JP2010046560A - Method for preparing heteropolyoxometallate compound - Google Patents

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哲孝 水野
Koji Yonehara
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new method for producing a heteropolyoxometallate compound having a di-substituted Keggin-type structure, and a catalytic reaction using the heteropolyoxometallate compound. <P>SOLUTION: The method for producing the heteropolyoxometallate compound having the di-substituted Keggin-type structure comprises the steps of: introducing at least one element selected from group 3 elements to group 13 elements into a heteropolyoxometallate compound having a di-lacunary Keggin-type structure represented by formula (2): [XW<SB>10</SB>O<SB>36</SB>]<SP>8-</SP>obtained by using a heteropolyoxometallate compound having a mono-lacunary Keggin-type structure, and represented by formula (1): [β<SB>2</SB>-XW<SB>11</SB>O<SB>39</SB>]<SP>8-</SP>obtained by reacting a compound containing one element selected from Si and Ge with a W-containing compound under a condition of pH6-7 as a precursor. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、二置換ケギン型構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物の製造方法であって、pH=6〜7で調製した式(1)[β−XW11398−(式中、ヘテロ原子であるXはSiもしくはGeから選ばれる一種の元素をあらわし、ポリ原子であるWはタングステンをあらわし、Oは酸素をあらわす。)であらわされる前駆体化合物(以下、一欠損POM化合物と称することがある)を用いて得られた式(2)[XW10368−(式中、ヘテロ原子であるXはSiもしくはGeから選ばれる一種の元素をあらわし、ポリ原子であるWはタングステンをあらわし、Oは酸素をあらわす。)であらわされる二欠損ケギン型構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物(以下、二欠損POM化合物と称することがある)に、3〜13族より選ばれる少なくとも一種の元素を導入することを特徴とする、二置換ケギン型構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物(以下、二置換POM化合物と称することがある)の製造方法に関するものである。 The present invention is a method for producing a heteropolyoxometalate compound having a disubstituted Keggin structure, which is prepared by the formula (1) [β 2 -XW 11 O 39 ] 8− prepared at pH = 6-7 (wherein X as a heteroatom represents a kind of element selected from Si or Ge, W as a polyatom represents tungsten, and O represents oxygen. A precursor compound (hereinafter referred to as a single-deficient POM compound). (XW 10 O 36 ] 8− (wherein X represents a heteroatom represents a kind of element selected from Si or Ge, and W as a polyatom is Heteropolyoxometalate compound having a two-deficient Keggin structure represented by tungsten (O represents oxygen) (hereinafter referred to as a two-deficient POM compound) A heteropolyoxometalate compound having a disubstituted kegin structure (hereinafter sometimes referred to as a disubstituted POM compound), wherein at least one element selected from Group 3 to 13 is introduced into It is related with the manufacturing method.

ヘテロポリオキソメタレート化合物は、その特異な構造から酸性質及び/又は酸化性質等を発現し、各種触媒や担体等として用いることができる(特許文献1、非特許文献1〜3参照)。   The heteropolyoxometalate compound expresses acid properties and / or oxidation properties and the like from its unique structure, and can be used as various catalysts, carriers, and the like (see Patent Document 1, Non-Patent Documents 1 to 3).

固体触媒や担体として用いる場合には、比表面積が大きい方が単位重量あたりの活性が高くなるので、より高比表面積であることが望まれているが、例えばゼオライトのように規則的なミクロ細孔構造を有する化合物は、その細孔構造による立体規制による反応基質選択性や生成物構造選択性による特異な触媒性能を発揮することが知られており、各種のミクロ細孔構造を有するゼオライトが開発されている。
前記一欠損ケギン型構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物は、
A.Teze、G.Herve、「インオーガニック シンセシーズ(Inorg.Synth.)」(米国)、1990年、第270巻、p.85。
N.H.Nsouli、B.S.Bassil、M.H.Dickman、U.Kortz、B.Keita、L.Nadjo、「インオーガニック ケミストリー(Inorg.Chem.)」(米国)、2006年、第45巻、p.3858。
に記載されている通り、従来pHを5〜6に設定して調製することが一般的であったが、該化合物の収量および純度や、該化合物から誘導される前記式(2)であらわされる二欠損ケギン型構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物の収量および純度が低くなることがしばしば発生し、その結果、二欠損ケギン型構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物を原料に使用して合成する二置換ケギン型構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物の収量や純度が低くなる問題があった。
When used as a solid catalyst or a support, the larger the specific surface area, the higher the activity per unit weight. Therefore, a higher specific surface area is desired. It is known that a compound having a pore structure exhibits a unique catalytic performance due to reaction substrate selectivity due to steric restriction by the pore structure and product structure selectivity. Has been developed.
The heteropolyoxometalate compound having the one-deficient Keggin structure is
A. Tze, G.M. Herve, “Inorganic Synths” (USA), 1990, 270, p.85.
N. H. NSouli, B.M. S. Bassil, M.M. H. Dickman, U.D. Kortz, B.M. Keita, L .; Nadjo, “Inorg. Chem.” (USA), 2006, 45, p. 3858.
In general, it was generally prepared by setting the pH to 5 to 6, but the yield and purity of the compound and the formula (2) derived from the compound are represented by Di-substitution in which the yield and purity of a heteropolyoxometalate compound having a two-deficient Keggin structure is often reduced, resulting in synthesis using a heteropolyoxometalate compound having a two-deficient Keggin structure as a raw material There has been a problem that the yield and purity of the heteropolyoxometalate compound having a Keggin structure is lowered.

国際公開第02/072257号公報International Publication No. 02/072257 T.Okuhara、「ケミカル レビューズ(Chem.Rev.)」(米国)、2002年、第102巻、p.3641T.A. Okuhara, “Chem. Rev.” (USA), 2002, 102, p. 3641 T.Nakajo、A.Miyaji、K.Tsuji、「ファインケミカル」(日本)、2007年、第36巻、第11号、p.30T.A. Nakajo, A .; Miyaji, K. et al. Tsuji, “Fine Chemical” (Japan), 2007, Vol. 36, No. 11, p. 30 N.Mizuno、M.Misono、「ケミカル レビューズ(Chem.Rev.)」(米国)、1998年、第98巻、p.199N. Mizuno, M.M. Misono, “Chem. Rev.” (USA), 1998, Vol. 98, p. 199

本発明の課題は、二置換ケギン型構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物の新規な製造方法を提供することを目的とし、また該化合物を用いた触媒反応を提供することも目的としている。   An object of the present invention is to provide a novel method for producing a heteropolyoxometalate compound having a disubstituted Keggin structure, and to provide a catalytic reaction using the compound.

本発明者らは、二置換ケギン型構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物の製造方法について鋭意検討した結果、通常、高pH条件下ではヘテロ元素を含む化合物とポリ元素を含む化合物には加水分解する性質があり、低pHで製造されているヘテロポリオキソメタレート化合物の製造において、従来pHが5〜6の範囲で製造されていた一欠損POM化合物を高pH条件である6〜7のpH範囲で調製した式(1)[β−XW11398−(式中、ヘテロ原子であるXはSiもしくはGeから選ばれる一種の元素をあらわし、ポリ原子であるWはタングステンをあらわし、Oは酸素をあらわす)であらわされる一欠損ケギン型構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物が高収率かつ高純度で得られ、該一欠損POM化合物を前駆体として用いると、触媒性能に優れ、特異な細孔構造を有する二置換POM化合物が得られることを見出し、本発明の完成に至った。 As a result of intensive studies on a method for producing a heteropolyoxometalate compound having a disubstituted Keggin structure, the present inventors usually hydrolyze a compound containing a hetero element and a compound containing a poly element under high pH conditions. In the production of heteropolyoxometalate compounds that have properties and are produced at low pH, conventional single-deficient POM compounds that have been produced in a pH range of 5 to 6 can be used in a pH range of 6 to 7 that is a high pH condition. Prepared formula (1) [β 2 -XW 11 O 39 ] 8- (wherein X as a heteroatom represents a kind of element selected from Si or Ge, W as a polyatom represents tungsten, O Represents a heteropolyoxometalate compound having a single-deficient Keggin structure represented by a high yield and high purity. It has been found that when a compound is used as a precursor, a disubstituted POM compound having excellent catalytic performance and a unique pore structure can be obtained, and the present invention has been completed.

