JP2018070441A - Iron oxide for red pigment and for catalyst, and method for producing the same - Google Patents

Iron oxide for red pigment and for catalyst, and method for producing the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an iron oxide which has excellent color tone and thermal resistance, and to provide a pigment containing the same.SOLUTION: This invention relates to an iron oxide which contains at least one element chosen from the group consisting of aluminum, zirconium, ruthenium, titanium, and hafnium. The iron oxide is in a tube or rod shape and an elemental ratio of the element is 5% or more and less than 25% by atomic number (assuming that the sum total of percent by atomic number of main elements except oxygen, carbon, nitrogen, and hydrogen is 100). This invention further relates to a pigment containing the iron oxide.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、各種元素を含有する酸化鉄、該酸化鉄の製造方法、及び該酸化鉄を含む顔料に関する。さらに、本発明は、各種元素を含有する複合体、及び該複合体を含む触媒に関する。   The present invention relates to iron oxide containing various elements, a method for producing the iron oxide, and a pigment containing the iron oxide. Furthermore, the present invention relates to a composite containing various elements and a catalyst including the composite.

現在、市販されている赤色酸化鉄α-Fe2O3 (ヘマタイト)は、耐熱性に問題がある。例えば、ヘマタイトを上絵付け顔料として使用するとき、ガラス釉薬と混ぜて約800℃で加熱するが、この加熱によって色調が低下する。この色調低下は、再加熱によってヘマタイト粒子が凝集し粒子サイズが大きくなるためである。 Currently, commercially available red iron oxide α-Fe 2 O 3 (hematite) has a problem in heat resistance. For example, when hematite is used as an overpainting pigment, it is mixed with a glass glaze and heated at about 800 ° C., but this heating reduces the color tone. This decrease in color tone is because hematite particles aggregate due to reheating and the particle size increases.

本発明者らは、色調と耐熱性とを向上させるため、粉末状のAl固溶ヘマタイトを開発している(特許文献1、非特許文献1)。ヘマタイトへのAl固溶効果は顕著であるが、更に色調を向上するためにはAl固溶効果だけでは限界があることが課題である。   In order to improve color tone and heat resistance, the present inventors have developed powdered Al solid solution hematite (Patent Document 1, Non-Patent Document 1). Although the Al solid solution effect on hematite is remarkable, there is a problem that the Al solid solution effect has a limit in order to further improve the color tone.

また、本発明者らは、従来の粉末状赤色酸化鉄とは全く異なる形状(チューブ状)の赤色酸化鉄を開発している(非特許文献2)。このチューブ状赤色酸化鉄は、自然界に存在する微生物(鉄酸化細菌レプトスリックス・オクラセア(Leptothrix ochracea))が作るチューブ状酸化鉄(構成元素比 Fe:Si:P=73:22:5)を空気中で約800℃で加熱することによって得られ、優れた色調を示すばかりでなく、耐熱性にも優れていることを見出している。このチューブ状赤色酸化鉄の優れた色調の原因は、(i) Si固溶効果、(ii)チューブ形態などに起因している。   Further, the present inventors have developed red iron oxide having a shape (tube shape) that is completely different from conventional powdered red iron oxide (Non-patent Document 2). This tube-shaped red iron oxide is a tube-shaped iron oxide (component ratio Fe: Si: P = 73: 22: 5) produced by microorganisms that exist in nature (iron-oxidizing bacteria Leptothrix ochracea). It is obtained by heating at about 800 ° C., and not only exhibits excellent color tone, but also has excellent heat resistance. The reason for the excellent color tone of this tubular red iron oxide is due to (i) Si solid solution effect, (ii) tube form, and the like.

この天然系のチューブ状赤色酸化鉄は、構成元素比がほとんど一定であり、Si又はP元素の固溶量が変化しないので、色調も加熱温度にのみ依存し、加熱温度が一定の場合は色合いを変化させることができない。   This natural tube-shaped red iron oxide has almost constant constituent element ratio, and the solid solution amount of Si or P element does not change, so the color tone also depends only on the heating temperature, and if the heating temperature is constant, the hue Cannot be changed.

アクリルアミド等のアミド類は、例えば、凝集剤、紙力増強剤、塗料、原油採掘用薬剤、石油(原油)増進回収用薬剤、滑剤、可塑剤、離型剤、消泡剤、ビタミンB3構成成分等、多岐にわたる用途に用いられる重要な化合物である。かかるアミド類の製造方法としては、触媒の存在下、ニトリル類と水とを反応させる方法が知られており、固体触媒、生体触媒又は金属錯体触媒を用いる方法が主に用いられている。 Amides such as acrylamide include, for example, flocculants, paper strength enhancers, paints, crude oil mining chemicals, petroleum (crude oil) enhanced recovery chemicals, lubricants, plasticizers, mold release agents, antifoaming agents, vitamin B 3 components It is an important compound used in a wide variety of applications such as ingredients. As a method for producing such amides, a method of reacting nitriles with water in the presence of a catalyst is known, and a method using a solid catalyst, a biocatalyst or a metal complex catalyst is mainly used.

固体触媒は、一般に耐熱性に優れ、更に回収して再利用が可能な利点を持ち、化学品の工業生産に広く用いられている。そして、アミド類の製造に使用するための新たな固体触媒が開発されている(例えば、特許文献2、非特許文献3及び4)。   Solid catalysts are generally excellent in heat resistance and have the advantage that they can be recovered and reused, and are widely used in the industrial production of chemicals. New solid catalysts for use in the production of amides have been developed (for example, Patent Document 2, Non-Patent Documents 3 and 4).

非特許文献3及び特許文献2では、水酸化ルテニウムをガンマアルミナに担持した触媒によるニトリル水和反応を報告している。この触媒調製方法では、ガンマアルミナに担持する際に、強アルカリである水酸化ナトリウムを用いて正確にpH調整をする必要があり、操作が煩雑であるとともに、調整により生じたpH 13.2の大量の強アルカリ廃液を別途、中和処理するなどの必要もあり、触媒調製時の副生成物及び廃水の量が極めて多いという欠点を有する。また、特別な表面積を有する担体となるガンマアルミナを用意する必要もあり担体の用意も煩雑である。   Non-Patent Document 3 and Patent Document 2 report a nitrile hydration reaction using a catalyst in which ruthenium hydroxide is supported on gamma alumina. In this catalyst preparation method, when it is supported on gamma alumina, it is necessary to accurately adjust the pH using sodium hydroxide, which is a strong alkali, and the operation is complicated and a large amount of pH 13.2 generated by the adjustment is required. A strong alkali waste liquid needs to be separately neutralized, and has a disadvantage that the amount of by-products and waste water during catalyst preparation is extremely large. In addition, it is necessary to prepare gamma alumina as a carrier having a special surface area, and the preparation of the carrier is complicated.

