JP2008031147A - Modified free-acid type heteropolyacid, modified heteropolyacid salt and free-acid type heteropolyacid-based polymer - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a free-acid type heteropolyacid-based polymer usable as an acid catalyst to be readily recovered and reused. <P>SOLUTION: The modified free-acid type heteropolyacid represented by general formula (1) H<SB>m</SB>[XY]-nH<SB>2</SB>O (1) [X is a heteropolyanion in which a backbone constituent atom is partially deficient; Y is a metal group containing a reactive organic functional group; n is an integer of ≥1; m is an integer of ≥1 and is the absolute value of negative charge determined from [XY] in the general formula (1)] is homopolymerized or copolymerized to give the free-acid type heteropolyacid-based polymer. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は酸触媒として使用できる修飾フリーアシッド型ヘテロポリ酸、およびその中間材料となる修飾ヘテロポリ酸塩、並びに前記ヘテロポリ酸を用いたフリーアシッド型ヘテロポリ酸系重合体に関する。   The present invention relates to a modified free acid type heteropolyacid that can be used as an acid catalyst, a modified heteropolyacid salt as an intermediate material thereof, and a free acid type heteropolyacid polymer using the heteropolyacid.

ヘテロポリ酸塩は酸素原子が4個配位したP、Si、As、Ge、Sなどのヘテロ原子を中心にW、Mo等の骨格構成原子が酸素原子を介して配位した構造を有するものである。このような構造を有するヘテロポリ酸塩は骨格構成原子の一部を欠損させ、異種金属で置換することが可能であることが知られている。このような欠損型のヘテロポリ酸塩と、より酸化数の低い異種金属で置換されたヘテロポリ酸塩は表面の負電荷密度が通常のヘテロポリ酸塩と比較して増大しているために反応用触媒として使用されている。   Heteropolyacid salts have a structure in which skeleton constituent atoms such as W and Mo are coordinated through oxygen atoms centered on heteroatoms such as P, Si, As, Ge, and S in which four oxygen atoms are coordinated. is there. It is known that the heteropolyacid salt having such a structure can be partially substituted with a different metal by deleting a part of the skeleton constituent atoms. Such a deficient heteropoly acid salt and a heteropoly acid salt substituted with a different oxidation metal having a lower oxidation number have a negative charge density on the surface, which is higher than that of a normal heteropoly acid salt. It is used as

欠損及び置換ヘテロポリ酸塩の触媒利用例は数多いが、その多くは酸化触媒として使用されている。例を挙げるとRu置換体によるアルコールの酸化反応が知られている(特許文献1)。   There are many examples of catalyst utilization of deficient and substituted heteropolyacid salts, many of which are used as oxidation catalysts. For example, an oxidation reaction of alcohol by a Ru substituent is known (Patent Document 1).

しかしながら、工業用途として重要で多くの実用化がなされているのは、ヘテロポリアニオンのカウンターカチオンをH+に交換したフリーアシッド型のヘテロポリ酸を用いた酸触媒としての使用である。例えば、テトラヒドロフランの開環重合があげられる(特許文献2)。 However, what is important for industrial use and has been put into practical use is the use as an acid catalyst using a free acid type heteropolyacid obtained by exchanging the countercation of the heteropolyanion with H + . For example, ring-opening polymerization of tetrahydrofuran is mentioned (Patent Document 2).

工業用途として有用である酸触媒としてのヘテロポリ酸の例の多くは無置換のフリーアシッド型を用いたものが多い。例えば、H3[PW1240]、H3[PMo1240]、H4[SiW1240]、H4[SiMo1240]等があげられる。 Many examples of heteropolyacids as acid catalysts that are useful for industrial applications often use unsubstituted free acid types. For example, H 3 [PW 12 O 40 ], H 3 [PMo 12 O 40], H 4 [SiW 12 O 40], H 4 [SiMo 12 O 40] , and the like.

特開2003−261493号公報(特許請求の範囲)JP 2003-261493 A (Claims) 特開昭59−215320号公報(実施例)JP 59-215320 A (Example)

しかし、これらへテロポリ酸を用いた酸触媒は溶媒に溶解してしまい、回収、再利用が困難であるという問題があった。   However, these acid catalysts using heteropolyacids are dissolved in a solvent, and there is a problem that they are difficult to recover and reuse.

また、フリーアシッド型のヘテロポリ酸はプロトン輸送能に優れるため、塗膜中に含有させて帯電防止剤としての用途が期待されるが、塗膜からブリードアウトしやすく帯電防止性能を維持できないという問題があった。   In addition, since free acid type heteropolyacid has excellent proton transport ability, it is expected to be used as an antistatic agent when it is contained in a coating film, but it is prone to bleed out from the coating film and cannot maintain antistatic performance. was there.

そこで、ヘテロポリ酸をポリマーやシリカなどの担体と混合して物理的に固定化する方法、およびヘテロポリ酸を4級アンモニウム塩型シランカップリング剤に静電荷作用により固定化させる方法が考えられる。   Accordingly, a method of physically immobilizing the heteropolyacid by mixing with a carrier such as a polymer or silica, and a method of immobilizing the heteropolyacid to the quaternary ammonium salt type silane coupling agent by an electrostatic charge effect are conceivable.

しかしながら、物理的に混合させる方法では、十分にブリードアウトを防止することができないという問題があり、静電荷作用により固定化する方法では、より強い電荷を有する化合物により置換されることによってブリードアウトを防止できなくなるという問題があった。   However, there is a problem that the bleed-out cannot be sufficiently prevented by the method of physically mixing, and the bleed-out can be prevented by substitution with a compound having a stronger charge in the method of fixing by electrostatic charge action. There was a problem that it could not be prevented.

そこで、本発明は、単独重合もしくは共重合することにより上記問題を解決できる修飾されたフリーアシッド型のヘテロポリ酸、およびその中間材料となるヘテロポリ酸塩、ならびに前記ヘテロポリ酸を用いたフリーアシッド型ヘテロポリ酸の重合体を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides a modified free acid type heteropolyacid that can solve the above problems by homopolymerization or copolymerization, a heteropolyacid salt that is an intermediate material thereof, and a free acid type heteropolyacid using the heteropolyacid. An object is to provide an acid polymer.

上記課題を解決する本発明の修飾フリーアシッド型ヘテロポリ酸は、ヘテロポリ酸の骨格構成原子の一部欠損部位に、反応性の有機官能基を有する金属群が導入されてなるものである。   The modified free acid type heteropolyacid of the present invention that solves the above-mentioned problems is one in which a metal group having a reactive organic functional group is introduced into a partially deficient site of the skeleton constituent atom of the heteropolyacid.

また、本発明の修飾フリーアシッド型ヘテロポリ酸は、一般式(1)で示されるものである。
m[XY]・nH2O ・・・(1)
[式中、Xは骨格構成原子が一部欠損したヘテロポリアニオンであり、Yは反応性の有機官能基を有する金属群である。nは1以上の整数であり、mは1以上の整数であって一般式(1)中の[XY]から決定される負電荷の絶対値である。]
The modified free acid heteropolyacid of the present invention is represented by the general formula (1).
H m [XY] · nH 2 O (1)
[Wherein, X is a heteropolyanion in which a part of the skeleton constituent atoms is missing, and Y is a metal group having a reactive organic functional group. n is an integer greater than or equal to 1, m is an integer greater than or equal to 1, and is the absolute value of the negative charge determined from [XY] in the general formula (1). ]

また、本発明の修飾ヘテロポリ酸塩は、ヘテロポリ酸塩の骨格構成原子の一部欠損部位に、反応性の有機官能基を有する金属群が導入されてなるものである。   In addition, the modified heteropolyacid salt of the present invention is one in which a metal group having a reactive organic functional group is introduced into a partially deficient site of the skeleton constituent atom of the heteropolyacid salt.

また、本発明の修飾ヘテロポリ酸塩は、一般式(2)で示されるものである。
m[XY] ・・・(2)
[式中、Rは、Bu4+、Me2NH2 +、Li+、Na+、K+、Rb+、Cs+の群から選択され、Xは骨格構成原子が一部欠損したヘテロポリアニオンであり、Yは反応性の有機官能基を有する金属群である。mは1以上の整数であって一般式(2)中の[XY]から決定される負電荷の絶対値である。]
The modified heteropolyacid salt of the present invention is represented by the general formula (2).
R m [XY] (2)
[Wherein, R is selected from the group of Bu 4 N + , Me 2 NH 2 + , Li + , Na + , K + , Rb + , Cs + , and X is a heteropolyanion in which a part of the skeleton constituent atoms is missing] Y is a metal group having a reactive organic functional group. m is an integer of 1 or more, and is an absolute value of the negative charge determined from [XY] in the general formula (2). ]

また、本発明のフリーアシッド型ヘテロポリ酸系重合体は、前記修飾フリーアシッド型へテロポリ酸を、単独重合もしくは共重合してなるものである。   The free acid heteropolyacid polymer of the present invention is obtained by homopolymerizing or copolymerizing the modified free acid heteropolyacid.

本発明の修飾フリーアシッド型ヘテロポリ酸は、ヘテロポリ酸の骨格構成原子の一部欠損部位に反応性の有機官能基を有する金属群が導入されてなることから、単独重合もしくは共重合することにより容易に重合体とすることができる。   The modified free acid type heteropolyacid of the present invention can be easily obtained by homopolymerization or copolymerization because a metal group having a reactive organic functional group is introduced at a part of the deficient site of the skeleton constituting atom of the heteropolyacid. It can be a polymer.

そして、重合体とされた本発明のフリーアシッド型ヘテロポリ酸系重合体は、回収・再利用を容易にできる酸触媒、塗膜からのブリードアウトが起こりにくい帯電防止剤、セパレータからのブリードアウトが起こりにくい燃料電池のセパレータに含有させるプロトン輸送剤などに好適に用いることができる。   The free acid heteropolyacid polymer of the present invention, which is a polymer, has an acid catalyst that can be easily recovered and reused, an antistatic agent that hardly causes bleed out from the coating film, and bleed out from the separator. It can be suitably used as a proton transfer agent to be contained in a separator of a fuel cell that hardly occurs.

また、本発明の修飾ヘテロポリ酸塩は、カチオン交換することにより、容易に本発明の修飾フリーアシッド型ヘテロポリ酸を得ることができる。   The modified heteropolyacid salt of the present invention can easily obtain the modified free acid type heteropolyacid of the present invention by cation exchange.

以下、本発明の実施の形態について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

まず、本発明の修飾フリーアシッド型ヘテロポリ酸の実施の形態について説明する。本発明の修飾フリーアシッド型ヘテロポリ酸は、ヘテロポリ酸の骨格構成原子の一部欠損部位に、反応性の有機官能基を有する金属群が導入されてなるものである。   First, an embodiment of the modified free acid heteropolyacid of the present invention will be described. The modified free acid type heteropolyacid of the present invention is obtained by introducing a metal group having a reactive organic functional group into a partially deficient site of the skeleton constituting atom of the heteropolyacid.

このような修飾フリーアシッド型ヘテロポリ酸は、骨格構成原子の欠損部分に反応性の有機官能基を有する金属群が導入されていることから、自身で単独重合したり、反応性の官能基を有する他のモノマー・ポリマー・ヘテロポリ酸と共重合することにより、フリーアシッド型のヘテロポリ酸系重合体を得ることができる。   Such a modified free acid type heteropolyacid has a metal group having a reactive organic functional group introduced in the deficient portion of the skeleton constituent atom, so it can be homopolymerized itself or has a reactive functional group By copolymerizing with other monomer / polymer / heteropolyacid, a free acid type heteropolyacid polymer can be obtained.

このような修飾フリーアシッド型ヘテロポリ酸としては、例えば、一般式(1)で示されるものがあげられる。
m[XY]・nH2O ・・・(1)
[式中、Xは骨格構成原子が一部欠損したヘテロポリアニオンであり、Yは反応性の有機官能基を有する金属群である。nは1以上の整数であり、mは1以上の整数であって一般式(1)中の[XY]から決定される負電荷の絶対値である。]
Examples of such a modified free acid type heteropolyacid include those represented by the general formula (1).
H m [XY] · nH 2 O (1)
[Wherein, X is a heteropolyanion in which a part of the skeleton constituent atoms is missing, and Y is a metal group having a reactive organic functional group. n is an integer greater than or equal to 1, m is an integer greater than or equal to 1, and is the absolute value of the negative charge determined from [XY] in the general formula (1). ]

一般式(1)中のXは骨格構成原子が一部欠損したヘテロポリアニオンを示す。このようなヘテロポリアニオンとしては、P21761、PW1139、γ−PW1036、SiW1139、γ−SiW1036、GeW1139などがあげられる。 X in the general formula (1) represents a heteropolyanion in which a part of the skeleton constituent atoms is missing. Examples of such heteropolyanions include P 2 W 17 O 61 , PW 11 O 39 , γ-PW 10 O 36 , SiW 11 O 39 , γ-SiW 10 O 36 , and GeW 11 O 39 .