すなわち、前記課題を解決する手段として、下記、一欠損POM化合物を前駆体とする二欠損ケギン型構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物を原料とする二置換POM化合物の製造方法、そして該二置換POM化合物を含む触媒を発明した。
(I)二置換ケギン型構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物の製造方法であって、
SiもしくはGeから選ばれる一種の元素を含む化合物とWを含む化合物とを、pH6〜7の条件下で反応させることを特徴とする一欠損ケギン型構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物の製造方法により得られる式(1)[[β−XW11398−(式中、ヘテロ原子であるXはSiもしくはGeから選ばれる一種の元素をあらわし、ポリ原子であるWはタングステンをあらわし、Oは酸素をあらわす。)であらわされる一欠損ケギン型構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物を前駆体として用いて得られた、式(2)[XW10368−(式中、ヘテロ原子であるXはSiもしくはGeから選ばれる一種の元素をあらわし、ポリ原子であるWはタングステンをあらわし、Oは酸素をあらわす。)であらわされる二欠損ケギン型構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物に、3族〜13族より選ばれる少なくとも一種の元素を導入することを特徴とする二置換ケギン型構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物の製造方法。
(II)前記式(2)記載の二欠損ケギン型構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物が、XがSiであり、かつγ体の二欠損構造であることを特徴とする(I)記載の二置換ケギン型構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物の製造方法。
(III)前記元素が、Zr、Hf、V、W、Mo、Cuであることを特徴とする(I)又は(II)記載の二置換ケギン型構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物の製造方法。
(IV)(I)〜(III)記載の製造方法で得られたケギン型構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物を含むことを特徴とする不均一系触媒。
(V)(I)〜(III)記載の製造方法で得られたケギン型構造を有するヘテロポリメタレート化合物であって、該化合物は4価の価数を有するケギン型構造を有するヘテロポリオキソメタレートアニオンと、四級アルキルアンモニウムカチオン、アルカリ金属カチオン、アルカリ土類金属カチオン及び/又はプロトンから選ばれる4個のカチオンとからなり、かつ構造上限定されたミクロ孔構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物。
That is, as means for solving the above-described problems, the following method for producing a disubstituted POM compound using a heteropolyoxometalate compound having a two-deficient Keggin structure having a one-deficient POM compound as a precursor, and the disubstituted POM A catalyst comprising the compound was invented.
(I) A method for producing a heteropolyoxometalate compound having a disubstituted Keggin structure,
By a method for producing a heteropolyoxometalate compound having a one-deficient Keggin structure, wherein a compound containing one element selected from Si or Ge and a compound containing W are reacted under conditions of pH 6-7 Obtained formula (1) [[β 2 -XW 11 O 39 ] 8− (wherein X as a heteroatom represents a kind of element selected from Si or Ge, and W as a polyatom represents tungsten, O represents oxygen.) Formula (2) [XW 10 O 36 ] 8− (wherein a heteroatom is obtained using a heteropolyoxometalate compound having a one-deficient Keggin structure represented by the following formula: X represents a kind of element selected from Si or Ge, W as a poly atom represents tungsten, and O represents oxygen.) A heteropolyoxometalate compound having a disubstituted Keggin structure characterized by introducing at least one element selected from Group 3 to Group 13 into a heteropolyoxometalate compound having a two-deficient Keggin structure represented Manufacturing method.
(II) The heteropolyoxometalate compound having a two-deficient Keggin structure described in the formula (2) is characterized in that X is Si and a γ-body two-deficient structure. A method for producing a heteropolyoxometalate compound having a substituted Keggin structure.
(III) The method for producing a heteropolyoxometalate compound having a disubstituted Keggin structure according to (I) or (II), wherein the element is Zr, Hf, V, W, Mo, or Cu.
(IV) A heterogeneous catalyst comprising a heteropolyoxometalate compound having a Keggin structure obtained by the production method described in (I) to (III).
(V) A heteropolymetalate compound having a Keggin structure obtained by the production method according to (I) to (III), wherein the compound has a Keggin structure having a tetravalent valence. A heteropolyoxometalate compound comprising an anion and four cations selected from a quaternary alkylammonium cation, an alkali metal cation, an alkaline earth metal cation and / or a proton, and having a structurally limited microporous structure.

本発明の新規な製造方法は、特定の条件下で得られた一欠損POM化合物を前駆体とする二欠損POM化合物を原料とする二置換POM化合物は、優れた触媒性能を示し、さらに構造上限定されたミクロ孔構造を有するので、その特異な構造による特異な反応性が期待されると同時に、ミクロ孔の特性を生かした分離膜などの材料にも応用が期待される。   The novel production method of the present invention is such that a disubstituted POM compound using as a precursor a two-deficient POM compound obtained from a one-deficient POM compound obtained under specific conditions exhibits excellent catalytic performance, Since it has a limited micropore structure, it is expected to have unique reactivity due to its unique structure, and at the same time, it is expected to be applied to materials such as separation membranes that make use of the characteristics of micropores.

前駆体となる前記式(1)で表される一欠損POM化合物は、SiもしくはGeから選ばれる一種の元素を含む化合物とポリ原子としてWを含む化合物とを、pH6〜7の条件下で反応させることにより得ることができる。   The one-deficient POM compound represented by the formula (1) serving as a precursor reacts a compound containing one kind of element selected from Si or Ge with a compound containing W as a poly atom under the condition of pH 6-7. Can be obtained.

前記一欠損POM化合物の調製に使用する原料としては、前記へテロ原子及び前記ポリ原子ともに該原子と酸素とを含む化合物が好ましく、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、酸化物がより好ましく、具体的には、タングステン酸ナトリウム、タングステン酸カリウム、タングステン酸セシウム、タングステン酸カルシウム、タングステン酸バリウム、タングステン酸、酸化タングステン、珪酸、珪酸ナトリウム、珪酸カリウム、珪酸セシウム、珪酸カルシウム、珪酸バリウム、酸化珪素、酸化ゲルマニウム等が例示される。   As a raw material used for the preparation of the one-deficient POM compound, a compound containing both the hetero atom and the poly atom and the atom and oxygen is preferable, an alkali metal salt, an alkaline earth metal salt, and an oxide are more preferable. Specifically, sodium tungstate, potassium tungstate, cesium tungstate, calcium tungstate, barium tungstate, tungstic acid, tungsten oxide, silicic acid, sodium silicate, potassium silicate, cesium silicate, calcium silicate, barium silicate, silicon oxide And germanium oxide.

前記原料を用いてヘテロ元素1モルに対してポリ元素であるWが11モルになるように酸性水溶液中で混合した後、pHを6〜7に調整し、更にアルカリ金属の塩化物等中性のアルカリ金属塩を添加することで、一欠損POM化合物のアルカリ金属塩が得られる。   After mixing in an acidic aqueous solution so that W, which is a polyelement, is 11 moles per mole of the heteroelement using the raw material, the pH is adjusted to 6-7, and further neutral such as alkali metal chlorides. By adding the alkali metal salt, an alkali metal salt of a single deficient POM compound can be obtained.

前記式(2)であらわされる二欠損POM化合物は、前記一欠損POM化合物のアルカリ金属塩を水に溶かして溶液のpHを8〜10に調整し、中性を示すアルカリ金属塩、例えばアルカリ金属の塩化物等を添加することで、前記二欠損POM化合物のアルカリ金属塩が得られる。また、前記pHを8.8〜9.1に調整すると、γ型構造([γ−XW10368−)の二欠損POM化合物を得ることができる。 The two-deficient POM compound represented by the formula (2) is prepared by dissolving the alkali metal salt of the one-deficient POM compound in water and adjusting the pH of the solution to 8 to 10 to show neutral alkali metal salt such as alkali metal By adding a chloride or the like, an alkali metal salt of the two-deficient POM compound can be obtained. Further, when the pH is adjusted to 8.8 to 9.1, a two-deficient POM compound having a γ-type structure ([γ-XW 10 O 36 ] 8− ) can be obtained.