非特許文献4では、天然から得られるキチン、キトサン又はセルロースを担体とするルテニウム固体触媒によるニトリル水和反応を報告している。この触媒調製方法では、キチン、キトサン又はセルロースを担体にルテニウムを担持する際には50℃に加熱する必要がある。さらに、この触媒調製方法では、水素化ホウ素ナトリウムを使う必要がある。水素化ホウ素ナトリウムは水と反応して水素を発生するため、保存に細心の注意を払う必要がある。また、触媒調製時には酸素を遮断した不活性雰囲気下が必要であり、調製装置が煩雑となる。さらに、調製時に加えた水素化ホウ素ナトリウムの洗浄時に排出される廃水は、強アルカリ性を示すため中和工程が必要となり多量の酸が必要であり、また、中和時に無機塩が副生することとなる。   Non-Patent Document 4 reports a nitrile hydration reaction with a ruthenium solid catalyst using chitin, chitosan or cellulose obtained from nature as a carrier. In this catalyst preparation method, it is necessary to heat to 50 ° C. when ruthenium is supported on a carrier of chitin, chitosan or cellulose. Furthermore, this catalyst preparation method requires the use of sodium borohydride. Since sodium borohydride reacts with water to generate hydrogen, it is necessary to pay close attention to storage. Further, when preparing the catalyst, an inert atmosphere in which oxygen is blocked is necessary, and the preparation apparatus becomes complicated. In addition, wastewater discharged during the washing of sodium borohydride added during preparation exhibits strong alkalinity and requires a neutralization step, which requires a large amount of acid, and inorganic salts are by-produced during neutralization. It becomes.

非特許文献5では、工業的なベックマン転位反応の開発例が述べられ、高シリカゼオライトの固体触媒による気相ベックマン転位反応が報告されている。非特許文献5記載のベックマン転位反応は気相で行うことが特徴であり、中性条件下での反応のため、不要な硫酸ナトリウムなどの無機塩を副生しない。しかし、気相であるが故に反応温度は350℃である。すなわち、350℃の反応温度を確保するために多大な加熱のためのエネルギーが必要となり、より低温で中性条件下でベックマン転位を起こす固体触媒が求められている。より低温になった場合は原料のオキシムが気化しないので、液相中でベックマン転位を起こしうる中性条件下で作用する固体触媒が産業上の観点から求められる。   Non-Patent Document 5 describes an example of development of an industrial Beckmann rearrangement reaction, and reports a gas phase Beckmann rearrangement reaction using a solid catalyst of high silica zeolite. The Beckmann rearrangement described in Non-Patent Document 5 is characterized in that it is carried out in the gas phase, and because it is a reaction under neutral conditions, unnecessary inorganic salts such as sodium sulfate are not by-produced. However, because of the gas phase, the reaction temperature is 350 ° C. That is, a large amount of energy for heating is required to ensure a reaction temperature of 350 ° C., and a solid catalyst that undergoes Beckmann rearrangement under neutral conditions at a lower temperature is demanded. Since the raw material oxime does not vaporize at lower temperatures, a solid catalyst that operates under neutral conditions that can cause Beckmann rearrangement in the liquid phase is required from an industrial viewpoint.

特許文献3では、ルテニウム錯体触媒によるカルボニル化合物の製造方法が述べられている。この方法では錯体触媒の製造時に0.8MPaの水素が必要であるため耐圧オートクレーブが必要であり、また触媒が液相に可溶なため触媒回収についてはなにも触れられていない。   Patent Document 3 describes a method for producing a carbonyl compound using a ruthenium complex catalyst. This method requires a pressure autoclave because 0.8 MPa of hydrogen is required in the production of the complex catalyst, and there is no mention of catalyst recovery since the catalyst is soluble in the liquid phase.

特許第03728505号公報Japanese Patent No. 03728505 特開2005-170821号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-170821 特開2001-240595号公報JP 2001-240595 A

ACS Applied Materials & Interfaces, 6 (22), 20282-20289(2014).ACS Applied Materials & Interfaces, 6 (22), 20282-20289 (2014). Dyes and Pigments, 95 (3), 639-643(2012)Dyes and Pigments, 95 (3), 639-643 (2012) Angew. Chem. Int. Ed., 43 (12), 1576-1580(2004)Angew. Chem. Int. Ed., 43 (12), 1576-1580 (2004) RSC Adv., 5 (16), 12152-12160(2015)RSC Adv., 5 (16), 12152-12160 (2015) 触媒, 43 (7), 555-558(2001)Catalyst, 43 (7), 555-558 (2001)

本発明は、優れた色調及び耐熱性を有する酸化鉄、該酸化鉄の製造方法、並びに該酸化鉄を含む顔料を提供することを目的とする。さらに、本発明は、簡便に調製できる上に高い触媒活性を有する複合体、及び該複合体を含む触媒を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the iron oxide which has the outstanding color tone and heat resistance, the manufacturing method of this iron oxide, and the pigment containing this iron oxide. Furthermore, an object of the present invention is to provide a complex that can be easily prepared and has high catalytic activity, and a catalyst containing the complex.

チューブ状赤色酸化鉄の色調を調整し、一層向上させるためには、加熱温度以外の因子の導入が必要である。本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、レプトスリックス属細菌を培養することにより有機鞘を生成した後に、有機鞘を各種元素を含む水溶液中に保持することで細胞増殖に有害な元素でさえ元素吸着させて元素含有チューブ状酸化鉄を得ることができるという知見を得た。このように各種元素をチューブ状酸化鉄に含有させることにより、色調を向上させることができ、更には触媒として利用できるようになることを見出した。   In order to adjust and improve the color tone of the tubular red iron oxide, it is necessary to introduce factors other than the heating temperature. As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have produced an organic pod by culturing a bacterium belonging to the genus Leptolith, and then the cell is maintained by holding the organic pod in an aqueous solution containing various elements. It was found that element-containing tubular iron oxide can be obtained by adsorbing even elements harmful to growth. Thus, it has been found that the color tone can be improved by using various types of elements in the tube-shaped iron oxide, and further, it can be used as a catalyst.

本発明は、これら知見に基づき、更に検討を重ねて完成されたものであり、次の酸化鉄、酸化鉄の製造方法、顔料、複合体、及び触媒を提供するものである。   The present invention has been completed based on these findings and has been completed. The present invention provides the following iron oxide, iron oxide production method, pigment, composite, and catalyst.

(I) 酸化鉄
(I-1) アルミニウム、ジルコニウム、ルテニウム、チタン及びハフニウムからなる群から選択される少なくとも1種の元素を含有する酸化鉄であって、
形状がチューブ状又はロッド状であり、
当該元素の元素比率が原子数%で5%以上25%未満である(ここで、酸素、炭素、窒素及び水素を除く主要元素の原子数%の合計を100とする)、酸化鉄。
(I-2) 更にケイ素及び/又はリンを含有する、(I-1)に記載の酸化鉄。
(I-3) α-Fe2O3を含む、(I-1)又は(I-2)に記載の酸化鉄。
(I-4) 前記元素比率が、酸化鉄を加熱処理する前又は加熱処理する後のものである、(I-1)〜(I-3)のいずれか一項に記載の酸化鉄。
(I) Iron oxide
(I-1) Iron oxide containing at least one element selected from the group consisting of aluminum, zirconium, ruthenium, titanium and hafnium,
The shape is tube or rod,
The element ratio of the element is 5% or more and less than 25% in terms of atomic% (here, the total of atomic% of main elements excluding oxygen, carbon, nitrogen and hydrogen is 100) iron oxide.
(I-2) The iron oxide according to (I-1), further containing silicon and / or phosphorus.
(I-3) The iron oxide according to (I-1) or (I-2), which contains α-Fe 2 O 3 .
(I-4) The iron oxide according to any one of (I-1) to (I-3), wherein the element ratio is before or after heat treatment of iron oxide.

