クリーン化学合成のための新規ナノコンポジット水中固体酸触媒の開発

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環境負荷の大きい硫酸を使った化学プロセスから固体酸触媒プロセスへの転換を実現する、水中で機能する固体酸触媒(水中固体酸)の開発を行った。水中固体酸には、水中で高活性、不溶、高沈降性が求められる。水中で高活性な固体酸のCs_<2.5>H_<0.5>PW_<12>O_<40>(Cs2.5)は、触媒の一部が水に溶出ことと、低沈降性かつ濾過回収できない問題があった。本研究では、3-アミノプロピルトリエトキシシランで表面修飾したアモルファルシリカ(SiO_2-APS)の表面にCs2.5ナノ微粒子を固定化することで、これら問題を可決することに成功した(ナノコンポジット水中固体酸)。このナノコンポジット水中固体酸を、硫酸法で工業的に実施されているα-ピネン水和反応およびα-ピネン異性化反応への適用を試みた。α-ピネン水和反応に対して、検討した大部分の固体酸は本反応に活性を示さなかった。H-βがゼオライトの中で唯一活性を示したが、アルコール類選択率は50%であった。これらに対してナノコンポジット水中固体酸は、高活性かつ高選択的に水和反応を進行させることを見出した。この反応を水/α-ピネン/触媒の三相系で反応を行うと、α-ピネンの一水和物(α-テルピネオール)と二水和物(1,8-テルピン)の両方が生成するが、反応系に1,4-ジオキサンを加えて反応溶液/触媒の二相系で反応を行うと、アルコール類としてはα-テルピネオールのみが生成することを見出した。α-ピネン異性化反応に対しても、ヘテロポリ酸塩ナノコンポジット水中固体酸は、室温で高活性かつ高選択性を示した。