前記二欠損構造体の欠損部位に、3〜13族から選ばれる一種又は二種の原子が合計2個を導入することで得られた二置換POM化合物が得られ、好ましくは、Sc、Y、ランタノイド、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Au、Ag、Zn、Al、Inであり、より好ましくは、ランタノイド、Ti、Zr、Hf、V、Mo、W、Mn、Fe、Ru、Co、Ni、Cu、Alであり、最も好ましくは、Zr、Hf、V、W、Mo、Cuである。Zr、Hf、V、W、Mo、Cuから選ばれる一種の原子を2個導入することで得られた二置換POM化合物がより好ましい。用いられる二欠損POM化合物の構造がγ型の場合には、導入された隣接する金属が2個以上の酸素や窒素等で架橋された、稜共有型となる。前記二置換POM化合物は単量体であっても、多量体であってもよい。多量体の場合には、そのアニオン骨格の単量体構造部位を一単位とし、例えばその価数は、二量体の構造で8価であるならば、該二置換POM化合物の価数は4価であると考えるものとする。   A disubstituted POM compound obtained by introducing a total of two kinds of one or two kinds of atoms selected from Group 3 to 13 into the deficient site of the two deficient structure is obtained, preferably Sc, Y, Lanthanoid, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Au, Ag, Zn, Al, In, more preferably lanthanoid, Ti, Zr, Hf, V, Mo, W, Mn, Fe, Ru, Co, Ni, Cu, Al, most preferably Zr, Hf, V, W, Mo, Cu. A disubstituted POM compound obtained by introducing two kinds of atoms selected from Zr, Hf, V, W, Mo, and Cu is more preferable. When the structure of the two-deficient POM compound used is a γ-type, it becomes a shared edge type in which the introduced adjacent metal is cross-linked with two or more oxygen, nitrogen, or the like. The disubstituted POM compound may be a monomer or a multimer. In the case of a multimer, the monomer structure site of the anion skeleton is defined as one unit. For example, if the valence is octavalent in the structure of the dimer, the valence of the disubstituted POM compound is 4 Suppose that it is worth.

前記二置換POM化合物は、ヘテロ原子がSiまたはGeから選ばれる一種の原子であり、ポリ原子が10個のWとZr、Hf、V、W、Mo、Cuから選ばれる一種又は二種の原子が合計2個からなるケギン型構造を有するPOMが好ましく、Zr、Hf、V、W、Cuから選ばれる一種の原子を2個有する二置換POM化合物が最も好ましい。   The disubstituted POM compound is a kind of atom in which the hetero atom is selected from Si or Ge, and one or two kinds of atoms in which the poly atom is selected from 10 W and Zr, Hf, V, W, Mo, Cu. Is preferably a POM having a Keggin-type structure consisting of a total of two, and most preferably a disubstituted POM compound having two kinds of atoms selected from Zr, Hf, V, W, and Cu.

前記二置換POM化合物は、前記二欠損POM化合物のアルカリ金属塩を水性媒体中に溶かした後、該溶液のpHを調整し、ここに、3〜13族より選ばれる少なくとも一種の元素を含む化合物を加えることで得られる。溶液のpHは導入する金属により適宜決定され、例えば、Zrの場合は、pH=2.3、Hfの場合は、pH=2.6、Vの場合は、pH=2以下、WやMoの場合は、pH=2以下、Cuの場合は、pH=6.3であることが好ましい。前記導入元素を含む化合物としては、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、ハロゲン化物、酸化物、酢酸塩、シュウ酸塩等がより好ましく、具体的には、ジルコニウムオキシクロリド、ハフニウムオキシクロリド、メタバナジン酸ナトリウム、メタバナジン酸、酸化バナジウム、タングステン酸ナトリウム、タングステン酸カリウム、タングステン酸セシウム、タングステン酸カルシウム、タングステン酸バリウム、タングステン酸、酸化タングステン、塩化タングステン、モリブデン酸ナトリウム、モリブデン酸カリウム、モリブデン酸セシウム、モリブデン酸カルシウム、モリブデン酸バリウム、モリブデン酸、酸化モリブデン、塩化モリブデン、塩化銅、酢酸銅、シュウ酸銅等が例示される。   The disubstituted POM compound is a compound containing at least one element selected from Group 3 to 13 after adjusting the pH of the solution after dissolving the alkali metal salt of the two-deficient POM compound in an aqueous medium. Can be obtained by adding The pH of the solution is appropriately determined depending on the metal to be introduced. For example, in the case of Zr, pH = 2.3, in the case of Hf, pH = 2.6, in the case of V, pH = 2 or less, W or Mo In this case, it is preferable that pH = 2 or less, and in the case of Cu, pH = 6.3. As the compound containing the introduced element, alkali metal salts, alkaline earth metal salts, halides, oxides, acetates, oxalates, and the like are more preferable. Specifically, zirconium oxychloride, hafnium oxychloride, metavanadine. Sodium oxide, metavanadate, vanadium oxide, sodium tungstate, potassium tungstate, cesium tungstate, calcium tungstate, barium tungstate, tungstic acid, tungsten oxide, tungsten chloride, sodium molybdate, potassium molybdate, cesium molybdate, Examples include calcium molybdate, barium molybdate, molybdic acid, molybdenum oxide, molybdenum chloride, copper chloride, copper acetate, and copper oxalate.

更に、前記二置換POM化合物の調製時にアジ化ナトリウム等を共存させると、金属間架橋部位に窒素(アジド基)を導入した前記二置換POM化合物を得ることができる。   Further, when sodium azide or the like is allowed to coexist during the preparation of the disubstituted POM compound, the disubstituted POM compound in which nitrogen (azide group) is introduced into the intermetallic crosslinking site can be obtained.

本発明の前記二置換POM化合物は、種々の酸化反応や酸塩基反応等の有機反応用触媒として用いることができ、中でも酸化反応や酸塩基反応を液相で行う際に好適に用いられる。   The disubstituted POM compound of the present invention can be used as a catalyst for organic reactions such as various oxidation reactions and acid-base reactions, and is particularly preferably used when performing an oxidation reaction or an acid-base reaction in a liquid phase.

前記酸化反応の具体例としては特に限定されず、例えば、〈1〉不飽和結合の酸化(アルケンやアルキンの不飽和二重結合や不飽和三重結合の酸化)、〈2〉水酸基の酸化、〈3〉ヘテロ原子の酸化(硫黄原子や窒素原子等の酸化)、〈4〉飽和炭化水素部位の酸化、〈5〉芳香環の酸化、〈6〉これら〈1〉〜〈5〉以外の酸化カップリング反応等の酸化反応等が挙げられる。このような酸化反応により被酸化性官能基が酸化され、酸化された有機化合物が製造されることになる。   Specific examples of the oxidation reaction are not particularly limited. For example, <1> oxidation of unsaturated bond (oxidation of unsaturated double bond or unsaturated triple bond of alkene or alkyne), <2> oxidation of hydroxyl group, < 3> Oxidation of heteroatoms (oxidation of sulfur atoms, nitrogen atoms, etc.), <4> Oxidation of saturated hydrocarbon moieties, <5> Oxidation of aromatic rings, <6> Oxidation cups other than these <1> to <5> Examples thereof include an oxidation reaction such as a ring reaction. By such an oxidation reaction, the oxidizable functional group is oxidized, and an oxidized organic compound is produced.

前記酸塩基反応の具体例としては特に限定されず、例えば、〈7〉エステル化反応、〈8〉炭素骨格異性化反応、〈9〉重合反応、〈10〉付加反応、〈11〉開環反応、〈12〉脱離反応、〈13〉アセタール化反応、〈14〉ケタール化反応、〈15〉芳香族求電子置換反応、〈16〉芳香族求核置換反応、〈17〉アルドール反応、〈18〉ピナコール転移反応、〈19〉ベックマン転移反応、〈20〉カニッツァロ反応、〈21〉クライゼン縮合反応、〈22〉ダルゼンズ縮合反応、〈23〉ディールズアルダー反応、〈24〉フリーデルクラフツ反応、〈25〉フリース転移反応、〈26〉ガッターマン・コッホ反応、〈27〉マンニッヒ反応、〈28〉マイケル反応、〈29〉プリンス反応、〈30〉グリコシル化反応、〈31〉加溶媒分解反応、〈32〉1,3−双極性環状付加反応、〈33〉これら〈7〉〜〈32〉以外の酸塩基反応等が挙げられる。   Specific examples of the acid-base reaction are not particularly limited. For example, <7> esterification reaction, <8> carbon skeleton isomerization reaction, <9> polymerization reaction, <10> addition reaction, <11> ring-opening reaction <12> elimination reaction, <13> acetalization reaction, <14> ketalization reaction, <15> aromatic electrophilic substitution reaction, <16> aromatic nucleophilic substitution reaction, <17> aldol reaction, <18 > Pinacol transfer reaction, <19> Beckmann transfer reaction, <20> Cannizzaro reaction, <21> Claisen condensation reaction, <22> Darzens condensation reaction, <23> Diels-Alder reaction, <24> Friedel-Crafts reaction, <25 > Fries transfer reaction, <26> Gatterman-Koch reaction, <27> Mannich reaction, <28> Michael reaction, <29> Prinse reaction, <30> Glycosylation reaction, <31 Solvolysis reaction, <32> 1,3 dipolar cycloaddition reaction, <33> These <7> - <32> acid-base reaction or the like other than the like.