(II) 酸化鉄の製造方法
(II-1) 以下の工程を含む、アルミニウム、ジルコニウム、ルテニウム、チタン及びハフニウムからなる群から選択される少なくとも1種の元素を含有する酸化鉄の製造方法:
(1) 鉄酸化細菌を培養することにより有機鞘を生成する工程、及び
(2) 工程(1)で得られた有機鞘をアルミニウム、ジルコニウム、ルテニウム、チタン及びハフニウムからなる群から選択される少なくとも1種の元素並びに鉄を含む水溶液中に懸濁し、当該元素を含有する酸化鉄を生成する工程。
(II-2) 更に以下の工程を含む、(II-1)に記載の方法:
(3) 工程(2)で得られた酸化鉄を加熱処理する工程。
(II-3) 加熱処理の温度が600〜1000℃である、(II-2)に記載の方法。
(II-4) 更に以下の工程を含む、(II-1)〜(II-3)のいずれか一項に記載の方法:
(4) 工程(2)又は(3)で得られた酸化鉄を粉砕する工程。
(II-5) 前記鉄酸化細菌が、レプトスリックス属に属する細菌である、請求項(II-1)〜(II-4)のいずれか一項に記載の方法。
(II-6) 前記鉄酸化細菌が、レプトスリックス・コロディニ(Leptothrix cholodnii) OUMS1 (NITE BP-860)である、請求項(II-1)〜(II-4)のいずれか一項に記載の方法。
(II) Iron oxide production method
(II-1) A method for producing iron oxide containing at least one element selected from the group consisting of aluminum, zirconium, ruthenium, titanium and hafnium, comprising the following steps:
(1) producing an organic sheath by culturing iron-oxidizing bacteria; and
(2) The organic sheath obtained in step (1) is suspended in an aqueous solution containing at least one element selected from the group consisting of aluminum, zirconium, ruthenium, titanium and hafnium, and iron, and contains the element. A step of producing iron oxide.
(II-2) The method according to (II-1), further comprising the following steps:
(3) A step of heat-treating the iron oxide obtained in step (2).
(II-3) The method according to (II-2), wherein the temperature of the heat treatment is 600 to 1000 ° C.
(II-4) The method according to any one of (II-1) to (II-3), further comprising the following steps:
(4) A step of pulverizing the iron oxide obtained in the step (2) or (3).
(II-5) The method according to any one of claims (II-1) to (II-4), wherein the iron-oxidizing bacterium is a bacterium belonging to the genus Leptolyx.
(II-6) The iron-oxidizing bacterium is Leptothrix cholodnii OUMS1 (NITE BP-860), according to any one of claims (II-1) to (II-4). Method.

(III) 顔料
(III-1) (I-1)〜(I-4)のいずれか一項に記載の酸化鉄を含む顔料。
(III) Pigment
(III-1) A pigment containing iron oxide according to any one of (I-1) to (I-4).

(IV) 複合体
(IV-1) アルミニウム、ジルコニウム、ルテニウム、チタン及びハフニウムからなる群から選択される少なくとも1種の元素を含有する金属酸化物並びに有機鞘を含む複合体であって、
形状がチューブ状又はロッド状であり、
当該元素の元素比率が原子数%で5%以上である(ここで、酸素、炭素、窒素及び水素を除く主要元素の原子数%の合計を100とする)、複合体。
(IV-2) 前記金属酸化物として更に酸化鉄を含む、(IV-1)に記載の複合体。
(IV-3) 更にケイ素及び/又はリンを含有する、(IV-1)又は(IV-2)に記載の酸化鉄。
(IV-4) 以下の工程を含む、アルミニウム、ジルコニウム、ルテニウム、チタン及びハフニウムからなる群から選択される少なくとも1種の元素を含有する金属酸化物並びに有機鞘を含む複合体の製造方法:
(1) 鉄酸化細菌を培養することにより有機鞘を生成する工程、及び
(2) 工程(1)で得られた有機鞘をアルミニウム、ジルコニウム、ルテニウム、チタン及びハフニウムからなる群から選択される少なくとも1種の元素を含む水溶液中に懸濁し、当該元素を含有する金属酸化物を生成する工程。
(IV) Complex
(IV-1) A composite comprising a metal oxide containing at least one element selected from the group consisting of aluminum, zirconium, ruthenium, titanium and hafnium, and an organic sheath,
The shape is tube or rod,
A complex in which the element ratio of the element is 5% or more in terms of the number of atoms (here, the sum of the number of atoms of the main elements excluding oxygen, carbon, nitrogen, and hydrogen is 100).
(IV-2) The composite according to (IV-1), further comprising iron oxide as the metal oxide.
(IV-3) The iron oxide according to (IV-1) or (IV-2), further containing silicon and / or phosphorus.
(IV-4) A method for producing a composite comprising a metal oxide containing at least one element selected from the group consisting of aluminum, zirconium, ruthenium, titanium and hafnium and an organic sheath, including the following steps:
(1) producing an organic sheath by culturing iron-oxidizing bacteria; and
(2) The organic sheath obtained in step (1) is suspended in an aqueous solution containing at least one element selected from the group consisting of aluminum, zirconium, ruthenium, titanium and hafnium, and metal oxidation containing the element The process of producing a thing.