一般式(1)中のYは、反応性の有機官能基を有する金属群を示している。   Y in the general formula (1) represents a metal group having a reactive organic functional group.

反応性の有機官能基としては、ヒドロキシル基、(メタ)アクリル基、ビニル基、エポキシ基、スチリル基、(メタ)アクリロキシ基、アミノ基、メルカプト基、イソシアネート基などがあげられる。これら官能基のうち、不飽和性二重結合を有する基である(メタ)アクリル基、ビニル基、スチリル基、(メタ)アクリロキシ基は、自身で単独重合したり、不飽和二重結合を有する他のモノマー・ポリマー・ヘテロポリ酸と容易に共重合することができる点で好ましい。これらの中でも特に、(メタ)アクリル基を用いることが好ましい。   Examples of the reactive organic functional group include a hydroxyl group, a (meth) acryl group, a vinyl group, an epoxy group, a styryl group, a (meth) acryloxy group, an amino group, a mercapto group, and an isocyanate group. Among these functional groups, the (meth) acryl group, vinyl group, styryl group, and (meth) acryloxy group, which are groups having an unsaturated double bond, are homopolymerized themselves or have an unsaturated double bond. This is preferable in that it can be easily copolymerized with other monomers, polymers and heteropolyacids. Among these, it is particularly preferable to use a (meth) acryl group.

金属群としては、金属アルコキシドの加水分解物や金属クロライドがあげられる。この中でも、修飾されたヘテロポリ酸を製造する工程上、金属アルコキシドの加水分解物が好ましい。   Examples of the metal group include hydrolysates of metal alkoxides and metal chlorides. Among these, a hydrolyzate of a metal alkoxide is preferable in the process for producing a modified heteropolyacid.

金属アルコキシドの加水分解物としては、具体的には、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、ジルコニウムカップリング剤などの加水分解物があげられる。これらの中でも、反応性官能基の種類の多さ、取扱い性が良いこと及び入手の容易さの観点から、シランカップリング剤の加水分解物を用いることが好ましい。また、金属クロライドとしては、具体的には、チタンクロライド、シリルクロライド、塩化スズなどがあげられる。   Specific examples of the hydrolyzate of metal alkoxide include hydrolysates such as silane coupling agents, titanium coupling agents, aluminum coupling agents, and zirconium coupling agents. Among these, it is preferable to use a hydrolyzate of a silane coupling agent from the viewpoint of the variety of reactive functional groups, good handleability, and availability. Specific examples of the metal chloride include titanium chloride, silyl chloride, and tin chloride.

一般式(1)中のYの具体例としては、{CH2(CH3)CCOO(CH23Si}2O、{CH2CHCOO(CH23Si}2O、{CH2CHSi}2O、{CH2CHC64Si}2O、{CH2(O)CHCH2O(CH23Si}2O、{NH2(CH22NH(CH23Si}2O、{NH2(CH23Si}2O、{SH(CH23Si}2O、{OCN(CH23Si}2Oなどがあげられる。また、これらYのSiをTi、Al、Zrに変更したものもあげられる。 Specific examples of Y in the general formula (1) include {CH 2 (CH 3 ) CCOO (CH 2 ) 3 Si} 2 O, {CH 2 CHCOO (CH 2 ) 3 Si} 2 O, {CH 2 CHSi } 2 O, {CH 2 CHC 6 H 4 Si} 2 O, {CH 2 (O) CHCH 2 O (CH 2 ) 3 Si} 2 O, {NH 2 (CH 2 ) 2 NH (CH 2 ) 3 Si } 2 O, {NH 2 (CH 2 ) 3 Si} 2 O, {SH (CH 2 ) 3 Si} 2 O, {OCN (CH 2 ) 3 Si} 2 O, and the like. Further, those in which Si of Y is changed to Ti, Al, or Zr are also included.

また、一般式(1)で示すように、一般式(1)のヘテロポリアニオンのカウンターカチオンはH+となっている。このようにカウンターカチオンをH+としたフリーアシッド型のヘテロポリ酸とすることにより、酸触媒としての触媒活性を良好にすることができる。また、フリーアシッド型のヘテロポリ酸は、帯電防止性能に優れた帯電防止剤として用いることができ、さらに、燃料電池のセパレータに含有させることにより、燃料電池のプロトン輸送能を良好にすることができる。 Further, as shown by the general formula (1), the counter cation of the heteropolyanion of the general formula (1) is H + . Thus, by using a free acid type heteropolyacid having a counter cation as H + , the catalytic activity as an acid catalyst can be improved. Further, the free acid type heteropolyacid can be used as an antistatic agent having excellent antistatic performance, and further, by containing it in the separator of the fuel cell, the proton transport ability of the fuel cell can be improved. .

一般式(1)の修飾フリーアシッド型ヘテロポリ酸の具体例としては、以下の一般式(3)で示すものがあげられる。
6[P21761{CH2(CH3)CCOO(CH23Si}2O]・20H2O・・・(3)
Specific examples of the modified free acid heteropolyacid represented by the general formula (1) include those represented by the following general formula (3).
H 6 [P 2 W 17 O 61 {CH 2 (CH 3 ) CCOO (CH 2 ) 3 Si} 2 O] · 20H 2 O (3)

一般式(1)の修飾フリーアシッド型ヘテロポリ酸は、例えば、ヘテロポリ酸の骨格構成原子の一部欠損部位に、上述したような反応性の有機官能基を有する金属群を導入することにより得ることができる。   The modified free acid type heteropolyacid of the general formula (1) can be obtained, for example, by introducing a metal group having a reactive organic functional group as described above into a partially deficient site of the skeleton constituent atom of the heteropolyacid. Can do.

具体的には、まず水とアルコールの混合物に反応性の有機官能基を有する金属アルコキシドを溶解させた溶液に、別途合成したK10[P21761]などの骨格構成原子が一部欠損したヘテロポリ酸塩を化学量論だけ加えて攪拌する。次いで、塩酸で溶液のpHを3以下程度に調整する。この作業により、反応系中で金属アルコキシドが加水分解され、当該加水分解物が、ヘテロポリ酸塩の骨格構成原子の一部欠損部位に脱水縮合反応によって導入される。次いで、得られた溶液にMe2NH2 +などのカウンターカチオンを加えてヘテロポリ酸塩を沈殿として生成させる。生成した沈殿をろ別し、十分真空乾燥を行い、修飾されたヘテロポリ酸塩を粉体として得ることができる。次いで、陽イオン交換樹脂(アンバーライト120NBA:ローム・アンド・ハース社、など)を使用して、ヘテロポリ酸塩のカウンターカチオンをカチオン交換することで、H+をカウンターカチオンに持つ一般式(1)の修飾フリーアシッド型ヘテロポリ酸を製造することができる。 Specifically, a skeletal constituent atom such as K 10 [P 2 W 17 O 61 ] separately synthesized is partly dissolved in a solution in which a metal alkoxide having a reactive organic functional group is dissolved in a mixture of water and alcohol. Add the stoichiometric amount of the missing heteropolyacid salt and stir. Next, the pH of the solution is adjusted to about 3 or less with hydrochloric acid. By this operation, the metal alkoxide is hydrolyzed in the reaction system, and the hydrolyzate is introduced into a partially deficient site of the skeleton constituent atom of the heteropolyacid salt by a dehydration condensation reaction. A counter cation such as Me 2 NH 2 + is then added to the resulting solution to form a heteropolyacid salt as a precipitate. The produced precipitate can be filtered off and sufficiently dried under vacuum to obtain a modified heteropolyacid salt as a powder. Next, using a cation exchange resin (Amberlite 120NBA: Rohm & Haas, etc.), the counter cation of the heteropolyacid salt is cation-exchanged, whereby the general formula (1) having H + as the counter cation The modified free acid type heteropolyacid can be produced.

なお、上述した骨格構成原子が一部欠損したヘテロポリ酸塩は、既知文献を参照することにより得ることができる。例えば、R.Contant,Inorg.Synth.,27,104,1990.(アメリカ)。   In addition, the heteropolyacid salt in which the skeleton constituent atoms are partially lost can be obtained by referring to known literature. For example, R.A. Contant, Inorg. Synth. 27, 104, 1990. (America).

次に、本発明の修飾ヘテロポリ酸塩の実施の形態について説明する。本発明の修飾ヘテロポリ酸塩は、ヘテロポリ酸塩の骨格構成原子の一部欠損部位に、反応性の有機官能基を有する金属群を導入してなるものである。このような修飾ヘテロポリ酸塩は、上述した本発明のフリーアシッド型ヘテロポリ酸の中間材料となる。具体的には、修飾ヘテロポリ酸塩のカウンターカチオンを陽イオン交換樹脂を用いてH+に置換することにより、上述した本発明の修飾フリーアシッド型ヘテロポリ酸を得ることができる。 Next, an embodiment of the modified heteropolyacid salt of the present invention will be described. The modified heteropolyacid salt of the present invention is obtained by introducing a metal group having a reactive organic functional group into a partially deficient site of the skeleton constituent atom of the heteropolyacid salt. Such a modified heteropolyacid salt becomes an intermediate material of the above-described free acid heteropolyacid of the present invention. Specifically, the modified free acid heteropolyacid of the present invention described above can be obtained by substituting the counter cation of the modified heteropolyacid salt with H + using a cation exchange resin.

このような修飾ヘテロポリ酸塩としては、一般式(2)で示すものがあげられる。
m[XY] ・・・(2)
[式中、Rは、Bu4+、Me2NH2 +、Li+、Na+、K+、Rb+、Cs+の群から選択され、Xは骨格構成原子が一部欠損したヘテロポリアニオンであり、Yは反応性の有機官能基を有する金属群である。mは1以上の整数であって一般式(2)中の[XY]から決定される負電荷の絶対値である。]
Examples of such a modified heteropolyacid salt include those represented by the general formula (2).
R m [XY] (2)
[Wherein, R is selected from the group of Bu 4 N + , Me 2 NH 2 + , Li + , Na + , K + , Rb + , Cs + , X is a heteropolyanion in which a part of the skeleton constituent atoms is partially lost Y is a metal group having a reactive organic functional group. m is an integer of 1 or more, and is an absolute value of the negative charge determined from [XY] in the general formula (2). ]

一般式(2)中のXおよびYとしては、上述した一般式(1)のXおよびYと同様である。また、このような修飾ヘテロポリ酸塩は水和物である場合がある。   X and Y in the general formula (2) are the same as X and Y in the general formula (1) described above. Such modified heteropolyacid salts may also be hydrates.

このような本発明の修飾ヘテロポリ酸塩の製造方法は、上述した本発明の修飾フリーアシッド型ヘテロポリ酸の製造方法と、最終工程であるカチオン交換以外は同様である。   The method for producing the modified heteropolyacid salt of the present invention is the same as the method for producing the modified free acid heteropolyacid of the present invention described above, except for cation exchange which is the final step.

次に、本発明のフリーアシッド型ヘテロポリ酸系重合体の実施の形態について説明する。本発明のフリーアシッド型ヘテロポリ酸系重合体は、上述した本発明の修飾フリーアシッド型へテロポリ酸を、単独重合もしくは共重合させてなるものである。   Next, an embodiment of the free acid type heteropolyacid polymer of the present invention will be described. The free acid type heteropolyacid polymer of the present invention is obtained by homopolymerizing or copolymerizing the above-described modified free acid type heteropolyacid of the present invention.