前記反応は、気相反応もしくは液相反応のいずれの反応方法にも、本発明の触媒を使用することが可能であるが、例えば、過酸化水素を酸化剤に用いたオレフィン化合物のエポキシ化反応を行う場合には、反応活性を考慮すると液相中で反応を行うことがより好ましい。オレフィン化合物の過酸化水素によるエポキシ化反応について以下に例示することができる。   In the reaction, the catalyst of the present invention can be used for any reaction method of gas phase reaction or liquid phase reaction. For example, epoxidation reaction of an olefin compound using hydrogen peroxide as an oxidizing agent. In the case of performing the reaction, it is more preferable to perform the reaction in the liquid phase in consideration of the reaction activity. The epoxidation reaction of an olefin compound with hydrogen peroxide can be exemplified below.

エポキシ化反応において使用するオレフィン化合物としては、非環式であっても環式であってもよく、具体的には、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−ペンテン、イソプレン、ジイソブチレン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−ノネン、1−ウンデセン、1−ドデセン、1−トリデセン、1−テトラデセン、1−ペンタデセン、1−ヘプタデセン、1−オクタデセン、1−ノナデセン、1−エイコセン、プロピレンのトリマーおよびテトラマー類、1,3−ブタジエン、スチレン、ビニルトルエン、ジビニルベンゼン等の末端オレフィン;2−ブテン、2−オクテン、2−メチルー1−ヘキセン、2,3−ジメチルー2−ブテン等の分子内オレフィン;シクロペンテン、シクロヘキセン、1−フェニル−1−シクロヘキセン、1−メチル−1−シクロヘキセン、シクロヘプテン、シクロオクテン、シクロデセン、シクロペンタジエン、シクロデカトリエン、シクロオクタジエン、ジシクロペンタジエン、メチレンシクロプロパン、メチレンシクロペンタン、メチレンシクロヘキサン、ビニルシクロヘキサン、ノルボルネン等の環式オレフィン等が挙げられる。オレフィン化合物の種類としては、一種または二種以上用いることができる。   The olefin compound used in the epoxidation reaction may be acyclic or cyclic, and specifically includes ethylene, propylene, 1-butene, 1-hexene, 1-pentene, isoprene, diethylene. Isobutylene, 1-heptene, 1-octene, 1-nonene, 1-undecene, 1-dodecene, 1-tridecene, 1-tetradecene, 1-pentadecene, 1-heptadecene, 1-octadecene, 1-nonadecene, 1-eicosene, Propylene trimers and tetramers, terminal olefins such as 1,3-butadiene, styrene, vinyltoluene, divinylbenzene; 2-butene, 2-octene, 2-methyl-1-hexene, 2,3-dimethyl-2-butene, etc. Intramolecular olefins: cyclopentene, cyclohexene, 1-phenyl-1-cyclohe Rings such as cene, 1-methyl-1-cyclohexene, cycloheptene, cyclooctene, cyclodecene, cyclopentadiene, cyclodecatriene, cyclooctadiene, dicyclopentadiene, methylenecyclopropane, methylenecyclopentane, methylenecyclohexane, vinylcyclohexane, norbornene And olefins. As a kind of olefin compound, 1 type, or 2 or more types can be used.

前記エポキシ化反応に用いられるオレフィン化合物はまた、例えば、−CHO、−COOH、−CN、−COOR、−OR(Rは、アルキル、シクロアルキル、アリールまたはアリールアルキル置換基を表す)、芳香族基、ハロゲン基、ニトロ基、スルホン酸基、カルボニル基、水酸基等の官能基を有していても良い。   The olefin compound used in the epoxidation reaction is also, for example, —CHO, —COOH, —CN, —COOR, —OR (where R represents an alkyl, cycloalkyl, aryl or arylalkyl substituent), an aromatic group. , A functional group such as a halogen group, a nitro group, a sulfonic acid group, a carbonyl group, or a hydroxyl group.

過酸化水素の使用形態としては、実用的には0.01〜70質量%の水溶液、アルコール類の溶液が好適であるが、100%の過酸化水素も使用可能である。使用量としては、反応基質と過酸化水素のモル比(反応基質のモル数/過酸化水素のモル数)が100/1以下となるようにすることが好ましく、より好ましくは10/1以下である。また、1/100以上となるようにすることが好ましく、より好ましくは、1/50以上である。   Practically, the use form of hydrogen peroxide is preferably an aqueous solution of 0.01 to 70% by mass and an alcohol solution, but 100% of hydrogen peroxide can also be used. The amount used is preferably such that the molar ratio of the reaction substrate to hydrogen peroxide (number of moles of reaction substrate / number of moles of hydrogen peroxide) is 100/1 or less, more preferably 10/1 or less. is there. Moreover, it is preferable to set it as 1/100 or more, More preferably, it is 1/50 or more.

前記二置換POM化合物の使用量としては、反応基質100重量部に対して、0.0001重量部以上とすることが好ましく、3000重量部以下とすることが好ましい。より好ましくは、0.01重量部以上であり、1500重量部以下である。また、2種以上の前記二置換POM化合物を触媒として用いる場合には、その合計重量を前記範囲内になるように調整するのが好ましい。   The amount of the disubstituted POM compound used is preferably 0.0001 parts by weight or more and preferably 3000 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the reaction substrate. More preferably, it is 0.01 parts by weight or more and 1500 parts by weight or less. Moreover, when using 2 or more types of said 2 substituted POM compounds as a catalyst, it is preferable to adjust the total weight so that it may become in the said range.

前記反応を液相中で行う場合、用いる溶媒としては、水および/または有機溶媒を用いることになり、有機溶媒としては一種または二種以上用いることができる。用いられる有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、ノルマルまたはイソプロパノール、第三級ブタノール等の炭素数1〜6の第一、二、三級の一価アルコール;エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン等の多価アルコール;ジエチレングリコール、トリエチレングリコール等のエチレンオキシド、プロピレンオキシドが開環したオリゴマー類;エチルエーテル、イソプロピルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン等のケトン類;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、安息香酸メチル等のエステル類;エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート類;ジメチルホルムアミド、ニトロメタン、アセトニトリル、ベンゾニトリル等の窒素化合物;リン酸トリエチル、リン酸ジエチルヘキシル等のリン酸エステル等のリン化合物;クロロホルム、ジクロロメタン等のハロゲン化炭化水素;ノルマルヘキサン、ノルマルヘプタン等の脂肪族炭化水素;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素;シクロヘキサン、シクロペンタン等の脂環式炭化水素等が挙げられる。   When the reaction is carried out in the liquid phase, water and / or an organic solvent are used as the solvent to be used, and one or more organic solvents can be used. Examples of the organic solvent used include primary, secondary, and tertiary monohydric alcohols having 1 to 6 carbon atoms such as methanol, ethanol, normal or isopropanol, and tertiary butanol; ethylene glycol, propylene glycol, glycerin, and the like. Polyhydric alcohols; oligomers in which ethylene oxide and propylene oxide are ring-opened such as diethylene glycol and triethylene glycol; ethers such as ethyl ether, isopropyl ether, dioxane and tetrahydrofuran; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone and acetyl acetone; Esters such as methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate and methyl benzoate; carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate; dimethylformer Nitrogen compounds such as nitromethane, acetonitrile and benzonitrile; phosphorus compounds such as phosphate esters such as triethyl phosphate and diethylhexyl phosphate; halogenated hydrocarbons such as chloroform and dichloromethane; aliphatics such as normal hexane and normal heptane Hydrocarbons; aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene; and alicyclic hydrocarbons such as cyclohexane and cyclopentane.