(V) 触媒
(V-1) (IV-1)〜(IV-3)のいずれか一項に記載の複合体を含む、水和反応に用いられる水和触媒。
(V-2) ニトリル類の水和に用いられる、(V-1)に記載の水和触媒。
(V-3) 前記ニトリル類が、置換基を有してもよい炭素数1〜30の脂肪族ニトリル、又は置換基を有してもよい炭素数6〜30の芳香族ニトリルである、(V-2)に記載の水和触媒。
(V-4) 前記ニトリル類が、アクリロニトリル、メタクロニトリル、3−シアノピリジン又はポリアクリロニトリルである、(V-2)又は(V-3)に記載の水和触媒。
(V-5) 以下の工程を含む、アミドの製造方法:
(V-1)〜(V-4)のいずれか一項に記載の水和触媒が添加された、ニトリル類と水及び/又は有機溶媒との混合物を0〜200℃の温度で、0.1〜48時間反応させる工程。
(V-6) (IV-1)〜(IV-3)のいずれか一項に記載の複合体を含む、ベックマン転位反応に用いられる触媒。
(V-7) 以下の工程を含む、アミドの製造方法:
(V-6)に記載の触媒が添加された、オキシム類と水及び/又は有機溶媒との混合物を0〜200℃の温度で、0.1〜48時間反応させる工程。
(V-8) (IV-1)〜(IV-3)のいずれか一項に記載の複合体を含む、アルコール類の脱水素によるカルボニル化合物製造用の脱水素触媒。
(V-9) 前記アルコール類が、置換基を有してもよい炭素数1〜30の脂肪族アルコールである、(V-8)に記載の脱水素触媒。
(V-10) 以下の工程を含む、カルボニル化合物の製造方法:
(V-8)又は(V-9)に記載の触媒が添加された、アルコール類を0〜300℃の温度で、0.1〜48時間反応させる工程。
(V) Catalyst
(V-1) A hydration catalyst used in a hydration reaction, comprising the complex according to any one of (IV-1) to (IV-3).
(V-2) The hydration catalyst according to (V-1), which is used for hydration of nitriles.
(V-3) The nitrile is an aliphatic nitrile having 1 to 30 carbon atoms which may have a substituent, or an aromatic nitrile having 6 to 30 carbon atoms which may have a substituent. The hydration catalyst as described in V-2).
(V-4) The hydration catalyst according to (V-2) or (V-3), wherein the nitrile is acrylonitrile, methacrylonitrile, 3-cyanopyridine, or polyacrylonitrile.
(V-5) A process for producing an amide comprising the following steps:
A mixture of a nitrile and water and / or an organic solvent, to which the hydration catalyst according to any one of (V-1) to (V-4) is added, at a temperature of 0 to 200 ° C, 0.1 to The process of reacting for 48 hours.
(V-6) A catalyst used for the Beckmann rearrangement reaction, comprising the complex according to any one of (IV-1) to (IV-3).
(V-7) A process for producing an amide comprising the following steps:
A step of reacting a mixture of an oxime and water and / or an organic solvent, to which the catalyst described in (V-6) is added, at a temperature of 0 to 200 ° C. for 0.1 to 48 hours.
(V-8) A dehydrogenation catalyst for producing a carbonyl compound by dehydrogenation of an alcohol, comprising the complex according to any one of (IV-1) to (IV-3).
(V-9) The dehydrogenation catalyst according to (V-8), wherein the alcohol is an aliphatic alcohol having 1 to 30 carbon atoms which may have a substituent.
(V-10) A method for producing a carbonyl compound comprising the following steps:
A step of reacting an alcohol, to which the catalyst described in (V-8) or (V-9) is added, at a temperature of 0 to 300 ° C. for 0.1 to 48 hours.

本発明によれば、微生物が生成する酸化鉄に含有させる元素について、その種類及び含有量を制御可能であり、細胞増殖に有害な元素でさえ含有させることができ、自然界には存在しないような酸化鉄を作製することができる。このように含有させる元素の種類と含有量、更には加熱処理の温度を制御することにより、優れた色調及び耐熱性を有する酸化鉄を製造することが可能となる。   According to the present invention, elements contained in iron oxide produced by microorganisms can be controlled in type and content, and even elements harmful to cell growth can be contained, and do not exist in nature. Iron oxide can be produced. By controlling the kind and content of the element to be contained and the temperature of the heat treatment, iron oxide having excellent color tone and heat resistance can be produced.

また、本発明の複合体は、高い触媒活性を有しており、ニトリル類の水和反応、ベックマン転位反応、アルコール類の脱水素によるカルボニル化合物製造などに利用できる。本発明の複合体の調製時にpH調整などが不要であり、そのため廃水及び中和時に生じる無機塩の副生がない点で従来の水和反応に用いられる固体触媒に対する優位性がある。さらに、複合体の調製時に加熱する必要もなく常温で調製ができるため、熱エネルギーの消費もなく従来の水和反応に用いられる固体触媒と比べて経済性に優れている。   The complex of the present invention has high catalytic activity and can be used for nitrile hydration reaction, Beckmann rearrangement reaction, and carbonyl compound production by dehydrogenation of alcohols. There is no need for pH adjustment at the time of preparing the composite of the present invention, and therefore there is an advantage over the solid catalyst used in the conventional hydration reaction in that there is no by-product of waste water and inorganic salts generated during neutralization. Furthermore, since it can be prepared at room temperature without the need for heating at the time of preparation of the composite, there is no consumption of heat energy and it is more economical than conventional solid catalysts used in hydration reactions.

本発明の複合体は、液相中及び中性条件下でベックマン転位反応を起こすことが可能である。また、本発明の複合体は、製造時に耐圧オートクレーブが不要であり、再利用も可能である点で従来の脱水素触媒に対する優位性がある。   The complex of the present invention can undergo a Beckmann rearrangement reaction in a liquid phase and under neutral conditions. In addition, the composite of the present invention has an advantage over the conventional dehydrogenation catalyst in that a pressure-resistant autoclave is not required at the time of production and can be reused.

Si添加培地(左)又はAl添加培地(右)におけるOUMS1株の培養日数と生菌数の関係を示すグラフである。●:0 mM、■:0.05 mM、◆:0.5 mM、▲:5 mMIt is a graph which shows the relationship between the culture | cultivation days of OUMS1 strain | stump | stock in a Si addition culture medium (left) or Al addition culture medium (right), and the number of viable bacteria. ●: 0 mM, ■: 0.05 mM, ◆: 0.5 mM, ▲: 5 mM Al含有BIOXの(a) SEM像、(b)〜(e)元素マッピング像である。(A) SEM image and (b)-(e) element mapping images of Al-containing BIOX. Al含有BIOXのXRDパターンである。It is an XRD pattern of Al-containing BIOX. Al含有BIOXのSTEM像(左)、電子回折パターン(中央)、高分解TEM像(右)である。They are the STEM image (left), electron diffraction pattern (center), and high-resolution TEM image (right) of Al-containing BIOX. 培地中のAl濃度(mM)とAl含有BIOX中の主要元素組成比(at%)の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between Al concentration (mM) in a culture medium, and the main element composition ratio (at%) in Al containing BIOX. 培地中の各Al濃度(0 mM, 1 mM, 10 mM)におけるAl含有BIOXのSEM像である。It is a SEM image of Al containing BIOX in each Al concentration (0 mM, 1 mM, 10 mM) in a culture medium. Al含有BIOX、天然系BIOX及びMC55の加熱処理後のa*, b*, L*値を示すグラフ(上)、加熱温度による色調変化を示す写真(下)である。FIG. 4 is a graph (upper) showing a * , b * , and L * values after heat treatment of Al-containing BIOX, natural BIOX and MC55, and a photograph (lower) showing color tone change with heating temperature. Al含有BIOX、天然系BIOX及びMC55の再加熱前後のa*, b*, L*値を示すグラフである。○:800℃、2時間加熱→●:800℃、2時間再加熱It is a graph which shows a * , b * , L * value before and behind reheating of Al content BIOX, natural type BIOX, and MC55. ○: 800 ℃, heated for 2 hours → ●: 800 ℃, reheated for 2 hours Al含有BIOXの加熱処理後のXRDパターンである。It is an XRD pattern after heat treatment of Al-containing BIOX. Al含有BIOX及び天然系BIOXの破砕前後のSEM像である。It is the SEM image before and behind crushing of Al-containing BIOX and natural BIOX. Al含有BIOX及び天然系BIOXを破砕したものと粉砕処理しないものの加熱処理後のa*, b*, L*値を示すグラフである。It is a graph which shows the a * , b * , L * value after heat processing of what crushed Al-containing BIOX and natural type BIOX, and what was not grind | pulverized. Al含有BIOXとAl(20mol%)含有合成酸化鉄の加熱処理後のa*, b*, L*値を示すグラフである。It is a graph which shows the a * , b * , L * value after heat processing of Al containing BIOX and Al (20 mol%) containing synthetic iron oxide. Zr含有BIOXのSEM像(左)、元素マッピング像(右)である。It is the SEM image (left) and element mapping image (right) of Zr containing BIOX. Zr含有BIOXのXRDパターンである。It is a XRD pattern of Zr containing BIOX. 培地中のZr濃度(mM)とZr含有BIOX中の主要元素組成比(at%)の関係を示すグラフである。2 is a graph showing the relationship between the Zr concentration (mM) in a medium and the composition ratio (at%) of main elements in Zr-containing BIOX. 培地中の各Zr濃度(0 mM, 1 mM, 2 mM, 10 mM)におけるZr含有BIOXのSEM像である。It is a SEM image of Zr containing BIOX in each Zr density | concentration (0 mM, 1 mM, 2 mM, 10 mM) in a culture medium. Zr含有BIOX、天然系BIOX及びMC55の加熱処理後のa*, b*, L*値を示すグラフ(上)、加熱処理後の色調を示す写真(下)である。A graph showing the a * , b * and L * values after heat treatment of Zr-containing BIOX, natural BIOX and MC55 (top), and a photograph showing the color tone after heat treatment (bottom). Zr含有BIOXの加熱処理後のXRDパターンである。It is a XRD pattern after heat processing of Zr containing BIOX. Zr含有BIOXの加熱処理後のSEM像である。It is a SEM image after heat processing of Zr containing BIOX. 培地中の各Ru濃度(1 mM, 5 mM)におけるRu含有BIOXのSEM像である。差し込み図は、BIOXの末端部分を拡大したものである。It is a SEM image of Ru containing BIOX in each Ru density | concentration (1 mM, 5 mM) in a culture medium. The inset is an enlarged view of the end of BIOX.