重合は、反応性の有機官能基の反応により行うことができる。共重合する場合の相手のモノマー・ポリマー・ヘテロポリ酸としては、修飾フリーアシッド型へテロポリ酸が有する反応性の有機官能基と反応可能な官能基を有するものであればよい。このようなモノマー・ポリマー・ヘテロポリ酸としては、例えば側鎖中にヒドロキシル基、(メタ)アクリル基、ビニル基、エポキシ基、スチリル基、(メタ)アクリロキシ基、アミノ基、メルカプト基、イソシアナト基を有するものがあげられる。   The polymerization can be performed by reaction of a reactive organic functional group. In the case of copolymerization, the partner monomer / polymer / heteropolyacid may be any one having a functional group capable of reacting with the reactive organic functional group of the modified free acid type heteropolyacid. Examples of such monomers, polymers, and heteropolyacids include hydroxyl groups, (meth) acryl groups, vinyl groups, epoxy groups, styryl groups, (meth) acryloxy groups, amino groups, mercapto groups, and isocyanato groups in the side chain. What you have.

以下、不飽和性二重結合を有する金属群を導入してなる修飾フリーアシッド型ヘテロポリ酸と、不飽和性二重結合を有する他のモノマー(アクリルモノマー)との共重合反応を例にとり説明する。   Hereinafter, a copolymerization reaction between a modified free acid type heteropolyacid obtained by introducing a metal group having an unsaturated double bond and another monomer having an unsaturated double bond (acrylic monomer) will be described as an example. .

まず、所定量の反応溶媒、不飽和性二重結合を有する金属群を導入してなる修飾フリーアシッド型ヘテロポリ酸、汎用のアクリルモノマー及び重合開始剤を含む三口フラスコを用意し、攪拌しながら反応系内を窒素で置換する。窒素置換後、フラスコを75℃のオイルバスに加えて系内を加熱する。オイルバスの温度を75℃に保ったまま4時間加熱攪拌する。4時間後、反応溶液を室温まで放冷した後、大量のメタノールに溶液を滴下してポリマーを再沈殿させる。一晩攪拌した後、沈殿を分別して十分吸引乾燥させることで、修飾フリーアシッド型ヘテロポリ酸とアクリルモノマーとが共重合されてなるフリーアシッド型ヘテロポリ酸系重合体を得ることができる。   First, prepare a three-necked flask containing a predetermined amount of reaction solvent, a modified free acid type heteropolyacid introduced with a metal group having an unsaturated double bond, a general-purpose acrylic monomer and a polymerization initiator, and react while stirring. The system is replaced with nitrogen. After nitrogen substitution, the flask is added to a 75 ° C. oil bath and the system is heated. The mixture is heated and stirred for 4 hours while keeping the temperature of the oil bath at 75 ° C. After 4 hours, the reaction solution is allowed to cool to room temperature, and the solution is added dropwise to a large amount of methanol to reprecipitate the polymer. After stirring overnight, the precipitate is separated and sufficiently dried by suction, whereby a free acid heteropolyacid polymer obtained by copolymerizing a modified free acid heteropolyacid and an acrylic monomer can be obtained.

上述した重合方法は、溶液重合方法によるものであるが、塊重合等の異なる重合方法によっても重合することができる。   The above-described polymerization method is based on a solution polymerization method, but can also be performed by a different polymerization method such as bulk polymerization.

例えば、まず紫外線硬化性のアクリル系オリゴマー、アクリル系モノマーおよび反応性の有機官能基を有する金属群が導入されてなる修飾フリーアシッド型へテロポリ酸を均一に混和させ、さらに光重合開始剤を均一に溶解させる。このときに粘度調節のために、各成分が溶解する溶媒を使用してもよい。   For example, a UV-curable acrylic oligomer, acrylic monomer, and modified free acid type heteropolyacid introduced with a metal group having a reactive organic functional group are uniformly mixed, and the photopolymerization initiator is uniformly mixed. Dissolve in. At this time, a solvent in which each component is dissolved may be used for viscosity adjustment.

次に、調整した溶液に紫外線を照射することにより(希釈溶媒を使用した場合は紫外線照射前に熱風乾燥により溶媒を除去する)、紫外線硬化性のアクリル系オリゴマーと、アクリル系モノマーと、反応性の有機官能基を有する金属群が導入されてなる修飾フリーアシッド型へテロポリ酸とが共重合されてなる、フリーアシッド型ヘテロポリ酸系重合体を得ることができる。なお、溶液に紫外線を照射する際は、溶液をポリエステルフィルムなどの基材上に塗布して薄膜上にしたり、型に流し込んだりして、所望の形状に整えておくことが好ましい。この塊重合方法によれば、ヘテロポリ酸成分の割合を増加させることができるため、触媒活性、帯電防止性能、プロトン輸送性能を良好にできる点で好ましい。   Next, by irradiating the prepared solution with ultraviolet light (if a diluting solvent is used, the solvent is removed by hot air drying before ultraviolet irradiation), the ultraviolet curable acrylic oligomer, the acrylic monomer, and the reactivity A free acid heteropolyacid polymer obtained by copolymerizing a modified free acid heteropolyacid into which a metal group having an organic functional group is introduced can be obtained. In addition, when irradiating an ultraviolet-ray to a solution, it is preferable to arrange | position to a desired shape by apply | coating a solution on base materials, such as a polyester film, and making it a thin film, or pouring into a type | mold. According to this bulk polymerization method, the ratio of the heteropolyacid component can be increased, which is preferable in that the catalyst activity, antistatic performance, and proton transport performance can be improved.

フリーアシッド型ヘテロポリ酸系重合体の形状は用途に応じて使い分けることができる。酸触媒として用いる場合には、取り扱い性に優れる微粒子状であることが好ましい。この場合、微粒子の平均粒子径は、0.1〜100μmであることが好ましい。平均粒子径をこのような範囲とすることにより、触媒反応を進みやすくできるとともに、取り扱い性を向上させることができる。   The shape of the free acid type heteropolyacid polymer can be properly used according to the application. When used as an acid catalyst, it is preferably in the form of fine particles having excellent handleability. In this case, the average particle diameter of the fine particles is preferably 0.1 to 100 μm. By setting the average particle diameter in such a range, it is possible to facilitate the catalytic reaction and improve the handleability.

上述したように本発明のフリーアシッド型ヘテロポリ酸系重合体は、本発明の修飾フリーアシッド型ヘテロポリ酸を単独重合もしくは共重合して得ることができるが、その際、ヘテロポリ酸成分(本発明の修飾フリーアシッド型ヘテロポリ酸およびその他のヘテロポリ酸)を重合体全体の15重量%以上とすることが好ましく、30重量%以上とすることがより好ましく、50重量%以上とすることがさらに好ましい。また、上限は80重量%以下とすることが好ましい。   As described above, the free acid type heteropolyacid polymer of the present invention can be obtained by homopolymerizing or copolymerizing the modified free acid type heteropolyacid of the present invention. The modified free acid type heteropolyacid and other heteropolyacids) are preferably 15% by weight or more of the whole polymer, more preferably 30% by weight or more, and further preferably 50% by weight or more. The upper limit is preferably 80% by weight or less.

このような本発明のフリーアシッド型ヘテロポリ酸系重合体は、回収、再利用が容易な酸触媒として用いることができる。触媒反応としては、各種化合物のエステル化反応、アルキル化反応、アシル化反応の他、アルケンの水和反応、アルケンの酸化反応などがあげられる。さらに、本発明のフリーアシッド型ヘテロポリ酸系重合体は、塗膜からのブリードアウトが起こりにくい帯電防止剤、セパレータからのブリードアウトが起こりにくい燃料電池のセパレータに含有させるプロトン輸送剤として用いることができる。帯電防止剤やプロトン輸送剤として用いる場合、本発明のフリーアシッド型ヘテロポリ酸系重合体を単独で塗膜化して帯電防止層やセパレータを形成してもよいが、別の樹脂などと混合して塗膜やセパレータを形成してもよい。   Such a free acid type heteropolyacid polymer of the present invention can be used as an acid catalyst that can be easily recovered and reused. Examples of the catalytic reaction include esterification reaction, alkylation reaction, acylation reaction of various compounds, alkene hydration reaction, alkene oxidation reaction, and the like. Furthermore, the free acid type heteropolyacid polymer of the present invention can be used as an antistatic agent that hardly causes bleed-out from a coating film, and a proton transport agent that is contained in a fuel cell separator that hardly causes bleed-out from a separator. it can. When used as an antistatic agent or proton transporting agent, the free acid type heteropolyacid polymer of the present invention may be formed into a single coating to form an antistatic layer or a separator, but may be mixed with another resin or the like. A coating film or a separator may be formed.

以下、実施例により本発明を更に説明する。なお、「部」、「%」は特に示さない限り、重量基準とする。   The following examples further illustrate the present invention. “Parts” and “%” are based on weight unless otherwise specified.

[実施例1]
<反応性の有機官能基を有する金属アルコキシドの加水分解物により修飾されたヘテロポリ酸塩の製造>
[Example 1]
<Production of heteropolyacid salt modified with hydrolyzate of metal alkoxide having reactive organic functional group>

メタクリル基を有する金属アルコキシドの加水分解物で修飾されたヘテロポリ酸塩((Me2NH26[P21761{CH2(CH3)CCOO(CH23Si}2O]・6H2O)の製造方法について説明する。 Heteropolyacid salt modified with hydrolyzate of metal alkoxide having methacrylic group ((Me 2 NH 2 ) 6 [P 2 W 17 O 61 {CH 2 (CH 3 ) CCOO (CH 2 ) 3 Si} 2 O] · 6H 2 O) production method will be described.

メタノール150mL、純水50mLの混合溶媒に、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(CH2(CH3)CCOO(CH23Si(OCH33)を475μL(2.0mmol)加えて、文献(R.Contant,Inorg.Synth.,27,104,1990)に従い合成した一欠損Dawson型タングストポリ酸塩K10[α2−P21761]・19H2Oを5.0g(1mmol)加えた。1M塩酸を使用して、pHを1.8に調整した。30分攪拌後、未反応の粉体をメンブランフィルターで取り除き、ろ液をロータリーエバポレーターを使用して約70mLまで濃縮した。この濃縮液に過剰量のMe2NH2Clを5.5g(67mmol)加えて粉体を析出させた。析出した粉体をガラスフィルター(G4)で回収して、十分真空乾燥させることで、目的物を白色粉体として3.98g(収率:81.6%)得ることができた。 475 μL (2.0 mmol) of γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane (CH 2 (CH 3 ) CCOO (CH 2 ) 3 Si (OCH 3 ) 3 ) was added to a mixed solvent of 150 mL of methanol and 50 mL of pure water. (R. Constant, Inorg. Synth., 27, 104, 1990) 5.0 g (1 mmol) of one-deficient Dawson-type Tungstopolyacid salt K 102 -P 2 W 17 O 61 ] · 19H 2 O synthesized according to (R. Constant, Inorg. Synth., 27, 104, 1990). added. The pH was adjusted to 1.8 using 1M hydrochloric acid. After stirring for 30 minutes, unreacted powder was removed with a membrane filter, and the filtrate was concentrated to about 70 mL using a rotary evaporator. An excessive amount of Me 2 NH 2 Cl (5.5 g, 67 mmol) was added to the concentrate to precipitate a powder. The precipitated powder was collected with a glass filter (G4) and sufficiently dried under vacuum to obtain 3.98 g (yield: 81.6%) of the target product as a white powder.

