多相系脱水縮合反応の高効率化・省エネ化に向けたイオン液体由来高分子触媒の開発

开发离子液体衍生的聚合物催化剂，以提高多相脱水缩合反应的效率和节能

• 批准号: 22K05207
• 负责人: 河野 雄樹
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05207/
• 关键词: イオン液体触媒; 溶解性制御; 脱水縮合反応; イオン液体; 相分離

エステル化に代表される脱水縮合反応は工業的に幅広く利用される一方、加水分解との平衡反応であるため、転化率向上には加熱等による水の除去が不可欠である。さらに、脂肪酸と多価アルコールなど、相互溶解度が低く相分離する反応原料を用いた多相系脱水縮合反応では、反応性の低さが顕著であり、200℃以上の高温条件で溶解度を高め反応を行う必要がある。本研究では、多相系脱水縮合反応プロセスの省エネ化に向け、イオン液体触媒の構造設計により反応原料の溶解性を制御し、反応効率向上を目指す。さらに、高活性が認められたイオン液体触媒を高分子化し、高活性を維持しつつ触媒回収も容易な不均一系触媒の開発を目指す。令和４年度は、オレイン酸(OA)とグリセロール(Gly)からの多相系脱水縮合反応を対象に、反応原料の溶解性制御について検討を進めた。まず、反応進行に伴う原料組成の変化を避けるため、触媒機能を持たない種々のイオン液体を用い、反応原料と混合した際の相分離挙動を調べた。イオン液体と反応原料との相分離挙動はカチオン・アニオン構造によって異なり、イオン液体がGly相に溶解する形態(A)、OA相に溶解する形態(B)、イオン液体が新たな相を形成する形態(C)に分類された。各相に溶解する化合物を分析した結果、形態(A)の場合、原料の相互溶解度に顕著な変化は見られなかったのに対し、形態(B)および(C)では原料の相互溶解度の上昇が認められた。具体的には、形態(B)ではOA相に溶解するGlyが上昇し、形態(C)では相分離したイオン液体相にOA・Gly双方が溶解した。この結果は、適切なイオン液体の混合により、反応原料の相互溶解度を向上できることを示している。

尽管诸如酯化之类的脱水凝结反应在工业上被广泛使用，但它们也是水解的平衡反应，因此通过加热或类似的水解水对于改善转化至关重要。此外，在使用较低的相互溶解度（例如脂肪酸和多氢醇）的多相脱水凝结反应中，具有较低的相互溶解度和相位分离，低反应性是显着的，并且在200°C或更高较高的高温下进行可溶解度并延长了。在这项研究中，为了在多相脱水和凝结反应过程中节省能量，反应原材料的溶解度由离子液体催化剂的结构设计控制，并提高了反应效率。此外，目的是通过将离子液体催化剂转化为聚合物，并保持高活性，同时能够轻松恢复催化剂，从而开发出高度活跃的异质催化剂。在2022财年中，我们研究了反应原材料的溶解度的控制，靶向来自油酸（OA）和甘油（Gly）的多相脱水凝结反应。首先，为了避免随着反应的进行，原材料组成的变化，当与反应物材料混合时，使用没有催化功能的各种离子液体来研究相分离行为。离子液体和反应原材料的相分离行为取决于阳离子阴离子的结构，并被分类为形式，将离子液体溶解在Gly相（a）中，形式为OA相（b），并在该形式中溶于OA相（b），并在其中形式，其中离子液体形成新相（C）。对每个阶段溶解的化合物的分析表明，原材料以（a）形式的相互溶解度未发现显着变化，而形式（b）和（c）的形式（b）和（c）形式（b）和（c）的相互溶解度有所增加。具体而言，以（b）形式溶解在OA相中的Gly增加，形式（C），OA和Gly都溶于相分离的离子液相。该结果表明，合适的离子液体的混合可以改善反应原材料的相互溶解度。

项目成果

Design of ionic liquids for energy-efficient reaction-separation systems

节能反应分离系统离子液体的设计

• 发表时间: 2022
• 作者: Yuki Kohno;Takashi Makino
• 通讯作者: Takashi Makino