以下、本発明について詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

なお、本明細書において「含む、含有する(comprise)」とは、「本質的にからなる(essentially consist of)」という意味と、「からなる(consist of)」という意味をも包含する。   In the present specification, “comprise” includes the meaning of “essentially consist of” and the meaning of “consist of”.

本明細書において、鉄酸化細菌が生成する酸化鉄のことを「BIOX (Biogenous Iron oxides)」と称することがあり、天然の環境下で鉄酸化細菌が生成する酸化鉄を「天然系BIOX」と、単離された鉄酸化細菌を培養することにより生成される酸化鉄を「培養系BIOX」と称することもある。   In this specification, iron oxides produced by iron-oxidizing bacteria may be referred to as “BIOX (Biogenous Iron oxides)”, and iron oxides produced by iron-oxidizing bacteria in a natural environment are referred to as “natural BIOX”. The iron oxide produced by culturing the isolated iron-oxidizing bacteria may be referred to as “culture system BIOX”.

本明細書において「鞘状」及び「チューブ状」とは同じ形状を意味する用語であって、丸く細長い中空の形状を意味する。また、本明細書において「ロッド状」とは、丸く細長く中空ではない形状を意味する。   In this specification, “sheath-like” and “tube-like” are terms that mean the same shape, and mean a round, elongated, hollow shape. Further, in the present specification, the “rod shape” means a shape that is round and thin and not hollow.

<酸化鉄>
本発明の酸化鉄は、アルミニウム(Al)、ジルコニウム(Zr)、ルテニウム(Ru)、チタン(Ti)及びハフニウム(Hf)からなる群から選択される少なくとも1種の元素を含有し、
形状がチューブ状又はロッド状であり、
当該元素の元素比率が原子数%で5%以上25%未満である(ここで、酸素、炭素、窒素及び水素を除く主要元素の原子数%の合計を100とする)ことを特徴とする。
<Iron oxide>
The iron oxide of the present invention contains at least one element selected from the group consisting of aluminum (Al), zirconium (Zr), ruthenium (Ru), titanium (Ti) and hafnium (Hf),
The shape is tube or rod,
The element ratio of the element is 5% or more and less than 25% in terms of atomic% (here, the total of atomic% of main elements excluding oxygen, carbon, nitrogen, and hydrogen is 100).

本発明において、「酸化鉄」とは、α-Fe2O3、β-Fe2O3、γ-Fe2O3、Fe3O4などに例示される狭義の酸化鉄、α-FeOOH、β-FeOOH、γ-FeOOHなどに例示されるオキシ水酸化鉄、フェリハイドライトに代表される非晶質に近い構造の水酸化鉄を含む、鉄と酸素とを成分とする化合物の総称である。そして、本発明における「酸化鉄」は、鉄と酸素以外の成分が含まれている物も包含する。そのような鉄と酸素以外の成分としては、上記のAl、Zr、Ru、Ti及びHf以外には、例えば、ケイ素(Si)、リン(P)、硫黄(S)、炭素(C)、窒素(N)、水素(H)などが挙げられ、本発明の酸化鉄は、好ましくはケイ素及び/又はリンを含有する。本発明における「酸化鉄」には、有機鞘などの有機物が含まれていてもよい。 In the present invention, “iron oxide” means iron oxide in a narrow sense exemplified by α-Fe 2 O 3 , β-Fe 2 O 3 , γ-Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , α-FeOOH, It is a general term for compounds containing iron and oxygen as components, including iron oxyhydroxides such as β-FeOOH and γ-FeOOH, and iron hydroxides with an amorphous structure typified by ferrihydrite. . The “iron oxide” in the present invention includes those containing components other than iron and oxygen. Such components other than iron and oxygen include, for example, silicon (Si), phosphorus (P), sulfur (S), carbon (C), nitrogen other than Al, Zr, Ru, Ti and Hf described above. (N), hydrogen (H), and the like, and the iron oxide of the present invention preferably contains silicon and / or phosphorus. The “iron oxide” in the present invention may contain an organic substance such as an organic sheath.

本発明の酸化鉄は、非晶質及び微結晶性(例えば、フェリハイドライト、レピドクロサイト)のいずれであってもよい。   The iron oxide of the present invention may be either amorphous or microcrystalline (for example, ferrihydrite, lepidochrosite).

本発明の酸化鉄は、Al、Zr、Ti及びHfを含有する場合は顔料として、Al、Zr、Ru及びTiを含有する場合は触媒として使用できる。本発明の酸化鉄が含有するAl、Zr、Ru、Ti及びHfは、固溶した状態でも含まれ得る。   The iron oxide of the present invention can be used as a pigment when it contains Al, Zr, Ti and Hf, and as a catalyst when it contains Al, Zr, Ru and Ti. Al, Zr, Ru, Ti and Hf contained in the iron oxide of the present invention can be contained even in a solid solution state.

