以上の結果より、Cs2.5は、水の関わる種々の酸触媒反応に広範に適用できる、水中で機能する固体酸として有望な素材であることが明らかとなった。