<FT−IR{KBr disk}>
1702(m)、1629(br,m)[H2O]、1466(m)[Me2NH2]、1412(w)、1327(w)、1304(w)、1186(m)、1088(s)、1039(m)、954(s)、922(w)、793(vs)、566(w)、527(m) cm-1
<FT-IR {KBr disk}>
1702 (m), 1629 (br, m) [H 2 O], 1466 (m) [Me 2 NH 2 ], 1412 (w), 1327 (w), 1304 (w), 1186 (m), 1088 ( s), 1039 (m), 954 (s), 922 (w), 793 (vs), 566 (w), 527 (m) cm −1

31P NMR>
{溶媒 D2O、22.6℃、外部標準:25%H3PO4aq.キャピラリー}
δ−10.3、−13.3 ppm
<31 P NMR>
{Solvent D 2 O, 22.6 ° C, external standard: 25% H 3 PO 4 aq. Capillary}
δ-10.3, -13.3 ppm

H NMR>
{溶媒 D2O、21.3℃、外部標準:TSP 置換法}
δ0.93−0.94、1.93、2.01−2.05、2.74、4.28−4.29、5.69、6.15 ppm
<1 H NMR>
{Solvent D 2 O, 21.3 ° C, external standard: TSP substitution method}
δ 0.93-0.94, 1.93, 2.01-1.05, 2.74, 4.28-4.29, 5.69, 6.15 ppm

13C NMR>
{溶媒 D2O、26.3℃、外部標準:DSS 置換法}
δ19.3、23.2、36.5、69.0、 128.4、138.0 ppm
< 13C NMR>
{Solvent D 2 O, 26.3 ° C, external standard: DSS substitution method}
δ 19.3, 23.2, 36.5, 69.0, 128.4, 138.0 ppm

<CHN 元素分析>
(Me2NH26[P21761{CH2(CH3)CCOO(CH23Si}2O]・6H2
<CHN elemental analysis>
(Me 2 NH 2 ) 6 [P 2 W 17 O 61 {CH 2 (CH 3 ) CCOO (CH 2 ) 3 Si} 2 O] · 6H 2 O

Figure 2008031147
Figure 2008031147

上記キャラクタリゼーションの結果より、目的物が単一種で合成されたことがわかる。
この化合物を前駆体に使用して、フリーアシッドの合成を行った。
From the characterization results, it can be seen that the target product was synthesized as a single species.
Using this compound as a precursor, free acid was synthesized.

<反応性の有機官能基を有する金属アルコキシドの加水分解物により修飾されたヘテロポリ酸H6[P21761{CH2(CH3)CCOO(CH23Si}2O]・20H2Oの製造(上記で得られた修飾ヘテロポリ酸塩のカウンターカチオンの置換)> <Heteropolyacid H 6 [P 2 W 17 O 61 {CH 2 (CH 3 ) CCOO (CH 2 ) 3 Si} 2 O] · 20H Modified by Hydrolyzate of Metal Alkoxide Having Reactive Organic Functional Group Production of 2 O (Substitution of Counter Cation of Modified Heteropolyacid Salt Obtained above)>

上記で製造したヘテロポリ酸塩(Me2NH26[P21761{CH2(CH3)CCOO(CH23Si}2O]・6H2O 0.4g(0.082mmol)を湯浴上で60mLの純水に溶解した。室温まで放冷後、H+チャージした陽イオン交換樹脂(アンバーライト120NBA:ローム・アンド・ハース社)100mLに通薬した。更に純水100mLを通薬して、出てきた液をロータリーエバポレーターを使用して乾固した。更に真空乾燥させることで、目的物を橙黄色粉体として0.3g(収率:80%)得ることができた。 Heteropolyacid salt (Me 2 NH 2 ) 6 [P 2 W 17 O 61 {CH 2 (CH 3 ) CCOO (CH 2 ) 3 Si} 2 O] · 6H 2 O 0.4 g (0.082 mmol) prepared above ) Was dissolved in 60 mL of pure water on a hot water bath. After cooling to room temperature, the drug was passed through 100 mL of an H + charged cation exchange resin (Amberlite 120NBA: Rohm and Haas). Furthermore, 100 mL of pure water was poured, and the liquid that came out was dried using a rotary evaporator. Furthermore, 0.3 g (yield: 80%) of the target product was obtained as an orange-yellow powder by vacuum drying.

<FT−IR {KBr disk}>
1686(m)、1629(br,w)[H2O]、1419(w)、1368(w)、1306(w)、1238(w)、1189(br,w)、1090(s)、1039(m)、957(s)、915(m)、805(br,vs)、597(w)、566(w)、531(m) cm-1
<FT-IR {KBr disk}>
1686 (m), 1629 (br, w) [H 2 O], 1419 (w), 1368 (w), 1306 (w), 1238 (w), 1189 (br, w), 1090 (s), 1039 (M), 957 (s), 915 (m), 805 (br, vs), 597 (w), 566 (w), 531 (m) cm −1

31P NMR>
{溶媒 D2O、23.1℃、外部標準:25%H3PO4aq.置換法}
δ−10.3、−13.3 ppm
<31 P NMR>
{Solvent D 2 O, 23.1 ° C, external standard: 25% H 3 PO 4 aq. Replacement method}
δ-10.3, -13.3 ppm

1H NMR>
{溶媒 D2O、21.4℃、外部標準:TSP 置換法}
δ0.89−0.92、1.91、1.97−2.04、4.25−4.26、5.67、6.13 ppm
<1 H NMR>
{Solvent D 2 O, 21.4 ° C, external standard: TSP substitution method}
δ 0.89-0.92, 1.91, 1.97-2.04, 4.25-4.26, 5.67, 6.13 ppm

13C NMR>
{溶媒 D2O、25.2℃、外部標準:DSS 置換法}
δ9.72、19.4、23.3、69.1、128.5−129.0、138.1、172.0 ppm
< 13C NMR>
{Solvent D 2 O, 25.2 ° C, external standard: DSS substitution method}
δ9.72, 19.4, 23.3, 69.1, 128.5-129.0, 138.1, 172.0 ppm

<Solid29Si NMR>
{CPMAS:40Hz、基準:置換法polydimethylsilane−solid (−37.0 ppm)、RT}
δ−53.0 ppm
<Solid 29 Si NMR>
{CPMAS: 40 Hz, standard: substitution method polydimethylsilane-solid (-37.0 ppm), RT}
δ-53.0 ppm

<CHN 元素分析>
6[P21761{CH2(CH3)CCOO(CH23Si}2O]・20H2
<CHN elemental analysis>
H 6 [P 2 W 17 O 61 {CH 2 (CH 3 ) CCOO (CH 2 ) 3 Si} 2 O] · 20H 2 O

Figure 2008031147
Figure 2008031147

上記キャラクタリゼーションの結果より、目的物であるヘテロポリ酸H6[P21761{CH2(CH3)CCOO(CH23Si}2O]・20H2Oが製造されたことが確認された。 From the result of the above characterization, it was confirmed that the target heteropoly acid H 6 [P 2 W 17 O 61 {CH 2 (CH 3 ) CCOO (CH 2 ) 3 Si} 2 O] · 20H 2 O was produced. confirmed.

<実施例1で得られたヘテロポリ酸H6[P21761{CH2(CH3)CCOO(CH23Si}2O]・20H2Oとメチルメタクリレート(MMA)との共重合体の製造> <Coordination of heteropolyacid H 6 [P 2 W 17 O 61 {CH 2 (CH 3 ) CCOO (CH 2 ) 3 Si} 2 O] · 20H 2 O obtained in Example 1 and methyl methacrylate (MMA) Production of polymer>

冷却管、窒素導入管、温度計を装備した三口フラスコにCH3CN 30mLを加え、上記で得たヘテロポリ酸H6[P21761{CH2(CH3)CCOO(CH23Si}2O]・20H2O 8g(1.80mmol)を溶解した。さらにメチルメタクリレート(MMA) 12g(84mmol)を加え、さらに重合開始剤であるアゾビスイソブチロニトリル 0.03gを加えて窒素でパージした。パージ終了後、三口フラスコをオイルバスにつけて内温を4時間75℃に保った。粘度が上昇した溶液にメタノール500mLを加えて析出した粉体をデカンテーションにより回収して十分真空乾燥させた。目的のポリマーを白色粉体として6.6g(収率:33.0%)得られた。 30 mL of CH 3 CN was added to a three-necked flask equipped with a cooling pipe, a nitrogen introduction pipe, and a thermometer, and the heteropolyacid H 6 [P 2 W 17 O 61 {CH 2 (CH 3 ) CCOO (CH 2 ) 3] obtained above. Si} 2 O] · 20H 2 O 8 g (1.80 mmol) was dissolved. Further, 12 g (84 mmol) of methyl methacrylate (MMA) was added, and 0.03 g of azobisisobutyronitrile as a polymerization initiator was added and purged with nitrogen. After purging, the three-necked flask was placed in an oil bath and the internal temperature was kept at 75 ° C. for 4 hours. 500 mL of methanol was added to the solution with increased viscosity, and the precipitated powder was recovered by decantation and sufficiently dried in vacuum. 6.6 g (yield: 33.0%) of the target polymer was obtained as a white powder.

<FT−IR>
2994(w)、2950(w)、1723(m)、1434(m)、1386(m)、1239(s)、1190(s)、1144(s)、962(m)、910(m)、838(m)、809(m)、749(m) cm-1
<FT-IR>
2994 (w), 2950 (w), 1723 (m), 1434 (m), 1386 (m), 1239 (s), 1190 (s), 1144 (s), 962 (m), 910 (m), 838 (m), 809 (m), 749 (m) cm -1

31P NMR in CD3CN>
δ−9.1、−12.2 ppm
<31 P NMR in CD 3 CN >
δ-9.1, -12. 2 ppm

上記キャラクタリゼーションの結果より、ヘテロポリ酸H6[P21761{CH2(CH3)CCOO(CH23Si}2O]・20H2OとMMAとが共重合されてなる、フリーアシッド型ヘテロポリ酸系重合体が得られたことを確認した。 From the result of the above characterization, the heteropolyacid H 6 [P 2 W 17 O 61 {CH 2 (CH 3 ) CCOO (CH 2 ) 3 Si} 2 O] · 20H 2 O and MMA are copolymerized. It was confirmed that a free acid type heteropolyacid polymer was obtained.

[実施例2]
<反応性の有機官能基を有する金属アルコキシドの加水分解物により修飾されたヘテロポリ酸塩の製造>
[Example 2]
<Production of heteropolyacid salt modified with hydrolyzate of metal alkoxide having reactive organic functional group>

まず、ビニル基を有する金属アルコキシドの加水分解物により修飾されたヘテロポリ酸塩(Me2NH26[P21761(CH2CHSi)2O]・7H2Oの製造方法について説明する。 First, a method for producing a heteropolyacid salt (Me 2 NH 2 ) 6 [P 2 W 17 O 61 (CH 2 CHSi) 2 O] · 7H 2 O modified with a hydrolyzate of a metal alkoxide having a vinyl group will be described. To do.

メタノール150mL、純水50mLの混合溶媒にビニルトリメトキシシラン(CH2CHSi(OCH33)を310μL(2.0mmol)加えて実施例1と同様の文献に従って合成した一欠損Dawson型タングストポリ酸塩K10[α2−P21761]・19H2Oを5.0g(1mmol)加えた。1M塩酸を使用して、pHを1.8に調整した。2時間攪拌後、未反応の粉体をメンブランフィルターで取り除きろ液をロータリーエバポレーターを使用して約70mLまで濃縮した。この濃縮液に過剰量のMe2NH2Clを5.5g(67mmol)加えて粉体を析出させた。析出した粉体をメンブランフィルターで回収後、5mLのメタノールで2回洗浄しさらに50mLのジエチルエーテルで2回洗浄した。さらに充分吸引乾燥させることで目的物を微白黄緑色粉体として3.17g(収率:67.6%)得ることができた。 One-deficient Dawson-type Tungstopolyacid salt synthesized according to the same literature as Example 1 by adding 310 μL (2.0 mmol) of vinyltrimethoxysilane (CH 2 CHSi (OCH 3 ) 3 ) to a mixed solvent of methanol 150 mL and pure water 50 mL 5.0 g (1 mmol) of K 102 -P 2 W 17 O 61 ] .19H 2 O was added. The pH was adjusted to 1.8 using 1M hydrochloric acid. After stirring for 2 hours, unreacted powder was removed with a membrane filter, and the filtrate was concentrated to about 70 mL using a rotary evaporator. An excessive amount of Me 2 NH 2 Cl (5.5 g, 67 mmol) was added to the concentrate to precipitate a powder. The precipitated powder was collected by a membrane filter, washed twice with 5 mL of methanol, and further washed twice with 50 mL of diethyl ether. Further, 3.17 g (yield: 67.6%) of the target product was obtained as a fine white yellowish green powder by sufficiently sucking and drying.