前記溶媒の中でも、水、炭素数1〜4のアルコール類、ジクロロメタン、ヘプタン、アセトニトリル、ベンゾニトリル、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ニトロメタン、酢酸エチル、酢酸ブチル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等や、これらの混合物を用いることが好ましい。オレフィン化合物が反応条件において液体である場合には、前記溶媒を使用することなくニートで反応を行うことも可能である。本発明においては、前記二置換POM化合物のカウンターカチオン種と溶媒の選択により触媒を不均一化することが可能であり、中でも、セシウム、四級アルキルアンモニウム、プロトンの少なくとも一つをカウンターカチオンに選び、ニトロメタン、酢酸エチル、酢酸ブチル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートから選ばれる少なくとも一つの溶媒を使用することがより好ましい。   Among the above solvents, water, alcohols having 1 to 4 carbon atoms, dichloromethane, heptane, acetonitrile, benzonitrile, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, nitromethane, ethyl acetate, butyl acetate, methyl benzoate, ethyl benzoate, dimethyl phthalate It is preferable to use diethyl phthalate, dibutyl phthalate, dioctyl phthalate, ethylene carbonate, propylene carbonate, or a mixture thereof. When the olefin compound is a liquid under the reaction conditions, it is possible to carry out the reaction neat without using the solvent. In the present invention, it is possible to make the catalyst heterogeneous by selecting the counter cation species and solvent of the disubstituted POM compound. Among them, at least one of cesium, quaternary alkyl ammonium, and proton is selected as the counter cation. Use at least one solvent selected from nitromethane, ethyl acetate, butyl acetate, methyl benzoate, ethyl benzoate, dimethyl phthalate, diethyl phthalate, dibutyl phthalate, dioctyl phthalate, ethylene carbonate, propylene carbonate More preferred.

前記エポキシ化反応は、中性〜酸性溶液中で実施することが好ましく、pH調整のために反応系中に酸性物質を加えても良い。酸性物質としては、例えば、ブレンステッド酸、ルイス酸等が挙げられ、一種または二種以上を用いることができる。ブレンステッド酸としては、例えば、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、ホウ酸等の鉱酸や酢酸、安息香酸、蟻酸、トリフルオロメタンスルホン酸等の有機酸類、ゼオライト類、混合酸化物類等の無機酸類が好適であり、ルイス酸としては、塩化アルミニウム、塩化第二鉄、塩化ホウ素化合物、塩化第二錫、フッ化アンチモン、塩化亜鉛、チタン化合物、ゼオライト類、複合酸化物等が好適である。また、無機及び/又は有機の酸性塩を用いることもできる。   The epoxidation reaction is preferably carried out in a neutral to acidic solution, and an acidic substance may be added to the reaction system for pH adjustment. Examples of the acidic substance include Bronsted acid, Lewis acid and the like, and one kind or two or more kinds can be used. Examples of Bronsted acids include mineral acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, and boric acid, and organic acids such as acetic acid, benzoic acid, formic acid, and trifluoromethanesulfonic acid, and inorganic materials such as zeolites and mixed oxides. Acids are preferred, and as the Lewis acid, aluminum chloride, ferric chloride, boron chloride compounds, stannic chloride, antimony fluoride, zinc chloride, titanium compounds, zeolites, composite oxides, and the like are preferred. In addition, inorganic and / or organic acid salts can also be used.

前記エポキシ化反応において、相間移動触媒や界面活性剤を共存させることができる。また光照射下での反応を行うことも可能である。   In the epoxidation reaction, a phase transfer catalyst and a surfactant can coexist. It is also possible to carry out the reaction under light irradiation.

前記エポキシ化反応は、0℃以上が好ましく、より好ましくは15℃以上である。また100℃以下が好ましく、より好ましくは、80℃以下である。反応時間は、1分以上が好ましく、また150時間以内が好ましい。より好ましくは、3分以上であり、48時間以内である。反応圧力は、特に問わないが、20atm以下が好ましい。より好ましくは、10atm以下であり、減圧下で反応を行うこともできる。   The epoxidation reaction is preferably 0 ° C. or higher, more preferably 15 ° C. or higher. Moreover, 100 degrees C or less is preferable, More preferably, it is 80 degrees C or less. The reaction time is preferably 1 minute or longer, and is preferably within 150 hours. More preferably, it is 3 minutes or more and within 48 hours. The reaction pressure is not particularly limited but is preferably 20 atm or less. More preferably, it is 10 atm or less, and the reaction can be carried out under reduced pressure.

本発明に用いられる4価の価数を有する二置換POM化合物とは、プロトン、アルカリ金属カチオン、アルカリ土類金属カチオン、アンモニウムカチオンや四級アルキルアンモニウムカチオン等のカチオンを最大で4個を保有することができる二置換POM化合物をいい、アルカリ金属カチオンやアンモニウムカチオン等で置換できないプロトン(例えば、金属架橋酸素に結合したプロトン)を1個ないし複数個有していてもよいが、該置換できないプロトンは前記カチオンの個数には含まれない。前記置換できないプロトンとは、例えば該プロトンが乖離するような塩基性条件下では、該二置換POM化合物自体が分解してポリ原子の縮合度が低下するなど、ヘテロポリ酸構造が維持できないほど強固に結合したプロトンをいう。   The disubstituted POM compound having a tetravalent valence used in the present invention has a maximum of four cations such as protons, alkali metal cations, alkaline earth metal cations, ammonium cations and quaternary alkyl ammonium cations. A di-substituted POM compound that may have one or more protons that cannot be substituted with alkali metal cations or ammonium cations (for example, protons bonded to metal bridging oxygen). Is not included in the number of cations. The non-substitutable proton is, for example, so strong that the heteropolyacid structure cannot be maintained, such as under a basic condition in which the proton is separated, the disubstituted POM compound itself decomposes and the degree of condensation of poly atoms decreases. Refers to the bound proton.

前記四級アルキルアンモニウムカチオンの4個のアルキル基は、各々異なっても、全て同じでもよく、全て同じアルキル基であることがより好ましい。前記アルキル基は、炭素数が4〜12の直鎖及び/又は分岐を有するアルキル基が好ましく、炭素数が4〜12の直鎖のアルキル基がより好ましく、炭素数が4〜8の直鎖のアルキル基が更に好ましく、炭素数が4のテトラ−n−ブチルアンモニウムカチオンが最も好ましい。前記4価の価数を有する二置換POM化合物アニオンと適切なカウンターカチオンの組み合わせにより、構造上限定されたミクロ孔構造を多様に構築することが可能である。該ミクロ孔構造の存在により、大きな表面積を有する特異な場を提供できる結果、前記二置換POM化合物を触媒や材料等として使用した場合の活性や性能も飛躍的に向上することになる。例えば、溶媒を適切に選択し、前記二置換POM化合物を不均一系触媒として使用した反応を実現することができると共に、ミクロ孔構造に起因した形状選択性を発現することも可能となる。   The four alkyl groups of the quaternary alkylammonium cation may be different from each other or all may be the same, and more preferably all are the same alkyl group. The alkyl group is preferably a straight chain and / or branched alkyl group having 4 to 12 carbon atoms, more preferably a straight chain alkyl group having 4 to 12 carbon atoms, and a straight chain having 4 to 8 carbon atoms. Are more preferable, and tetra-n-butylammonium cation having 4 carbon atoms is most preferable. By combining the disubstituted POM compound anion having the tetravalent valence with an appropriate counter cation, it is possible to construct various micropore structures limited in structure. As a result of providing a unique field having a large surface area due to the presence of the microporous structure, the activity and performance when the disubstituted POM compound is used as a catalyst, a material or the like is dramatically improved. For example, it is possible to appropriately select a solvent and realize a reaction using the disubstituted POM compound as a heterogeneous catalyst, and to exhibit shape selectivity due to a microporous structure.