本発明の酸化鉄が含有するAl、Zr、Ru、Ti及びHfの元素比率は、原子数%で5%以上25%未満、好ましくは10%以上25%未満、より好ましくは15%以上25%未満、特に好ましくは20%以上25%未満である(ここで、酸素、炭素、窒素及び水素を除く主要元素の原子数%の合計を100とする)。ここでの元素比率は、Al、Zr、Ru、Ti及びHfの合計の元素比率を意味する。また、酸素を除く主要元素とは、Fe、P、Si、S、Al、Zr、Ru、Ti、Hfなどであって、酸化鉄中に酸素、炭素、窒素及び水素以外で原子数%で少なくとも1%含まれる物を意味する。元素比率は、酸化鉄を加熱処理する前又は加熱処理する後のものである。   The element ratio of Al, Zr, Ru, Ti and Hf contained in the iron oxide of the present invention is 5% or more and less than 25%, preferably 10% or more and less than 25%, more preferably 15% or more and 25% in terms of the number of atoms. Is less than 20%, particularly preferably 20% or more and less than 25% (here, the sum of the atomic percentages of main elements excluding oxygen, carbon, nitrogen and hydrogen is 100). The element ratio here means the total element ratio of Al, Zr, Ru, Ti, and Hf. The main elements excluding oxygen are Fe, P, Si, S, Al, Zr, Ru, Ti, Hf, etc., and at least the number of atoms in oxygen oxide other than oxygen, carbon, nitrogen and hydrogen is at least%. Means 1%. The element ratio is that before or after heat treatment of iron oxide.

本発明の酸化鉄の形状は、チューブ状又はロッド状であり、それぞれの形状の通常の大きさは、チューブ状:直径0.1〜2μm、長さ1〜1000μm、ロッド状:長さ1〜1000μmである。   The shape of the iron oxide of the present invention is tube-shaped or rod-shaped, and the normal size of each shape is tube-shaped: diameter 0.1-2 μm, length 1-1000 μm, rod-shaped: length 1-1000 μm. is there.

本発明の酸化鉄がα-Fe2O3(ヘマタイト)を含む場合は、赤色を呈するようになるため、赤色顔料として好適に使用することができる。本発明の酸化鉄(好ましくはα-Fe2O3を含む酸化鉄)の色彩は、a* (reddish)が好ましくは25以上、より好ましくは30〜50、b* (yellowish)が好ましくは25以上、より好ましくは30〜50、L* (lightness)が好ましくは30以上、より好ましくは40〜50である。ここでのパラメータL*、a*、b*は、国際照明委員会(CIE)が1976年に推奨したCIE1976 L*a*b*表色系と呼ばれる色空間に規定されたものであり、実施例に記載の方法により測定することができる。本発明の酸化鉄の目視による色彩は、明るく黄色味を帯びた赤色である。 When the iron oxide of the present invention contains α-Fe 2 O 3 (hematite), it becomes red and can be suitably used as a red pigment. The color of the iron oxide of the present invention (preferably iron oxide containing α-Fe 2 O 3 ) is preferably a * (reddish) of 25 or more, more preferably 30 to 50, and b * (yellowish) of preferably 25. As mentioned above, More preferably, it is 30-50, L * (lightness) becomes like this. Preferably it is 30 or more, More preferably, it is 40-50. The parameters L * , a * and b * here are specified in the color space called CIE1976 L * a * b * color system recommended by the International Commission on Illumination (CIE) in 1976. It can be measured by the method described in the examples. The visual color of the iron oxide of the present invention is bright yellowish red.

本発明の酸化鉄は、以下の工程を実施することで製造することができる。
(1) 鉄酸化細菌を培養することにより有機鞘を生成する工程、及び
(2) 工程(1)で得られた有機鞘をアルミニウム、ジルコニウム、ルテニウム、チタン及びハフニウムからなる群から選択される少なくとも1種の元素並びに鉄を含む水溶液中に懸濁し、当該元素を含有する酸化鉄を生成する工程。
The iron oxide of the present invention can be produced by carrying out the following steps.
(1) producing an organic sheath by culturing iron-oxidizing bacteria; and
(2) The organic sheath obtained in step (1) is suspended in an aqueous solution containing at least one element selected from the group consisting of aluminum, zirconium, ruthenium, titanium and hafnium, and iron, and contains the element. A step of producing iron oxide.

鉄酸化細菌としては、有機鞘を生成するものであれば特に限定されるものではない。そのような有機鞘を生成する鉄酸化細菌としては、例えば、レプトスリックス属細菌(Leptothrix sp.)及びスフェロチルス属細菌(Sphaerotilus sp.)を挙げることができる。中でも人工的に培養可能なように単離された鉄酸化細菌が好適に使用できる。レプトスリックス属細菌としては、具体的には、レプトスリックス・コロディニSP-6株、及びレプトスリックス・コロディニOUMS1株が挙げられる。レプトスリックス・コロディニOUMS1株は、2009年12月25日に、独立行政法人製品評価技術基盤機構特許微生物寄託センター(日本国千葉県木更津市かずさ鎌足2−5−8(郵便番号292-0818))に、受託番号NITE P-860として寄託されている。また、この菌株は、現在国際寄託に移管されており、その受託番号はNITE BP-860である。   The iron-oxidizing bacterium is not particularly limited as long as it produces an organic sheath. Examples of the iron-oxidizing bacterium that produces such an organic sheath include a Leptothrix sp. And a Sphaerotilus sp. Among them, iron-oxidizing bacteria isolated so as to be able to be artificially cultured can be preferably used. Specific examples of the genus Bacteria belonging to the genus Leptotrix include the Leptotrix Korodini SP-6 strain and the Leptotrix Korodini OUMS1 strain. The Leptothrix Korodini OUMS1 strain was established on December 25, 2009 by the National Institute for Product Evaluation Technology Patent Microorganisms Deposit Center (2-5-8 Kazusa Kamashi, Kisarazu City, Chiba Prefecture, Japan) ) Under the deposit number NITE P-860. This strain has now been transferred to an international deposit and its deposit number is NITE BP-860.