<FT−IR{KBr disk}>
1617(m)、1465(s)、1437(w)、1405(W)、1272(w)、1232(w)、1090(vs)、1069(w)、1040(s)、1017(w)、954(m)、919(m)、792(Br,s)、622(w)、596(w)、583(w)、566(w)、528(m)、483(w) cm-1
<FT-IR {KBr disk}>
1617 (m), 1465 (s), 1437 (w), 1405 (W), 1272 (w), 1232 (w), 1090 (vs), 1069 (w), 1040 (s), 1017 (w), 954 (m), 919 (m), 792 (Br, s), 622 (w), 596 (w), 583 (w), 566 (w), 528 (m), 483 (w) cm −1

31P NMR>
{溶媒 D2O、23.4℃、外部標準:25%H3PO4aq.キャピラリー}
δ−10.3、−13.3 ppm
<31 P NMR>
{Solvent D 2 O, 23.4 ° C, external standard: 25% H 3 PO 4 aq. Capillary}
δ-10.3, -13.3 ppm

H NMR>
{溶媒 D2O、23.5℃、内部標準:DSS}
δ6.05−6.12、6.30、6.33−6.35 ppm
<1 H NMR>
{Solvent D 2 O, 23.5 ° C, Internal standard: DSS}
δ 6.05-6.12, 6.30, 6.33-6.35 ppm

13C NMR>
{溶媒 DO、26.0℃、外部標準:DSS 置換法}
δ36.5、130.6、140.5 ppm
< 13C NMR>
{Solvent D 2 O, 26.0 ° C, external standard: DSS substitution method}
δ36.5, 130.6, 140.5 ppm

29Si NMR>
{溶媒 DMSO−d6、26.0℃、外部標準:TMS 置換法}
δ−67.6 ppm
<29 Si NMR>
{Solvent DMSO-d 6 , 26.0 ° C, external standard: TMS substitution method}
δ-67.6 ppm

183W NMR>
{溶媒 DMSO−d6、20.0℃、外部標準:飽和Na2WO4aq. 置換法}
δ−116.6、−161.7、−163.6、−164.1、−173.3、−178.9、−198.6、−317.3 ppm
< 183 W NMR>
{Solvent DMSO-d 6 , 20.0 ° C, external standard: saturated Na 2 WO 4 aq. Replacement method}
δ-116.6, −161.7, −163.6, −164.1, −173.3, −178.9, −198.6, −317.3 ppm

<CHN 元素分析>
(Me2NH26[P21761(CH2CHSi)2O]・7H2
<CHN elemental analysis>
(Me 2 NH 2 ) 6 [P 2 W 17 O 61 (CH 2 CHSi) 2 O] · 7H 2 O

Figure 2008031147
Figure 2008031147

上記キャラクタリゼーションの結果より、目的物が単一種で得られたことがわかる。この化合物を前駆体に使用して、フリーアシッドの合成を行った。   From the characterization results, it can be seen that the target product was obtained as a single species. Using this compound as a precursor, free acid was synthesized.

<反応性の有機官能基を有する金属アルコキシドの加水分解物により修飾されたヘテロポリ酸H6[P21761(CH2CHSi)2O]・22H2Oの製造> <Production of heteropolyacid H 6 [P 2 W 17 O 61 (CH 2 CHSi) 2 O] · 22H 2 O modified with a hydrolyzate of metal alkoxide having a reactive organic functional group>

上記で製造したヘテロポリ酸塩(Me2NH26[P21761{(CH2CHSi)2O}]・7H2O 2.0g(0.43mmol)を純水30mLに溶解した。H+チャージした実施例1と同様の陽イオン交換樹脂100mLに通薬した。さらに純水100mLを通薬して出てきた液をロータリーエバポレーターを使用して乾固した。さらに真空乾燥させることで、目的物を黄色粉体として1.66g(収率:82.3%)得ることができた。 The heteropoly acid salt (Me 2 NH 2 ) 6 [P 2 W 17 O 61 {(CH 2 CHSi) 2 O}] · 7H 2 O 2.0 g (0.43 mmol) prepared above was dissolved in 30 mL of pure water. . The drug was passed through 100 mL of the same cation exchange resin as in Example 1 charged with H + . Further, 100 mL of pure water was passed through and the liquid that came out was dried using a rotary evaporator. Furthermore, 1.66 g (yield: 82.3%) of the target product as a yellow powder could be obtained by vacuum drying.

<FT−IR{KBr disk}>
1617(m)、1406(m)、1271(w)、1090(vs)、1043(m)、956(s)、916(s)、797(br,s)、566(w)、529(m)、484(w) cm-1
<FT-IR {KBr disk}>
1617 (m), 1406 (m), 1271 (w), 1090 (vs), 1043 (m), 956 (s), 916 (s), 797 (br, s), 566 (w), 529 (m ), 484 (w) cm -1

31P NMR>
{溶媒 D2O、22.8℃、外部標準:25%H3PO4aq.キャピラリー}
δ−10.4、−13.4 ppm
<31 P NMR>
{Solvent D 2 O, 22.8 ° C, external standard: 25% H 3 PO 4 aq. Capillary}
δ-10.4, -13.4 ppm

1H NMR>
{溶媒 D2O、23.0℃、外部標準:DSS 置換法}
δ5.98−6.10、6.27−6.29、6.31−6.33 ppm
<1 H NMR>
{Solvent D 2 O, 23.0 ° C, external standard: DSS substitution method}
δ 5.98-6.10, 6.27-6.29, 6.31-6.33 ppm

13C NMR>
{溶媒 D2O、26.1℃、外部標準:DSS 置換法}
δ130.5、140.4 ppm
< 13C NMR>
{Solvent D 2 O, 26.1 ° C, external standard: DSS substitution method}
δ130.5, 140.4 ppm

<CHN 元素分析>
6[P21761(CH2CHSi)2O]・22H2
<CHN elemental analysis>
H 6 [P 2 W 17 O 61 (CH 2 CHSi) 2 O] .22H 2 O

Figure 2008031147
Figure 2008031147

上記キャラクタリゼーションの結果より、目的物であるヘテロポリ酸H6[P21761(CH2CHSi)2O]・22H2Oが製造されたことが確認された。 From the result of the above characterization, it was confirmed that the target heteropoly acid H 6 [P 2 W 17 O 61 (CH 2 CHSi) 2 O] · 22H 2 O was produced.

[実施例3]
<反応性の有機官能基を有する金属アルコキシドの加水分解物により修飾されたヘテロポリ酸塩の製造>
[Example 3]
<Production of heteropolyacid salt modified with hydrolyzate of metal alkoxide having reactive organic functional group>

アクリル基を有する金属アルコキシドの加水分解物により修飾されたヘテロポリ酸塩((Me2NH26[P21761{CH2CHCOO(CH23Si}2O]・5H2O)の製造方法について説明する。 Heteropolyacid salt ((Me 2 NH 2 ) 6 [P 2 W 17 O 61 {CH 2 CHCOO (CH 2 ) 3 Si} 2 O] · 5H 2 O modified with hydrolyzate of metal alkoxide having an acrylic group ) Will be described.

メタノール150mL、純水50mLの混合溶媒に3−アルコキシプロピルトリメトキシシラン(CH2CHCOO(CH23Si(OMe)3)を445μL(2.0mmol)加えて実施例1と同様の文献にしたがって合成した一欠損Dawson型タングストポリ酸塩K10[α2−P21761]・19H2Oを5.0g(1mmol)加えた。1M塩酸を使用して、pHを1.8に調整した。2時間攪拌後、未反応の粉体をメンブランフィルターで取り除きろ液をロータリーエバポレーターを使用して約70mLまで濃縮した。この濃縮液に過剰量のMe2NH2Clを5.5g(67mmol)加えて粉体を析出させた。析出した粉体をメンブランフィルターで回収後、5mLのメタノールで2回洗浄しさらに50mLのジエチルエーテルで2回洗浄した。さらに充分吸引乾燥させることで目的物を微白黄緑色粉体として3.48g(収率:72.1%)得ることができた。 445 μL (2.0 mmol) of 3- alkoxypropyltrimethoxysilane (CH 2 CHCOO (CH 2 ) 3 Si (OMe) 3 ) was added to a mixed solvent of 150 mL of methanol and 50 mL of pure water according to the same literature as in Example 1. 5.0 g (1 mmol) of synthesized single-deficient Dawson-type tungstopolyacid salt K 102 -P 2 W 17 O 61 ] · 19H 2 O was added. The pH was adjusted to 1.8 using 1M hydrochloric acid. After stirring for 2 hours, unreacted powder was removed with a membrane filter, and the filtrate was concentrated to about 70 mL using a rotary evaporator. An excessive amount of Me 2 NH 2 Cl (5.5 g, 67 mmol) was added to the concentrate to precipitate a powder. The precipitated powder was collected by a membrane filter, washed twice with 5 mL of methanol, and further washed twice with 50 mL of diethyl ether. Further, by sufficiently sucking and drying, 3.48 g (yield: 72.1%) of the target product as a fine white yellowish green powder could be obtained.

<FT−IR{KBr disk}>
1713(m)、1616(m)、1465(m)、1413(w)、1298(w)、1217(w)、1088(s)、1069(w)、1039(m)、1018(w)、955(vs)、921(s)、795 (br,vs)、750(m)、715(m)、570(w)、529(w) cm-1
<FT-IR {KBr disk}>
1713 (m), 1616 (m), 1465 (m), 1413 (w), 1298 (w), 1217 (w), 1088 (s), 1069 (w), 1039 (m), 1018 (w), 955 (vs), 921 (s), 795 (br, vs), 750 (m), 715 (m), 570 (w), 529 (w) cm −1

31P NMR>
{溶媒 D2O、21.6℃、外部標準:25%H3PO4aq.キャピラリー}
δ−10.2、−13.3 ppm
<31 P NMR>
{Solvent D 2 O, 21.6 ° C, external standard: 25% H 3 PO 4 aq. Capillary}
δ-10.2, -13.3 ppm

1H NMR>
{溶媒 D2O、21.8℃、外部標準:DSS 置換法}
δ0.91−0.95、2.01−2.06、4.27−4.31、5.94−5.97、6.21−6.28、6.41−6.45 ppm
<1 H NMR>
{Solvent D 2 O, 21.8 ° C, external standard: DSS substitution method}
δ 0.91-0.95, 2.01-2.06, 4.27-4.31, 5.94-5.97, 6.21-6.28, 6.41-6.45 ppm

13C NMR>
{溶媒 DMSO−d6、25.1℃、外部標準:TMS 置換法}
δ8.57、21.8、66.0、128.2、131.1、165.3 ppm
< 13C NMR>
{Solvent DMSO-d 6 , 25.1 ° C, external standard: TMS substitution method}
δ 8.57, 21.8, 66.0, 128.2, 131.1, 165.3 ppm

183W NMR>
{溶媒 DMSO−d6、18.3℃、外部標準:飽和Na2WO4aq. 置換法}
δ−115.9、−118.6、−162.7、−166.6、−173.4、−179.8、−199.8、−320.1 ppm
< 183 W NMR>
{Solvent DMSO-d 6 , 18.3 ° C, external standard: saturated Na 2 WO 4 aq. Replacement method}
δ-115.9, -118.6, -162.7, -166.6, -173.4, -179.8, -199.8, -320.1 ppm

<CHN 元素分析>
(Me2NH26[P21761{CH2CHCOO(CH23Si}2O]・5H2
<CHN elemental analysis>
(Me 2 NH 2 ) 6 [P 2 W 17 O 61 {CH 2 CHCOO (CH 2 ) 3 Si} 2 O] · 5H 2 O

Figure 2008031147
Figure 2008031147

上記キャラクタリゼーションの結果より、目的物が単一種で得られたことがわかる。この化合物を前駆体に使用して、フリーアシッドの合成を行った。   From the characterization results, it can be seen that the target product was obtained as a single species. Using this compound as a precursor, free acid was synthesized.

<反応性の有機官能基を有する金属アルコキシドの加水分解物により修飾されたヘテロポリ酸H6[P21761{CH2CHCOO(CH23Si}2O]・25H2Oの製造> <Production of heteropolyacid H 6 [P 2 W 17 O 61 {CH 2 CHCOO (CH 2 ) 3 Si} 2 O] · 25H 2 O modified with a hydrolyzate of metal alkoxide having a reactive organic functional group >

上記で製造したヘテロポリ酸塩(Me2NH26[P21761{CH2CHCOO(CH23Si}2O]・5H2O 2.0g(0.41mmol)を純水30mLに溶解した。H+チャージした実施例1と同様の陽イオン交換樹脂100mLに通薬した。さらに純水100mLを通薬して出てきた液をロータリーエバポレーターを使用して乾固した。さらに真空乾燥させることで、目的物を黄色粉体として1.59g(収率:78.9%)得ることができた。 The heteropolyacid salt (Me 2 NH 2 ) 6 [P 2 W 17 O 61 {CH 2 CHCOO (CH 2 ) 3 Si} 2 O] · 5H 2 O 2.0 g (0.41 mmol) prepared above is purified water. Dissolved in 30 mL. The drug was passed through 100 mL of the same cation exchange resin as in Example 1 charged with H + . Further, 100 mL of pure water was passed through and the liquid that came out was dried using a rotary evaporator. Further, 1.59 g (yield: 78.9%) of the target product as a yellow powder could be obtained by vacuum drying.