以下に実施例を挙げて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。なお、「%」は「モル%」を意味し、「TBA」は「テトラ−n−ブチルアンモニウム」を意味するものとする。   The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited thereto. “%” Means “mol%” and “TBA” means “tetra-n-butylammonium”.

(参考例1)K−SiW1139]・14HOの合成方法
NaSiO・9HO(14g)をイオン交換水(100mL)に溶解させた(溶液A)。NaWO・2HO(181g)をイオン交換水(300mL)に溶解させ、ここに4M塩酸水溶液(165mL)を15秒かけて加え激しく攪拌した。3分後、先に調製した溶液Aを加え、更に3分間攪拌した後、4M塩酸水溶液(80mL)を加え、更に3分間攪拌した後、2M炭酸カリウム水溶液を加えることにより溶液のpHを6〜7に設定した。2分後、KCl(90g)を加え、30分間穏やかに攪拌し、析出した固体(K−SiW1139]・14HOを濾過して2M塩化カリウム水溶液(100mL)で洗浄した後、1時間乾燥した。収量は、上記文献に比較し、平均的に約10%程度向上した。
Reference Example 1 Synthesis Method of K 82 -SiW 11 O 39 ] · 14H 2 O Na 2 SiO 3 · 9H 2 O (14 g) was dissolved in ion-exchanged water (100 mL) (solution A). Na 2 WO 4 · 2H 2 O with (181 g) was dissolved in deionized water (300 mL), stirred vigorously added over here 4M aqueous hydrochloric acid (165 mL) 15 sec. After 3 minutes, the previously prepared solution A was added, and the mixture was further stirred for 3 minutes. Then, a 4M aqueous hydrochloric acid solution (80 mL) was added, and the mixture was further stirred for 3 minutes. 7 was set. After 2 minutes, KCl (90 g) was added and stirred gently for 30 minutes. The precipitated solid (K 82 -SiW 11 O 39 ] · 14H 2 O was filtered and washed with 2M aqueous potassium chloride solution (100 mL). The yield was improved by about 10% on average as compared with the above literature.

(参考例2)K[γ−SiW1036]・12HOの合成方法
参考例1で得られたK−SiW1139]・14HO(30g)をイオン交換水(300mL)に1分間懸濁させ、不溶物を濾過により取り除いた。直ちに2M炭酸カリウム水溶液により溶液のpHを9.1とし、16分間その値に保った。ここに、KCl(80g)を加え、2M炭酸カリウム水溶液により10分間溶液のpHを9.1に保った。析出した固体を吸引濾過して、空気中で乾燥し、目的化合物であるK[γ−SiW1036]・12HO(23g)を得た。
Reference Example 2 Synthesis Method of K 8 [γ-SiW 10 O 36 ] · 12H 2 O K 82 -SiW 11 O 39 ] · 14H 2 O (30 g) obtained in Reference Example 1 was ion-exchanged. It was made to suspend in water (300 mL) for 1 minute, and the insoluble matter was removed by filtration. Immediately, the pH of the solution was adjusted to 9.1 with 2M aqueous potassium carbonate solution and kept at that value for 16 minutes. To this, KCl (80 g) was added, and the pH of the solution was kept at 9.1 with 2M aqueous potassium carbonate solution for 10 minutes. The precipitated solid was subjected to suction filtration and dried in the air to obtain the target compound K 8 [γ-SiW 10 O 36 ] · 12H 2 O (23 g).

(参考例3)K[γ−GeW1036]・6HOの合成方法
二酸化ゲルマニウム(5.4g)をイオン交換水(100mL)に溶解させた(溶液A)。NaWO・2HO(182g)をイオン交換水(300mL)に溶解させ、ここに4M塩酸水溶液(165mL)を15秒かけて加え激しく攪拌した。3分後、先に調製した溶液Aを加え、更に3分間攪拌した後、4M塩酸水溶液(80mL)を加え、更に3分間攪拌した後、2M炭酸カリウム水溶液を加えることにより溶液のpHを6〜7に設定した。2分後、KCl(90g)を加え、30分間穏やかに攪拌し、析出した固体を濾過して2M塩化カリウム水溶液(100mL)で洗浄した後、1時間乾燥した。収量は、上記文献に比較し、平均的に約2〜3%程度向上した。得られたK−GeW1139]・14HO(15g)をイオン交換水(150mL)に1分間懸濁させ、不溶物を濾過により取り除いた。直ちに2M炭酸カリウム水溶液により溶液のpHを8.8とし、16分間その値に保った。ここに、KCl(40g)を加え、2M炭酸カリウム水溶液により10分間溶液のpHを8.8に保った。析出した固体を吸引濾過して、空気中で乾燥し、目的化合物であるK[γ−GeW1036]・6HO(13g)を得た。
(Reference Example 3) K 8 [γ-GeW 10 O 36 ] · 6H 2 O Synthesis Method Germanium dioxide (5.4 g) was dissolved in ion-exchanged water (100 mL) (solution A). Na 2 WO 4 · 2H 2 O (182 g) was dissolved in ion-exchanged water (300 mL), and a 4M aqueous hydrochloric acid solution (165 mL) was added thereto over 15 seconds, followed by vigorous stirring. After 3 minutes, the previously prepared solution A was added, and the mixture was further stirred for 3 minutes. Then, a 4M aqueous hydrochloric acid solution (80 mL) was added, and the mixture was further stirred for 3 minutes. 7 was set. After 2 minutes, KCl (90 g) was added and stirred gently for 30 minutes. The precipitated solid was filtered, washed with 2M aqueous potassium chloride (100 mL), and dried for 1 hour. The yield was improved by about 2-3% on average compared to the above literature. The obtained K 82 -GeW 11 O 39 ] · 14H 2 O (15 g) was suspended in ion-exchanged water (150 mL) for 1 minute, and insolubles were removed by filtration. Immediately, the pH of the solution was adjusted to 8.8 with 2M aqueous potassium carbonate solution, and kept at that value for 16 minutes. To this, KCl (40 g) was added, and the pH of the solution was kept at 8.8 with 2M aqueous potassium carbonate solution for 10 minutes. The precipitated solid was subjected to suction filtration and dried in the air to obtain the target compound K 8 [γ-GeW 10 O 36 ] · 6H 2 O (13 g).

(実施例1)(TBA)[γ−HSiW1036Cu(μ−1,1−N] ・9HOの合成方法
参考例2の合成方法に従いK[γ−SiW1036]・12HOを合成した以外は、以下の文献に従い合成した。
K.Kamata、S.Yamaguchi、M.Kotani、K.Yamaguchi、N.Mizuno、「アンゲバンテ ヘミー インターナショナル エディション(Angew.Chem.Int.Ed.)」(独国)、2008年、第47巻、p.2407。
この化合物のX線結晶構造解析結果を図1に示した。これより(TBA)[γ−HSiW1036Cu(μ−1,1−N]はミクロ孔構造を有していることが分かった。また、このミクロ孔構造を元に計算したXRD(粉末X線回折)パターンを図2(a)に示した。
Example 1 (TBA) 4 [γ-H 2 SiW 10 O 36 Cu 2 (μ-1,1-N 3 ) 2 ] • Synthesis Method of 9H 2 O According to the synthesis method of Reference Example 2, K 8 [γ The synthesis was performed according to the following document, except that -SiW 10 O 36 ] · 12H 2 O was synthesized.
K. Kamata, S .; Yamaguchi, M .; Kotani, K .; Yamaguchi, N .; Mizuno, “Angevant. Chem. Int. Ed.” (Germany), 2008, 47, p. 2407.
The X-ray crystal structure analysis result of this compound is shown in FIG. From this, it was found that (TBA) 4 [γ-H 2 SiW 10 O 36 Cu 2 (μ-1,1-N 3 ) 2 ] has a microporous structure. Moreover, the XRD (powder X-ray diffraction) pattern calculated based on this micropore structure is shown in FIG.