本発明における「有機鞘」とは、レプトスリックス属細菌、スフェロチルス属細菌などのβ-プロテオバクテリアに属する鉄酸化細菌が菌体外に形成する鞘状の構造体を意味し、この構造体は連鎖状の菌体の外周に分泌されたヘテロ多糖類とタンパク質とからなる微細繊維が密に織りたたまれた高分子重合体である(以下の文献1〜3参照)。
文献1:Emerson, D., and Ghiorse, W.C. (1993) Ultrastructure and chemical composition of the sheath of Leptothrix discophora SP-6. J. Bacteriol. 175: 7808-7818.
文献2:Takeda, M., Makita, H., Ohno, K., Nakahara, Y., and Koizumi, J. (2005) Structural analysis of the sheath of a sheathed bacterium, Leptothrix cholodnii. Int’l. J. Biol. Macromole 37: 92-98.
文献3:Kunoh, T., Kunoh, H., and Takada, J. (2015) Perspectives on the Biogenesis of Iron Oxide Complexes Produced by Leptothrix, an Iron-oxidizing Bacterium and Promising Industrial Applications for their Functions. J. Microb. Biochem. Technol. 7: 419-426.
The “organic sheath” in the present invention means a sheath-like structure formed outside of the cell by iron-oxidizing bacteria belonging to β-proteobacteria such as a bacterium belonging to the genus Leptothrix or genus Spherocillus, and this structure is linked. It is a high molecular polymer in which fine fibers composed of heteropolysaccharide and protein secreted on the outer periphery of a cell-like cell are closely woven (see the following documents 1 to 3).
Reference 1: Emerson, D., and Ghiorse, WC (1993) Ultrastructure and chemical composition of the sheath of Leptothrix discophora SP-6. J. Bacteriol. 175: 7808-7818.
Reference 2: Takeda, M., Makita, H., Ohno, K., Nakahara, Y., and Koizumi, J. (2005) Structural analysis of the sheath of a sheathed bacterium, Leptothrix cholodnii. Int'l. Biol. Macromole 37: 92-98.
Reference 3: Kunoh, T., Kunoh, H., and Takada, J. (2015) Perspectives on the Biogenesis of Iron Oxide Complexes Produced by Leptothrix, an Iron-oxidizing Bacterium and Promising Industrial Applications for their Functions. J. Microb. Biochem. Technol. 7: 419-426.

工程(1)における鉄酸化細菌の培養条件は、有機鞘を生成できる限り特に制限されず、鉄酸化細菌の種類等に応じて培地の種類、培養温度、培養時間等を適宜設定することができる。培養温度としては、通常15〜30℃、好ましくは20〜25℃を挙げることができる。培養時間としては、通常1〜35日間、好ましくは2〜21日間程度とすることができる。培養は、固体培養及び液体培養のいずれでもよく、好ましくは液体培養である。液体培養は、振盪培養、攪拌培養、通気培養等によって行うことができる。培地としては、例えば、実施例において使用しているSGP培地などを挙げることができる。   The culture conditions of the iron-oxidizing bacteria in step (1) are not particularly limited as long as an organic sheath can be generated, and the type of culture medium, culture temperature, culture time, etc. can be appropriately set according to the type of iron-oxidizing bacteria. . As culture | cultivation temperature, 15-30 degreeC is mentioned normally, Preferably 20-25 degreeC can be mentioned. The culture time can be usually about 1 to 35 days, preferably about 2 to 21 days. The culture may be either solid culture or liquid culture, preferably liquid culture. Liquid culture can be performed by shaking culture, stirring culture, aeration culture, or the like. Examples of the medium include SGP medium used in the examples.

工程(2)で使用する水溶液にアルミニウム、ジルコニウム、ルテニウム、チタン及びハフニウムを含有させるために、当該水溶液に添加される化合物としては、例えば、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、硫酸カリウムアルミニウム、塩化ジルコニウム(IV)、酸化ジルコニウム、オキシ塩化ジルコニウム、塩化ルテニウム(III)、塩化ルテニウム(II)ビス(ジメチルスルホキシド)、酸化ルテニウム(VIII)、RuCl2(CO)2(P(m-C6H4SO3Na)3)2、[(C5R5)RuCl(PTA)2](R=H, Me; PTA=1,3,5-triaza-7-phosphaadamantane)、塩化チタン(III) 、塩化チタン(IV)、オキシ硫酸チタン、塩化ハフニウム(IV)、酸化ハフニウム、オキシ塩化ハフニウム、これらの水和物などが挙げられる。これらの化合物の濃度は、通常0.1〜100 mM、好ましくは0.5〜20 mMである。また、工程(2)で使用する水溶液に鉄を含有させるために、当該水溶液に添加される化合物としては、例えば、硫酸鉄(II)、硫酸鉄(III)、塩化鉄(II)、塩化鉄(III)、硝酸鉄(II)、硝酸鉄(III)、酢酸鉄(II)、酢酸鉄(III)、クエン酸鉄(III)、これらの水和物、鉄小片、鉄粉末などが挙げられる。 In order to contain aluminum, zirconium, ruthenium, titanium and hafnium in the aqueous solution used in step (2), examples of the compound added to the aqueous solution include aluminum chloride, aluminum nitrate, aluminum sulfate, potassium aluminum sulfate, and chloride. Zirconium (IV), zirconium oxide, zirconium oxychloride, ruthenium (III) chloride, ruthenium (II) chloride, bis (dimethylsulfoxide), ruthenium (VIII) oxide, RuCl 2 (CO) 2 (P (mC 6 H 4 SO 3 Na) 3) 2, [( C 5 R 5) RuCl (PTA) 2] (R = H, Me; PTA = 1,3,5-triaza-7-phosphaadamantane), titanium chloride (III), titanium chloride ( IV), titanium oxysulfate, hafnium chloride (IV), hafnium oxide, hafnium oxychloride, and hydrates thereof. The concentration of these compounds is usually 0.1 to 100 mM, preferably 0.5 to 20 mM. In order to contain iron in the aqueous solution used in step (2), examples of the compound added to the aqueous solution include iron (II) sulfate, iron (III) sulfate, iron (II) chloride, iron chloride. (III), iron nitrate (II), iron nitrate (III), iron acetate (II), iron acetate (III), iron citrate (III), hydrates thereof, iron pieces, iron powder, etc. .

工程(2)で使用する水溶液の水性媒体としては、緩衝液(例えば、酢酸緩衝液、リン酸緩衝液、クエン酸緩衝液、クエン酸リン酸緩衝液、ホウ酸緩衝液、トリス緩衝液、HEPES緩衝液)、培地(例えば、SGP培地)などが挙げられる。また、工程(1)で培養を行った培地を水性媒体として引き続き使用することもできる。当該水溶液のpHについては、特に制限されず、目的とする酸化鉄の種類等に応じて適宜設定できる。   Examples of the aqueous medium used in the step (2) include a buffer (e.g., acetate buffer, phosphate buffer, citrate buffer, citrate phosphate buffer, borate buffer, Tris buffer, HEPES Buffer), medium (for example, SGP medium) and the like. Further, the medium cultured in the step (1) can be continuously used as an aqueous medium. The pH of the aqueous solution is not particularly limited, and can be appropriately set according to the type of target iron oxide.

形成された有機鞘は上記水溶液に直接懸濁することもできるし、又は形成された有機鞘に対してリゾチーム等で溶菌処理を行った後に上記水溶液に懸濁することもできる。   The formed organic sheath can be directly suspended in the aqueous solution, or can be suspended in the aqueous solution after lysing the formed organic sheath with lysozyme or the like.

懸濁を行う条件は、特に制限されず、目的とする酸化鉄の種類等に応じて温度、時間等を適宜設定することができる。また、懸濁を行う際には、震盪操作、攪拌操作等を必要により行うことができる。   The conditions for the suspension are not particularly limited, and the temperature, time, and the like can be appropriately set according to the type of the target iron oxide. Moreover, when performing suspension, shaking operation, stirring operation, etc. can be performed as needed.