<FT−IR{KBr disk}>
1698(m)、1618(m)、1416(w)、1301(w)、1225(w)、1089(m)、1038(m)、954(vs)、917(s)、793(br,vs)、570(w)、529(w) cm-1
<FT-IR {KBr disk}>
1698 (m), 1618 (m), 1416 (w), 1301 (w), 1225 (w), 1089 (m), 1038 (m), 954 (vs), 917 (s), 793 (br, vs ), 570 (w), 529 (w) cm −1

31P NMR>
{溶媒 D2O、21.4℃、外部標準:25%H3PO4aq.キャピラリー}
δ−10.3、−13.3 ppm
<31 P NMR>
{Solvent D 2 O, 21.4 ° C, external standard: 25% H 3 PO 4 aq. Capillary}
δ-10.3, -13.3 ppm

1H NMR>
{溶媒 D2O、23.0℃、外部標準:DSS 置換法}
δ0.89−0.93、1.99−2.03、4.26−4.28、5.92−5.95、6.20−6.27、6.38−6.44 ppm
<1 H NMR>
{Solvent D 2 O, 23.0 ° C, external standard: DSS substitution method}
δ 0.89-0.93, 1.99-2.03, 4.26-4.28, 5.92-5.95, 6.20-6.27, 6.38-6.44 ppm

13C NMR>
{溶媒 DO、25.6℃、外部標準:DSS 置換法}
δ6.93、23.2、68.8、129.6、133.9、170.6 ppm
< 13C NMR>
{Solvent D 2 O, 25.6 ° C, external standard: DSS substitution method}
δ 6.93, 23.2, 68.8, 129.6, 133.9, 170.6 ppm

<CHN 元素分析>
6[P21761{CH2CHCOO(CH23Si}2O]・25H2
<CHN elemental analysis>
H 6 [P 2 W 17 O 61 {CH 2 CHCOO (CH 2 ) 3 Si} 2 O] · 25H 2 O

Figure 2008031147
Figure 2008031147

上記キャラクタリゼーションの結果より、目的物であるヘテロポリ酸H6[P21761{CH2CHCOO(CH23Si}2O]・25H2Oが製造されたことが確認された。 From the results of the above characterization, it was confirmed that the target heteropoly acid H 6 [P 2 W 17 O 61 {CH 2 CHCOO (CH 2 ) 3 Si} 2 O] · 25H 2 O was produced.

[実施例4]
<反応性の有機官能基を有する金属アルコキシドの加水分解物により修飾されたヘテロポリ酸塩の製造>
[Example 4]
<Production of heteropolyacid salt modified with hydrolyzate of metal alkoxide having reactive organic functional group>

ビニル基を有する金属アルコキシドの加水分解物により修飾されたヘテロポリ酸塩(Bu4N)3[PW1139(CH2CHSi)2O]の製造方法について説明する。 A method for producing a heteropolyacid salt (Bu 4 N) 3 [PW 11 O 39 (CH 2 CHSi) 2 O] modified with a hydrolyzate of a metal alkoxide having a vinyl group will be described.

メタノール150mL、純水50mLの混合溶媒にビニルトリメトキシシラン(CH2CHSi(CH3O)3)を310μL(2.0mmol)加えて実施例1と同様の文献にしたがって合成した一欠損Keggin型タングストポリ酸塩K7[PW1139]・8H2Oを3.0g(1mmol)加えた。1M塩酸を使用して、pHを1.8に調整した。2時間攪拌後、未反応の粉体をメンブランフィルターで取り除きろ液をロータリーエバポレーターを使用して約70mLまで濃縮した。この濃縮液に過剰量のBu4NBrを5.5g(17mmol)加えて粉体を析出させた。析出した粉体をメンブランフィルターで回収後、純水50mL、メタノール50mL、ジエチルエーテル50mLで各3回洗浄した。さらに充分吸引乾燥させることで目的物を白色粉体として3.16g(収率:44.7%)で得ることができた。 One-deficient Keggin-type Tungstopoly synthesized by adding 310 μL (2.0 mmol) of vinyltrimethoxysilane (CH 2 CHSi (CH 3 O) 3 ) to a mixed solvent of 150 mL of methanol and 50 mL of pure water according to the same literature as in Example 1. 3.0 g (1 mmol) of acid salt K 7 [PW 11 O 39 ] · 8H 2 O was added. The pH was adjusted to 1.8 using 1M hydrochloric acid. After stirring for 2 hours, unreacted powder was removed with a membrane filter, and the filtrate was concentrated to about 70 mL using a rotary evaporator. To this concentrated liquid, 5.5 g (17 mmol) of an excessive amount of Bu 4 NBr was added to precipitate a powder. The precipitated powder was collected with a membrane filter and then washed three times with 50 mL of pure water, 50 mL of methanol, and 50 mL of diethyl ether. Further, by sufficiently sucking and drying, the desired product was obtained as a white powder in 3.16 g (yield: 44.7%).

<FT−IR{KBr disk}>
1482(w)、1467(w)、1459(w)、1420(w)、1381(w)、1111(m)、1065(m)、1038(m)、995(m)、963(vs)、870(s)、823(s)、791(m)、620(w)、522(w) cm-1
<FT-IR {KBr disk}>
1482 (w), 1467 (w), 1459 (w), 1420 (w), 1381 (w), 1111 (m), 1065 (m), 1038 (m), 995 (m), 963 (vs), 870 (s), 823 (s), 791 (m), 620 (w), 522 (w) cm −1

31P NMR>
{溶媒 CD3CN、21.9℃、外部標準:25%H3PO4aq.キャピラリー}
δ−13.3 ppm
<31 P NMR>
{Solvent CD 3 CN, 21.9 ° C, external standard: 25% H 3 PO 4 aq. Capillary}
δ-13.3 ppm

1H NMR>
{溶媒 DMSO−d6、25.1℃、内部標準:TMS}
δ6.04、6.16−6.17、6.22−6.26 ppm
<1 H NMR>
{Solvent DMSO-d 6 , 25.1 ° C, internal standard: TMS}
δ 6.04, 6.16-6.17, 6.22-6.26 ppm

13C NMR>
{溶媒 DMSO−d6、25.3℃、外部標準:TMS 置換法}
δ129.6、137.4 ppm
< 13C NMR>
{Solvent DMSO-d 6 , 25.3 ° C, external standard: TMS substitution method}
δ129.6, 137.4 ppm

29Si NMR>
{溶媒 DMSO−d6、25.2℃、外部標準:TMS 置換法}
δ−65.6 ppm
<29 Si NMR>
{Solvent DMSO-d 6 , 25.2 ° C, external standard: TMS substitution method}
δ-65.6 ppm

<CHN 元素分析>
(Bu4N)3[PW1139(CH2CHSi)2O]
<CHN elemental analysis>
(Bu 4 N) 3 [PW 11 O 39 (CH 2 CHSi) 2 O]

Figure 2008031147
Figure 2008031147

上記キャラクタリゼーションの結果より、目的物が単一種で得られたことがわかる。   From the characterization results, it can be seen that the target product was obtained as a single species.

[実施例5]
<反応性の有機官能基を有する金属アルコキシドの加水分解物により修飾されたヘテロポリ酸塩の製造>
[Example 5]
<Production of heteropolyacid salt modified with hydrolyzate of metal alkoxide having reactive organic functional group>

メタクリル基を有する金属アルコキシドの加水分解物により修飾されたヘテロポリ酸塩(Bu4N)3[PW1139{CH2(CH3)CCOO(CH23Si}2O]の製造方法について説明する。 Method for producing heteropolyacid salt (Bu 4 N) 3 [PW 11 O 39 {CH 2 (CH 3 ) CCOO (CH 2 ) 3 Si} 2 O] modified by hydrolyzate of metal alkoxide having methacryl group explain.

アセトニトリル150mL、純水50mLの混合溶媒にγ―メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(CH2(CH3)CCOO(CH23Si(OCH33)を475μL(2.0mmol)加えて実施例1と同様の文献にしたがって合成した一欠損Keggin型タングストポリ酸塩K7[PW1139]・8H2Oを3.0g(1mmol)加えた。1M塩酸を使用して、pHを1.8に調整した。2時間攪拌後、未反応の粉体をメンブランフィルターで取り除きろ液をロータリーエバポレーターを使用して約70mLまで濃縮した。この濃縮液に過剰量のBu4NBrを8.6g(27mmol)加えて粉体を析出させた。析出した粉体をメンブランフィルターで回収後、純水50mL、メタノール50mL、ジエチルエーテル50mLで各3回洗浄した。さらに充分吸引乾燥させることで目的物を白色粉体として3.16g(収率:44.7%)で得ることができた。 Example 1 by adding 475 μL (2.0 mmol) of γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane (CH 2 (CH 3 ) CCOO (CH 2 ) 3 Si (OCH 3 ) 3 ) to a mixed solvent of 150 mL of acetonitrile and 50 mL of pure water. 3.0 g (1 mmol) of one-deficient Keggin type tungstopolyacid salt K 7 [PW 11 O 39 ] · 8H 2 O synthesized according to the same literature as above was added. The pH was adjusted to 1.8 using 1M hydrochloric acid. After stirring for 2 hours, unreacted powder was removed with a membrane filter, and the filtrate was concentrated to about 70 mL using a rotary evaporator. To this concentrated solution, 8.6 g (27 mmol) of an excessive amount of Bu 4 NBr was added to precipitate a powder. The precipitated powder was collected with a membrane filter and then washed three times with 50 mL of pure water, 50 mL of methanol, and 50 mL of diethyl ether. Further, by sufficiently sucking and drying, the desired product was obtained as a white powder in 3.16 g (yield: 44.7%).

<FT−IR{KBr disk}>
1716(m)、1474(m)、1458(m)、1382(w)、1320(w)、1297(w)、1169(m)、1111(s)、1065(s)、1037(s)、995(s)、963(vs)、870(vs)、824(vs)、712(s)、585(m)、521(m)) cm-1
<FT-IR {KBr disk}>
1716 (m), 1474 (m), 1458 (m), 1382 (w), 1320 (w), 1297 (w), 1169 (m), 1111 (s), 1065 (s), 1037 (s), 995 (s), 963 (vs), 870 (vs), 824 (vs), 712 (s), 585 (m), 521 (m)) cm −1

31P NMR>
{溶媒 CD3CN、21.9℃、外部標準:25%H3PO4aq.キャピラリー}
δ−12.6 ppm
<31 P NMR>
{Solvent CD 3 CN, 21.9 ° C, external standard: 25% H 3 PO 4 aq. Capillary}
δ-12.6 ppm

H NMR>
{溶媒 DMSO−d6、25.1℃、内部標準:TMS}
δ1.09(H1)、1.22、1.63、1.86、4.40(H3)、5.82、6.30(H4a or H4b) ppm
<1 H NMR>
{Solvent DMSO-d 6 , 25.1 ° C, internal standard: TMS}
δ 1.09 (H1), 1.22, 1.63, 1.86, 4.40 (H3), 5.82, 6.30 (H4a or H4b) ppm

13C NMR>
{溶媒 DMSO−d6、25.3℃、外部標準:TMS 置換法}
δ7.91(C1)、13.2、19.0、22.9、17.7(C7)、21.5(C2)、65.7(C3)、125.2(C6)、135.7(C5)、166.2(C4) ppm
< 13C NMR>
{Solvent DMSO-d 6 , 25.3 ° C, external standard: TMS substitution method}
δ 7.91 (C1), 13.2, 19.0, 22.9, 17.7 (C7), 21.5 (C2), 65.7 (C3), 125.2 (C6), 135.7 (C5), 166.2 (C4) ppm

29Si NMR>
{溶媒 DMSO−d6、25.2℃、外部標準:TMS 置換法}
δ−51.8 ppm
<29 Si NMR>
{Solvent DMSO-d 6 , 25.2 ° C, external standard: TMS substitution method}
δ-51.8 ppm

183W NMR>
{溶媒 DMSO−d6、22.4℃、外部標準:飽和Na2WO4aq.}
δ−98.0(2W)、−102.9(2W)、−107.0(1W)、−120.7(2W)、−197.6(2W)、−250.0(2W) ppm
< 183 W NMR>
{Solvent DMSO-d 6 , 22.4 ° C, external standard: saturated Na 2 WO 4 aq. }
δ-98.0 (2W), -102.9 (2W), -107.0 (1W), -120.7 (2W), -197.6 (2W), -250.0 (2W) ppm

<CHN 元素分析>
(Bu4N)3[PW1139{CH2(CH3)CCOO(CH23Si}2O]
<CHN elemental analysis>
(Bu 4 N) 3 [PW 11 O 39 {CH 2 (CH 3 ) CCOO (CH 2 ) 3 Si} 2 O]

Figure 2008031147
Figure 2008031147

上記キャラクタリゼーションの結果より、目的物が単一種で得られたことがわかる。   From the characterization results, it can be seen that the target product was obtained as a single species.