(実施例2)(TBA)[γ−HSiV1040]・HOの合成方法
参考例2の合成方法に従いK[γ−SiW1036]・12HOを合成した以外は、以下の文献に従い合成した。
Y.Nakagawa、K.Kamata、M.Kotani、K.Yamaguchi、N.Mizuno、「アンゲバンテ ヘミー インターナショナル エディション(Angew.Chem.Int.Ed.)」(独国)、2005年、第44巻、p.5136。また、(TBA)[γ−HSiV1040]・HOの粉末X線回折(XRD)測定の結果は図2(b)のようになり、(TBA)[γ−HSiW1036Cu(μ−1,1−N] ・9HOのXRDパターン(計算値)と一致することが判明した。これより、(TBA)[γ−HSiV1040]・HOも(TBA)[γ−HSiW1036Cu(μ−1,1−N] ・9HOと同じミクロ孔構造を有していることが明らかとなった。
Example 2 Synthesis Method of (TBA) 4 [γ-H 2 SiV 2 W 10 O 40 ] · H 2 O According to the synthesis method of Reference Example 2, K 8 [γ-SiW 10 O 36 ] · 12H 2 O Except for the synthesis, the synthesis was carried out according to the following literature.
Y. Nakagawa, K .; Kamata, M .; Kotani, K .; Yamaguchi, N .; Mizuno, “Angevant. Chem. Int. Ed.” (Germany), 2005, vol. 44, p. 5136. Moreover, the result of the powder X-ray diffraction (XRD) measurement of (TBA) 4 [γ-H 2 SiV 2 W 10 O 40 ] · H 2 O is as shown in FIG. 2B, and (TBA) 4 -H 2 SiW 10 O 36 Cu 2 (μ-1,1-N 3) 2] · 9H 2 O XRD pattern (calculated) to be consistent with proved. Therefore, (TBA) 4 [γ-H 2 SiV 2 W 10 O 40 ] · H 2 O is also (TBA) 4 [γ-H 2 SiW 10 O 36 Cu 2 (μ-1,1-N 3 ) 2. It became clear that it has the same micropore structure as 9H 2 O.

(実施例3)(TBA)[HGeV1040]・2HOの合成方法
[γ−GeW1036]・6HO(15g)を1M HCl水溶液(53mL)にすばやく溶解させた。ここに0.5M NaVO水溶液(20mL)を加え、25℃で5分間攪拌した。この時の溶液のpHは0.4であった。不溶物を除去した後、RbCl(7.5g)を添加した。吸引ろ過して沈殿物を回収し、冷水(10mL)で洗浄した(8.3g)。得られた化合物(4.0g)を0.05M塩酸水溶液250mLに溶かし、臭化テトラブチルアンモニウム(3.8g)を加えて30分間攪拌した。吸引ろ過して黄色沈殿物を回収し、アセトニトリル(50mL)/水(1L)溶液を用いて再沈させた後、アセトン(250mL)で再結晶し、濾過及び減圧乾燥することにより、目的化合物である(TBA)[HGeV1040]・2HO(2.5g)を得た。また、(TBA)[HGeV1040]・2HOの粉末X線回折(XRD)測定の結果は図2(c)のようになり、(TBA)[γ−HSiW1036Cu(μ−1,1−N] ・9HOのXRDパターン(計算値)と一致することが判明した。これより、(TBA)[HGeV1040]・2HOも(TBA)[γ−HSiW1036Cu(μ−1,1−N] ・9HOと同じミクロ孔構造を有していることが明らかとなった。
Example 3 Synthesis Method of (TBA) 4 [H 2 GeV 2 W 10 O 40 ] · 2H 2 O K 8 [γ-GeW 10 O 36 ] · 6H 2 O (15 g) was added to 1M HCl aqueous solution (53 mL). Quickly dissolved. 0.5 M NaVO 3 aqueous solution (20 mL) was added thereto, and the mixture was stirred at 25 ° C. for 5 minutes. The pH of the solution at this time was 0.4. After removing insolubles, RbCl (7.5 g) was added. The precipitate was collected by suction filtration and washed with cold water (10 mL) (8.3 g). The obtained compound (4.0 g) was dissolved in 250 mL of 0.05 M aqueous hydrochloric acid, tetrabutylammonium bromide (3.8 g) was added, and the mixture was stirred for 30 min. The yellow precipitate was collected by suction filtration, reprecipitated with acetonitrile (50 mL) / water (1 L) solution, recrystallized with acetone (250 mL), filtered and dried under reduced pressure to obtain the target compound. Some (TBA) 4 [H 2 GeV 2 W 10 O 40 ] · 2H 2 O (2.5 g) was obtained. Moreover, the result of the powder X-ray diffraction (XRD) measurement of (TBA) 4 [H 2 GeV 2 W 10 O 40 ] · 2H 2 O is as shown in FIG. 2 (c), and (TBA) 4 [γ-H 2 SiW 10 O 36 Cu 2 (μ-1,1-N 3 ) 2 ] It was found to be consistent with the XRD pattern (calculated value) of 9H 2 O. From this, (TBA) 4 [H 2 GeV 2 W 10 O 40 ] · 2H 2 O is also (TBA) 4 [γ-H 2 SiW 10 O 36 Cu 2 (μ-1,1-N 3 ) 2 ]. It became clear that it has the same micropore structure as 9H 2 O.

(実施例4)
(TBA)[γ−HSiV1040]・HO(5μmol)を試験管に採り、ここにアセトニトリル/t−ブタノール=1/1溶液(3mL)、30%過酸化水素水溶液(0.1mmol)、1−オクテン(0.1mmol)を加えて、20℃で24時間攪拌した。分析はガスクロマトグラフィーにより行い、目的化合物であるエポキシ化合物の収率は、93%(過酸化水素基準)であった。
Example 4
(TBA) 4 [γ-H 2 SiV 2 W 10 O 40 ] · H 2 O (5 μmol) was taken in a test tube, and acetonitrile / t-butanol = 1/1 solution (3 mL), 30% hydrogen peroxide. Aqueous solution (0.1 mmol) and 1-octene (0.1 mmol) were added and stirred at 20 ° C. for 24 hours. The analysis was performed by gas chromatography, and the yield of the target epoxy compound was 93% (based on hydrogen peroxide).

(実施例5)
(TBA)[γ−HGeV1040]・6HO(8μmol)を試験管に採り、ここにアセトニトリル/t−ブタノール=1/1(3mL)、30%過酸化水素水溶液(0.1mmol)、1−オクテン(0.1mmol)を加えて、20℃で250分攪拌した。分析はガスクロマトグラフィーにより行い、目的化合物であるエポキシ化合物の収率は、94%(過酸化水素基準)であった。
(Example 5)
(TBA) 4 [γ-H 2 GeV 2 W 10 O 40 ] · 6H 2 O (8 μmol) is taken in a test tube, where acetonitrile / t-butanol = 1/1 (3 mL), 30% aqueous hydrogen peroxide solution (0.1 mmol) and 1-octene (0.1 mmol) were added and stirred at 20 ° C. for 250 minutes. The analysis was performed by gas chromatography, and the yield of the target compound, the epoxy compound, was 94% (based on hydrogen peroxide).

(実施例6)
(TBA)[γ−HGeV1040]・6HO(4μmol)を試験管に採り、ここに酢酸エチル/t−ブタノール=1/1(3mL)、30%過酸化水素水溶液(0.5mmol)、1−オクテン(0.5mmol)を加えて、32℃で24時間攪拌した。この時、触媒は溶解せず不均一であった。分析はガスクロマトグラフィーにより行い、目的化合物であるエポキシ化合物の収率は、5%(過酸化水素基準)であった。
(Example 6)
(TBA) 4 [γ-H 2 GeV 2 W 10 O 40 ] · 6H 2 O (4 μmol) is taken into a test tube, where ethyl acetate / t-butanol = 1/1 (3 mL), 30% hydrogen peroxide An aqueous solution (0.5 mmol) and 1-octene (0.5 mmol) were added, and the mixture was stirred at 32 ° C. for 24 hours. At this time, the catalyst was not dissolved and was uneven. The analysis was performed by gas chromatography, and the yield of the target epoxy compound was 5% (based on hydrogen peroxide).