[実施例6]
<反応性の有機官能基を有する金属アルコキシドの加水分解物により修飾されたヘテロポリ酸塩の製造>
[Example 6]
<Production of heteropolyacid salt modified with hydrolyzate of metal alkoxide having reactive organic functional group>

アクリル基を有する金属アルコキシドの加水分解物により修飾されたヘテロポリ酸塩(Bu4N)3[PW1139{CH2CHCOO(CH23Si}2O]の製造方法について説明する。 A method for producing a heteropolyacid salt (Bu 4 N) 3 [PW 11 O 39 {CH 2 CHCOO (CH 2 ) 3 Si} 2 O] modified with a hydrolyzate of a metal alkoxide having an acrylic group will be described.

アセトニトリル150mL、純水50mLの混合溶媒にγ―アクリロキシプロピルトリメトキシシラン(CH2C(CH3)COO(CH23Si(OCH33)を445μL(2.0mmol)加えて実施例1と同様の文献にしたがって合成した一欠損Keggin型タングストポリ酸塩K7[PW1139]・8HOを3.0g(1mmol)加えた。1M塩酸を使用して、pHを1.8に調整した。2時間攪拌後、未反応の粉体をメンブランフィルターで取り除きろ液をロータリーエバポレーターを使用して約30mLまで濃縮した。この濃縮液に過剰量のBu4NBrを8.6g(27mmol)加えて粉体を析出させた。析出した粉体をメンブランフィルターで回収後、純水50mL、メタノール50mL、ジエチルエーテル50mLで各3回洗浄した。さらに充分吸引乾燥させることで目的物を白色粉体として2.42g(収率:65.4%)で得ることができた。 Example: 445 μL (2.0 mmol) of γ-acryloxypropyltrimethoxysilane (CH 2 C (CH 3 ) COO (CH 2 ) 3 Si (OCH 3 ) 3 ) was added to a mixed solvent of 150 mL of acetonitrile and 50 mL of pure water. 1 deficient Keggin-type tungstopolyacid salt K 7 [PW 11 O 39 ] · 8H 2 O synthesized according to the same literature as 1 was added in an amount of 3.0 g (1 mmol). The pH was adjusted to 1.8 using 1M hydrochloric acid. After stirring for 2 hours, unreacted powder was removed with a membrane filter, and the filtrate was concentrated to about 30 mL using a rotary evaporator. To this concentrated solution, 8.6 g (27 mmol) of an excessive amount of Bu 4 NBr was added to precipitate a powder. The precipitated powder was collected with a membrane filter and then washed three times with 50 mL of pure water, 50 mL of methanol, and 50 mL of diethyl ether. Furthermore, by sufficiently sucking and drying, the target product was obtained as a white powder in 2.42 g (yield: 65.4%).

<FT−IR{KBr disk}>
1718(m)、1474(m)、1459(m)、1381(m)、1274(m)、1194(m)、1111(m)、1065(m)、1037(m)、963(s)、869(s)、823(s)、521(w)、420(w) cm-1
<FT-IR {KBr disk}>
1718 (m), 1474 (m), 1459 (m), 1381 (m), 1274 (m), 1194 (m), 1111 (m), 1065 (m), 1037 (m), 963 (s), 869 (s), 823 (s), 521 (w), 420 (w) cm −1

31P NMR>
{溶媒 DMSO−d6、21.8℃、外部標準:25%H3PO4aq.キャピラリー}
δ−13.1 ppm
<31 P NMR>
{Solvent DMSO-d 6 , 21.8 ° C, external standard: 25% H 3 PO 4 aq. Capillary}
δ-13.1 ppm

H NMR>
{溶媒 DMSO−d6、25.1℃、外部標準:TMS 置換法}
δ0.77、1.84、4.14、5.92、6.20、6.30 ppm
<1 H NMR>
{Solvent DMSO-d 6 , 25.1 ° C, external standard: TMS substitution method}
δ 0.77, 1.84, 4.14, 5.92, 6.20, 6.30 ppm

13C NMR>
{溶媒 DMSO−d6、25.7℃、外部標準:TMS 置換法}
δ7.99、21.5、65.5、128.2、130.9、165.2 ppm
< 13C NMR>
{Solvent DMSO-d 6 , 25.7 ° C, external standard: TMS substitution method}
δ 7.9, 21.5, 65.5, 128.2, 130.9, 165.2 ppm

29Si NMR>
{溶媒 DMSO−d6、25.1℃、外部標準:TMS 置換法}
δ−51.9 ppm
<29 Si NMR>
{Solvent DMSO-d 6 , 25.1 ° C, external standard: TMS substitution method}
δ-51.9 ppm

<CHN 元素分析>
(Bu4N)3[PW1139{CH2CHCOO(CH23Si}2O]
<CHN elemental analysis>
(Bu 4 N) 3 [PW 11 O 39 {CH 2 CHCOO (CH 2 ) 3 Si} 2 O]

Figure 2008031147
Figure 2008031147

上記キャラクタリゼーションの結果より、目的物が単一種で得られたことがわかる。   From the characterization results, it can be seen that the target product was obtained as a single species.

[実施例7]
<反応性の有機官能基を有する金属アルコキシドの加水分解物により修飾されたヘテロポリ酸塩の製造>
[Example 7]
<Production of heteropolyacid salt modified with hydrolyzate of metal alkoxide having reactive organic functional group>

エポキシ基を有する金属アルコキシドの加水分解物により修飾されたヘテロポリ酸塩(Bu4N)3[PW1139{CH2OCHCH2O(CH23Si}2O]の製造方法について説明する。 A method for producing a heteropolyacid salt (Bu 4 N) 3 [PW 11 O 39 {CH 2 OCHCH 2 O (CH 2 ) 3 Si} 2 O] modified with a hydrolyzate of a metal alkoxide having an epoxy group will be described. .

アセトニトリル150mL、純水30mLの混合溶媒に3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(CH2OCHCH2O(CH23Si(OCH33)を560μL(2.54mmol)加えて実施例1と同様の文献にしたがって合成した一欠損Keggin型タングストポリ酸塩K[PW1139]・8H2Oを3.0g(1mmol)加えた。1M塩酸を使用して、pHを1.8に調整した。2時間攪拌後、未反応の粉体をメンブランフィルターで取り除きろ液をロータリーエバポレーターを使用して約30mLまで濃縮した。この濃縮液に過剰量のBu4NBrを8.6g(27mmol)加えて粉体を析出させた。析出した粉体をメンブランフィルターで回収後、純水50mL、メタノール50mL、ジエチルエーテル50mLで各3回洗浄した。さらに充分吸引乾燥させることで目的物を白色粉体として1.10g(収率:29.7%)で得ることができた。 560 μL (2.54 mmol) of 3 -glycidoxypropyltrimethoxysilane (CH 2 OCHCH 2 O (CH 2 ) 3 Si (OCH 3 ) 3 ) was added to a mixed solvent of 150 mL of acetonitrile and 30 mL of pure water, and Example 1 3.0 g (1 mmol) of one-deficient Keggin-type tungstopolyacid salt K 7 [PW 11 O 39 ] · 8H 2 O synthesized according to the same literature was added. The pH was adjusted to 1.8 using 1M hydrochloric acid. After stirring for 2 hours, unreacted powder was removed with a membrane filter, and the filtrate was concentrated to about 30 mL using a rotary evaporator. To this concentrated solution, 8.6 g (27 mmol) of an excessive amount of Bu 4 NBr was added to precipitate a powder. The precipitated powder was collected with a membrane filter and then washed three times with 50 mL of pure water, 50 mL of methanol, and 50 mL of diethyl ether. Further, by sufficiently sucking and drying, the target product was obtained as a white powder in 1.10 g (yield: 29.7%).

<FT−IR{KBr disk}>
1701(m)、1474(m)、1458(m)、1420(m)、1383(m)、1111(m)、1065(m)、1036(m)、963(s)、869(s)、823(s)、525(w) cm-1
<FT-IR {KBr disk}>
1701 (m), 1474 (m), 1458 (m), 1420 (m), 1383 (m), 1111 (m), 1065 (m), 1036 (m), 963 (s), 869 (s), 823 (s), 525 (w) cm −1

31P NMR>
{溶媒 CD3CN、23.3℃、外部標準:25%H3PO4aq.キャピラリー}
δ−12.6 ppm
<31 P NMR>
{Solvent CD 3 CN, 23.3 ° C, external standard: 25% H 3 PO 4 aq. Capillary}
δ-12.6 ppm

1H NMR>
{溶媒 CD3CN、23.3℃、内部標準:TMS}
δ0.81、1.82、2.53、2.71、3.32、3.43、3.55、3.70 ppm
<1 H NMR>
{Solvent CD 3 CN, 23.3 ° C, internal standard: TMS}
δ 0.81, 1.82, 2.53, 2.71, 3.32, 3.43, 3.55, 3.70 ppm

13C NMR>
{溶媒 CD3CN、25.3℃、外部標準:TMS 置換法}
δ7.97、22.3、43.4、50.1、71.0、72.1 ppm
< 13C NMR>
{Solvent CD 3 CN, 25.3 ° C, external standard: TMS substitution method}
δ 7.97, 22.3, 43.4, 50.1, 71.0, 72.1 ppm

29Si NMR>
{溶媒 DMSO−d6、26.1℃、外部標準:TMS 置換法}
δ−51.4 ppm
<29 Si NMR>
{Solvent DMSO-d 6 , 26.1 ° C, external standard: TMS substitution method}
δ-51.4 ppm

<CHN 元素分析>
(Bu4N)3[PW1139{CH2OCHCH2O(CH23Si}2O]
<CHN elemental analysis>
(Bu 4 N) 3 [PW 11 O 39 {CH 2 OCHCH 2 O (CH 2 ) 3 Si} 2 O]

Figure 2008031147
Figure 2008031147

上記キャラクタリゼーションの結果より、目的物が単一種で得られたことがわかる。   From the characterization results, it can be seen that the target product was obtained as a single species.

次に、実施例1と実施例3で得られたヘテロポリ酸について、それぞれ重合しフリーアシッド型ヘテロポリ酸系重合体を作製した。   Next, the heteropolyacids obtained in Example 1 and Example 3 were respectively polymerized to produce free acid type heteropolyacid polymers.