(実施例7)
参考例2の合成方法に従いK[γ−SiW1036]・12HOを合成した以外は、Cs[(SiW1036{Hf(HO)}O(OH)]・23HOを以下の文献に従い合成した。
Y.Kikukawa、S.Yamaguchi、K.Tsuchida、Y.Nakagawa、K.Uehara、K.Yamaguchi、N.Mizuno「ジャーナル オブ ジ アメリカン ケミカル ソサイエティー(J.Am.Chem.Soc.)」(米国)、2008年、第130巻、p.5472。
Cs[(SiW1036{Hf(HO)}O(OH)]・23HO(1.3mol%)
をニトロメタン(0.8mL)に加え、ここに(+)−シトロネラール(0.26mmol)を加えて、75℃で48時間攪拌した。この時触媒は溶解せず不均一であった。分子内カルボニル−エン反応が進行し、イソプレゴール系化合物異性体が合計86%の収率で得られた。
(Example 7)
Cs 8 [(SiW 10 O 36 ) 2 {Hf (H 2 O)} 4 O (OH) except that K 8 [γ-SiW 10 O 36 ] · 12H 2 O was synthesized according to the synthesis method of Reference Example 2. 6 ] • 23H 2 O was synthesized according to the following literature.
Y. Kikukawa, S .; Yamaguchi, K .; Tsuchida, Y. et al. Nakagawa, K .; Uehara, K .; Yamaguchi, N .; Mizuno “Journal of the American Chemical Society (J. Am. Chem. Soc.)” (USA), 2008, vol. 130, p. 5472.
Cs 8 [(SiW 10 O 36 ) 2 {Hf (H 2 O)} 4 O (OH) 6] · 23H 2 O (1.3mol%)
Was added to nitromethane (0.8 mL), (+)-citronellal (0.26 mmol) was added thereto, and the mixture was stirred at 75 ° C. for 48 hours. At this time, the catalyst did not dissolve and was uneven. The intramolecular carbonyl-ene reaction proceeded, and isopulegol compound isomers were obtained in a total yield of 86%.

上述の実施例から、次のように言えることが分かった。
参考例1及び参考例3に示すように、一欠損POM化合物である[β−XW11398−(XはSiもしくはGeから選ばれる一種の元素)を合成するに当たり、SiもしくはGeから選ばれる一種の元素を含む化合物とWを含む化合物とをpH6〜7の条件下で反応させることにより、pH=5〜6の条件下で反応させるこれまでの方法よりも収量が向上することが明らかとなった。また、本合成法により得られた一欠損POM化合物を用いて、参考例2及び実施例1〜3に示すように、従来と同様の方法により、二欠損POM化合物の合成や、二欠損POM化合物の欠損部位にCuやV等の金属を導入し、二置換POM化合物の合成が可能であることが分かった。更に、(TBA)[γ−HSiW1036Cu(μ−1,1−N]はミクロ孔構造を有していることが新たに明らかとなり、(TBA)[γ−HSiV1040]・HO及び(TBA)[HGeV1040]・2HOもこれと同様の構造を有していることが分かった(実施例1〜3)。この結果、該POM化合物は、適切なカウンターカチオン(テトラブチルアンモニウム)と溶媒の選択により、均一系触媒(実施例4〜5)としてだけではなく、不均一系触媒(実施例6〜7)としても使用することが可能であることが判明した。
(図1)

Figure 2010046560
From the above examples, it was found that the following can be said.
As shown in Reference Example 1 and Reference Example 3, in synthesizing [β 2 -XW 11 O 39 ] 8− (X is a kind of element selected from Si or Ge) which is a single deficient POM compound, Si or Ge Yield can be improved by reacting a compound containing one element selected from W and a compound containing W under conditions of pH 6-7, compared with the conventional methods of reacting under conditions of pH = 5-6. Became clear. In addition, as shown in Reference Example 2 and Examples 1 to 3, using the one-deficient POM compound obtained by the present synthesis method, synthesis of a two-deficient POM compound or a two-deficient POM compound It has been found that a disubstituted POM compound can be synthesized by introducing a metal such as Cu or V into the deficient site. Furthermore, (TBA) 4 [γ-H 2 SiW 10 O 36 Cu 2 (μ-1,1-N 3 ) 2 ] is newly revealed to have a microporous structure, and (TBA) 4 [ γ-H 2 SiV 2 W 10 O 40] · H 2 O and (TBA) 4 [H 2 GeV 2 W 10 O 40] · 2H 2 O was also found to have the same structure as that of ( Examples 1 to 3). As a result, the POM compound can be used not only as a homogeneous catalyst (Examples 4 to 5) but also as a heterogeneous catalyst (Examples 6 to 7) by selecting an appropriate counter cation (tetrabutylammonium) and a solvent. Was also found to be possible to use.
(Figure 1)
Figure 2010046560

(図2)

Figure 2010046560
(Figure 2)
Figure 2010046560

Claims (5)

二置換ケギン型構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物の製造方法であって、
SiもしくはGeから選ばれる一種の元素を含む化合物とWを含む化合物とを、pH6〜7の条件下で反応させることにより得られる式(1)[β−XW11398−(式中、ヘテロ原子であるXはSiもしくはGeから選ばれる一種の元素をあらわし、ポリ原子であるWはタングステンをあらわし、Oは酸素をあらわす。)であらわされる一欠損ケギン型構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物を前駆体として用いて得られた、式(2)[XW10368−(式中、ヘテロ原子であるXはSiもしくはGeから選ばれる一種の元素をあらわし、ポリ原子であるWはタングステンをあらわし、Oは酸素をあらわす。)であらわされる二欠損ケギン型構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物に、3族〜13族より選ばれる少なくとも一種の元素を導入することを特徴とする二置換ケギン型構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物の製造方法。
A method for producing a heteropolyoxometalate compound having a disubstituted Keggin structure,
Formula (1) [β 2 -XW 11 O 39 ] 8− (formula obtained by reacting a compound containing one element selected from Si or Ge with a compound containing W under conditions of pH 6-7 In which hetero atom X represents a kind of element selected from Si or Ge, poly atom W represents tungsten, and O represents oxygen. Heteropolyoxometa having a one-deficient Keggin type structure represented by Formula (2) [XW 10 O 36 ] 8− obtained using a rate compound as a precursor (wherein, X, which is a heteroatom, represents a kind of element selected from Si or Ge, and is a poly atom) W represents tungsten, and O represents oxygen.) A heteropolyoxometalate compound having a two-deficient Keggin structure represented by: A method for producing a heteropolyoxometalate compound having a disubstituted Keggin structure, wherein at least one element selected from the group is introduced.
前記式(2)記載の二欠損ケギン型構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物が、XがSiであり、かつγ体の二欠損構造であることを特徴とする請求項1記載の二置換ケギン型構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物の製造方法。 2. The disubstituted kegin type compound according to claim 1, wherein the heteropolyoxometalate compound having a two-deficient Keggin structure represented by the formula (2) is a two-deficient structure of X and Si and a γ form. A method for producing a heteropolyoxometalate compound having a structure. 前記元素が、Zr、Hf、V、W、Mo、Cuであることを特徴とする請求項1〜2記載の二置換ケギン型構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物の製造方法。 The method for producing a heteropolyoxometalate compound having a disubstituted Keggin structure according to claim 1 or 2, wherein the element is Zr, Hf, V, W, Mo, or Cu. 請求項1〜3記載の製造方法で得られたケギン型構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物を含むことを特徴とする不均一系触媒。 A heterogeneous catalyst comprising a heteropolyoxometalate compound having a Keggin structure obtained by the production method according to claim 1. 請求項1〜3記載の製造方法で得られたケギン型構造を有するヘテロポリメタレート化合物であって、該化合物は4価の価数を有するケギン型構造を有するヘテロポリオキソメタレートアニオンと、四級アルキルアンモニウムカチオン、アルカリ金属カチオン、アルカリ土類金属カチオン及び/又はプロトンから選ばれる4個のカチオンとからなり、かつ構造上限定されたミクロ孔構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物。 A heteropolymetalate compound having a Keggin structure obtained by the production method according to claim 1, wherein the compound has a heteropolyoxometalate anion having a Keggin structure having a tetravalent valence, and a quaternary. A heteropolyoxometalate compound comprising four cations selected from an alkylammonium cation, an alkali metal cation, an alkaline earth metal cation and / or a proton, and having a structurally limited micropore structure.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102745748A (en) * 2012-07-09 2012-10-24 大连交通大学 Novel Keggin-type polyoxometallate compound as well as preparation method and application thereof
CN114247429A (en) * 2021-11-09 2022-03-29 暨南大学 Stearic acid derivative organic odor deodorization system

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