<実施例1で得られたヘテロポリ酸H6[P21761{CH2(CH3)CCOO(CH23Si}2O]・20H2Oの重合体の作製> <Preparation of Polymer of Heteropolyacid H 6 [P 2 W 17 O 61 {CH 2 (CH 3 ) CCOO (CH 2 ) 3 Si} 2 O] · 20H 2 O Obtained in Example 1>

容量15mLのシュレンクフラスコに上記実施例1で得たヘテロポリ酸H6[P21761{CH2(CH3)CCOO(CH23Si}2O]・20H2O 1gと重合開始剤であるアゾビスイソブチロニトリル0.002gをCH3CN 1mLに溶解した。この容器を液体窒素に浸漬して内部の反応溶媒を凍結させた。反応溶媒が凍結したのを確認後、シュレンクコックより吸引ポンプを使用して容器内部の脱気を10分間行った。脱気が終了したらシュレンクコックを閉め、容器内部を真空状態に保ったまま液体窒素より取り出し、室温に戻した。次いで容器を75℃のオイルバスに漬けて重合反応を15時間行った。重合が進行するにつれてポリマー粉体が徐々に析出した。重合反応終了後、析出した粉体を回収し多量のCH2CNで洗浄してから粉体を充分真空乾燥した。目的のポリマーが0.18g(収率:18.0%)得られた。 Initiation of polymerization with 1 g of heteropolyacid H 6 [P 2 W 17 O 61 {CH 2 (CH 3 ) CCOO (CH 2 ) 3 Si} 2 O] · 20H 2 O obtained in Example 1 above in a 15 mL Schlenk flask 0.002 g of azobisisobutyronitrile as an agent was dissolved in 1 mL of CH 3 CN. This container was immersed in liquid nitrogen to freeze the reaction solvent inside. After confirming that the reaction solvent was frozen, the inside of the container was degassed for 10 minutes using a suction pump from Schlenkcock. When the deaeration was completed, the Schlenk cock was closed, and the container was removed from the liquid nitrogen while keeping the interior of the container in a vacuum state, and returned to room temperature. The vessel was then immersed in an oil bath at 75 ° C. and the polymerization reaction was carried out for 15 hours. As the polymerization progressed, the polymer powder gradually precipitated. After the completion of the polymerization reaction, the precipitated powder was recovered and washed with a large amount of CH 2 CN, and then the powder was sufficiently vacuum dried. 0.18 g (yield: 18.0%) of the target polymer was obtained.

<FT−IR{KBr disk}>
1699(m)、1653(m)、1558(w)、1541(w)、1506(w)、1489(w)、1473(w)、1456(w)、1396(w)、1269(w)、1090(s)、1041(w)、958(vs)、918(s)、810(br)、528(w) cm-1
<FT-IR {KBr disk}>
1699 (m), 1653 (m), 1558 (w), 1541 (w), 1506 (w), 1489 (w), 1473 (w), 1456 (w), 1396 (w), 1269 (w), 1090 (s), 1041 (w), 958 (vs), 918 (s), 810 (br), 528 (w) cm −1

<Solid 31P NMR>
{25.0℃、外部標準:(NH4)HPO4 置換法}
δ−9.17、−12.0 ppm
<Solid 31 P NMR>
{25.0 ° C, external standard: (NH 4 ) HPO 4 substitution method}
δ-9.17, -12.0 ppm

上記キャラクタリゼーションの結果より、ヘテロポリ酸H6[P21761{CH2(CH3)CCOO(CH23Si}2O]・20H2Oの重合体(フリーアシッド型ヘテロポリ酸系重合体)であることが確認された。 As a result of the above characterization, a heteropolyacid H 6 [P 2 W 17 O 61 {CH 2 (CH 3 ) CCOO (CH 2 ) 3 Si} 2 O] · 20H 2 O polymer (free acid type heteropoly acid system) Polymer).

<実施例3で得られたヘテロポリ酸H6[P21761{CH2CHCOO(CH23Si}2O]・25H2Oの重合体の作製> <Preparation of Polymer of Heteropolyacid H 6 [P 2 W 17 O 61 {CH 2 CHCOO (CH 2 ) 3 Si} 2 O] · 25H 2 O Obtained in Example 3>

容量15mLのシュレンクフラスコに実施例3で得たヘテロポリ酸H6[P21761{CH2CHCOO(CH23Si}2O]・25H2O 1gと重合開始剤であるアゾビスイソブチロニトリル0.002gをCH3CN 1mLに溶解した。この容器を液体窒素に浸漬して内部の反応溶媒を凍結させた。反応溶媒が凍結したのを確認後、シュレンクコックより吸引ポンプを使用して容器内部の脱気を10分間行った。脱気が終了したらシュレンクコックを閉め、容器内部を真空状態に保ったまま液体窒素より取り出し、室温に戻した。次いで容器を75℃のオイルバスに漬けて重合反応を15時間行った。重合が進行するにつれてポリマー粉体が徐々に析出した。重合反応終了後析出した粉体を回収し多量のCHCNで洗浄してから粉体を充分真空乾燥した。目的のポリマーが0.46g(収率:46.0%)得られた。 Heteropolyacid H 6 [P 2 W 17 O 61 {CH 2 CHCOO (CH 2 ) 3 Si} 2 O] · 25H 2 O 1 g obtained in Example 3 and azobis as a polymerization initiator were placed in a 15 mL Schlenk flask. 0.002 g of isobutyronitrile was dissolved in 1 mL of CH 3 CN. This container was immersed in liquid nitrogen to freeze the reaction solvent inside. After confirming that the reaction solvent was frozen, the inside of the container was degassed for 10 minutes using a suction pump from Schlenkcock. When the deaeration was completed, the Schlenk cock was closed, and the container was removed from the liquid nitrogen while keeping the interior of the container in a vacuum state, and returned to room temperature. The vessel was then immersed in an oil bath at 75 ° C. and the polymerization reaction was carried out for 15 hours. As the polymerization progressed, the polymer powder gradually precipitated. After the polymerization reaction, the precipitated powder was collected and washed with a large amount of CH 3 CN, and then the powder was sufficiently dried in vacuum. 0.46 g (yield: 46.0%) of the target polymer was obtained.

<FT−IR{KBr disk}>
1716(w)、1699(w)、1684(w)、1652(w)、1588(w)、1541(w)、1508(w)、1473(w)、1458(w)、1396(w)、1200(w)、1090(m)、1041(m)、955(s)、918(s)、796(br)、663(w) cm-1
<FT-IR {KBr disk}>
1716 (w), 1699 (w), 1684 (w), 1652 (w), 1588 (w), 1541 (w), 1508 (w), 1473 (w), 1458 (w), 1396 (w), 1200 (w), 1090 (m), 1041 (m), 955 (s), 918 (s), 796 (br), 663 (w) cm −1

<Solid 31P NMR>
{25.3℃、外部標準:(NH4)HPO4 置換法}
δ−9.29、−12.5 ppm
<Solid 31 P NMR>
{25.3 ° C., external standard: (NH 4 ) HPO 4 substitution method}
δ-9.29, -12.5 ppm

上記キャラクタリゼーションの結果より、ヘテロポリ酸H6[P21761{CH2CHCOO(CH23Si}2O]・25H2Oの重合体(フリーアシッド型ヘテロポリ酸系重合体)であることが確認された。 As a result of the above characterization, the heteropolyacid H 6 [P 2 W 17 O 61 {CH 2 CHCOO (CH 2 ) 3 Si} 2 O] · 25H 2 O polymer (free acid type heteropoly acid polymer) It was confirmed that there was.

以上のようにして得られたフリーアシッド型ヘテロポリ酸系重合体(実施例1で得られたヘテロポリ酸H6[P21761{CH2(CH3)CCOO(CH23Si}2O]・20H2Oとメチルメタクリレート(MMA)との共重合体、実施例1で得られたヘテロポリ酸H6[P21761{CH2(CH3)CCOO(CH23Si}2O]・20H2Oの重合体、および実施例3で得られたヘテロポリ酸H6[P21761{CH2CHCOO(CH23Si}2O]・25H2Oの重合体)の固体酸強度について、Hammett指示薬による評価を行った。 The free acid type heteropolyacid polymer obtained as described above (the heteropolyacid H 6 [P 2 W 17 O 61 {CH 2 (CH 3 ) CCOO (CH 2 ) 3 Si} obtained in Example 1) 2 O] · 20H 2 O and methyl methacrylate (MMA) copolymer, heteropolyacid H 6 [P 2 W 17 O 61 {CH 2 (CH 3 ) CCOO (CH 2 ) 3 obtained in Example 1 The polymer of Si} 2 O] · 20H 2 O and the heteropolyacid H 6 [P 2 W 17 O 61 {CH 2 CHCOO (CH 2 ) 3 Si} 2 O] · 25H 2 O obtained in Example 3 The solid acid strength of the polymer was evaluated with a Hammett indicator.

Hammett指示薬(1,9−diphenyl−1,3,6,8−nonatetraen−5−one,pKa=−3.0)のメタノール溶液を濃度が4.0×10-5mol/Lに調整した。この溶液に上記重合体をそれぞれ加えて重合体表面の呈色を確認したところ、すべてのものについて上澄み溶液には呈色が見られなかったが、重合体表面にのみ指示薬に基づく赤色の呈色が確認された。このことより上記重合体はpKaが−3.0以上の強力な固体酸触媒として作用できることが確認され、また共有結合により固定化されているため重合体からのブリードアウトが無いことが確認された。また、これらのフリーアシッド型ヘテロポリ酸塩重合体はろ過することにより回収することができ、酸触媒として再利用することができるものであった。 A methanol solution of Hammett indicator (1,9-diphenyl-1,3,6,8-nonatetraen-5-one, pKa = -3.0) was adjusted to a concentration of 4.0 × 10 −5 mol / L. When the above polymer was added to this solution and the coloration of the polymer surface was confirmed, no coloration was observed in the supernatant solution for all, but only the polymer surface was colored red based on the indicator. Was confirmed. From this, it was confirmed that the polymer can act as a strong solid acid catalyst having a pKa of −3.0 or more, and it was confirmed that there was no bleed out from the polymer because it was immobilized by a covalent bond. . These free acid type heteropolyacid salt polymers can be recovered by filtration and can be reused as an acid catalyst.

一方、重合されていない通常のヘテロポリ酸(例えば、H3[PW1240]・12H2O)はHammett指示薬により呈色は示すが、メタノールに溶解してしまうため固体酸触媒としては使用することができないものであった。 On the other hand, a normal non-polymerized heteropolyacid (for example, H 3 [PW 12 O 40 ] · 12H 2 O) is colored by a Hammett indicator, but is dissolved in methanol and used as a solid acid catalyst. It was something that could not be done.

Claims (5)

ヘテロポリ酸の骨格構成原子の一部欠損部位に、反応性の有機官能基を有する金属群が導入されてなる修飾フリーアシッド型へテロポリ酸。   A modified free acid type heteropolyacid obtained by introducing a metal group having a reactive organic functional group into a partially deficient site of a skeleton constituent atom of a heteropolyacid. 一般式(1)で示される請求項1記載の修飾フリーアシッド型へテロポリ酸。
m[XY]・nH2O ・・・(1)
[式中、Xは骨格構成原子が一部欠損したヘテロポリアニオンであり、Yは反応性の有機官能基を有する金属群である。nは1以上の整数であり、mは1以上の整数であって一般式(1)中の[XY]から決定される負電荷の絶対値である。]
The modified free acid type heteropolyacid according to claim 1, which is represented by the general formula (1).
H m [XY] · nH 2 O (1)
[Wherein, X is a heteropolyanion in which a part of the skeleton constituent atoms is missing, and Y is a metal group having a reactive organic functional group. n is an integer greater than or equal to 1, m is an integer greater than or equal to 1, and is the absolute value of the negative charge determined from [XY] in the general formula (1). ]
ヘテロポリ酸塩の骨格構成原子の一部欠損部位に、反応性の有機官能基を有する金属群が導入されてなる修飾へテロポリ酸塩。   A modified heteropolyacid salt in which a metal group having a reactive organic functional group is introduced into a partially deficient site of a skeleton constituent atom of a heteropolyacid salt. 一般式(2)で示される請求項3記載の修飾へテロポリ酸塩。
m[XY] ・・・(2)
[式中、Rは、Bu4+、Me2NH2 +、Li+、Na+、K+、Rb+、Cs+の群から選択され、Xは骨格構成原子が一部欠損したヘテロポリアニオンであり、Yは反応性の有機官能基を有する金属群である。mは1以上の整数であって一般式(2)中の[XY]から決定される負電荷の絶対値である。]
The modified heteropolyacid salt according to claim 3, which is represented by the general formula (2).
R m [XY] (2)
[Wherein, R is selected from the group of Bu 4 N + , Me 2 NH 2 + , Li + , Na + , K + , Rb + , Cs + , and X is a heteropolyanion in which a part of the skeleton constituent atoms is missing] Y is a metal group having a reactive organic functional group. m is an integer of 1 or more, and is an absolute value of the negative charge determined from [XY] in the general formula (2). ]
請求項1又は2記載の修飾フリーアシッド型へテロポリ酸を、単独重合もしくは共重合してなるフリーアシッド型ヘテロポリ酸系重合体。   A free acid heteropolyacid polymer obtained by homopolymerization or copolymerization of the modified free acid heteropolyacid according to claim 1 or 2.
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