有機鞘を上記水溶液に懸濁することで、アルミニウム、ジルコニウム、ルテニウム、チタン及びハフニウムを有機鞘に元素吸着させて、これらの元素を含有(固溶)する酸化鉄を生成することができる。このような2段階の工程を経ることで、細胞増殖に有害な元素でさえ酸化鉄に含有させることができる。また、水溶液中の元素の種類と濃度とを調整することで、本発明の酸化鉄が含有する元素の種類と含有量とを制御することが可能であるので、自然界には存在しないような酸化鉄を作製することができる。   By suspending the organic sheath in the aqueous solution, aluminum, zirconium, ruthenium, titanium, and hafnium can be adsorbed on the organic sheath to produce iron oxide containing (solid solution) these elements. By going through these two steps, even elements harmful to cell growth can be contained in iron oxide. In addition, by adjusting the type and concentration of the element in the aqueous solution, it is possible to control the type and content of the element contained in the iron oxide of the present invention. Iron can be made.

本発明の酸化鉄の製造において、上記工程(1)及び(2)に加えて、(3) 工程(2)で得られた酸化鉄を加熱処理する工程を更に実施することもできる。このような加熱処理を行うことで、酸化鉄中にα-Fe2O3 (ヘマタイト)が形成されて、酸化鉄が赤色を呈するようになる。このような赤色を呈する酸化鉄は、赤色顔料として好適に使用することができる。 In the production of the iron oxide of the present invention, in addition to the above steps (1) and (2), a step of (3) a heat treatment of the iron oxide obtained in the step (2) can also be carried out. By performing such heat treatment, α-Fe 2 O 3 (hematite) is formed in the iron oxide, and the iron oxide becomes red. Such red iron oxide can be suitably used as a red pigment.

加熱処理の温度は、好ましくは600〜1000℃、より好ましくは650〜950℃であり、更に好ましくは700〜900℃であり、加熱処理の時間は、好ましくは0.1〜200時間、より好ましくは1〜120時間である。この範囲の加熱処理の温度及び時間であれば高いa*, b*, L*値を得ることができる。加熱処理は、通常、大気中で実施される。加熱処理の温度及び時間を制御することで所望のa*, b*, L*値とすることが可能である。 The temperature of the heat treatment is preferably 600 to 1000 ° C, more preferably 650 to 950 ° C, still more preferably 700 to 900 ° C, and the heat treatment time is preferably 0.1 to 200 hours, more preferably 1 ~ 120 hours. High a * , b * and L * values can be obtained if the temperature and time of the heat treatment are in this range. The heat treatment is usually performed in the atmosphere. The desired a * , b * , and L * values can be obtained by controlling the temperature and time of the heat treatment.

加熱処理工程の前には、酸化鉄の洗浄及び乾燥の工程を実施することもできる。   Prior to the heat treatment step, a step of washing and drying the iron oxide can be performed.

本発明の酸化鉄の製造において、上記工程に加えて、(4) 工程(2)又は(3)で得られた酸化鉄を粉砕する工程を更に実施することもできる。   In the production of the iron oxide of the present invention, in addition to the above steps, (4) a step of pulverizing the iron oxide obtained in the step (2) or (3) may be further performed.

このように酸化鉄を粉砕することにより、酸化鉄の形状がチューブ状又はロッド状から粉末状になる。粉砕は、公知の手法を使用して行うができる。粉砕を行う装置としては、例えば、ピンミル、ハンマーミル、ボールミル、ジェットミル、ローラーミルなどが挙げられる。   By pulverizing iron oxide in this way, the shape of iron oxide is changed from a tube shape or a rod shape to a powder shape. The pulverization can be performed using a known method. As an apparatus which grind | pulverizes, a pin mill, a hammer mill, a ball mill, a jet mill, a roller mill etc. are mentioned, for example.

<顔料>
本発明の顔料は、上記酸化鉄を含むことを特徴とする。
<Pigment>
The pigment of the present invention contains the above iron oxide.

顔料として使用する場合、上記酸化鉄はAl、Zr、Ti及びHfを含有することが好ましく、Al及びZrを含有することがより好ましい。   When used as a pigment, the iron oxide preferably contains Al, Zr, Ti, and Hf, and more preferably contains Al and Zr.

上記酸化鉄は、a*, b*, L*値が高い値を示し、従来にない色目、色調を有しているので、顔料として好適に使用することができる。上記酸化鉄が含有する元素の種類と含有量及び加熱処理の温度を制御することにより、このように優れた色調を有する酸化鉄を製造することできる。また、上記酸化鉄は、再加熱を行っても色調の変化がわずかであり高い耐熱性も有している。顔料の用途としては、例えば、陶磁器用、絵の具用、塗料用、インク用、化粧料用等を挙げることができる。 The iron oxide has a high value of a * , b * , L * , and has an unprecedented color tone and color tone, and therefore can be suitably used as a pigment. By controlling the kind and content of the element contained in the iron oxide and the temperature of the heat treatment, iron oxide having such an excellent color tone can be produced. Further, the iron oxide has a slight change in color tone even when reheated, and has high heat resistance. Examples of the use of the pigment include ceramics, paints, paints, inks, and cosmetics.

本発明の顔料は、上記酸化鉄のみからなるもの、及び上記酸化鉄に加えて顔料に使用される公知の配合剤等を含むもののいずれであってもよい。配合剤は、顔料の用途(陶磁器用、絵の具用、塗料用、インク用、化粧料用等)に応じて適宜選択することができる。   The pigment of the present invention may be either one composed only of the iron oxide or one containing a known compounding agent used for the pigment in addition to the iron oxide. The compounding agent can be appropriately selected according to the use of the pigment (for ceramics, for paints, for paints, for inks, for cosmetics, etc.).

化粧料は、上記酸化鉄に加えて化粧品基剤が配合される。   In the cosmetic, a cosmetic base is blended in addition to the iron oxide.

化粧料には、動物(ヒトを含む)の皮膚、粘膜、体毛、頭髪、頭皮、爪、歯、顔皮、口唇等に適用されるあらゆる化粧品組成物が含まれる。   Cosmetics include all cosmetic compositions applied to animal (including human) skin, mucous membranes, body hair, scalp hair, scalp, nails, teeth, face skin, lips and the like.

化粧料における上記酸化鉄の含量は、ヘマタイト複合体の含量として、好ましくは0.01〜100重量%、より好ましくは0.1〜99重量%の範囲から適宜選択することができる。   The content of the iron oxide in the cosmetic can be appropriately selected from the range of preferably 0.01 to 100% by weight, more preferably 0.1 to 99% by weight, as the content of the hematite complex.

化粧品基材としては、例えば、美白剤、保湿剤、酸化防止剤、油性成分、紫外線吸収剤、界面活性剤、増粘剤、アルコール類、粉末成分、色材、被膜形成高分子、可塑剤、揮発性溶剤、ゲル化剤、水性成分、水、各種皮膚栄養剤等が挙げられ、必要に応じて適宜配合される。   Cosmetic bases include, for example, whitening agents, moisturizers, antioxidants, oily components, UV absorbers, surfactants, thickeners, alcohols, powder components, color materials, film-forming polymers, plasticizers, Volatile solvents, gelling agents, aqueous components, water, various skin nutrients, and the like can be mentioned, and they are appropriately blended as necessary.

化粧料の剤型は、可溶化系、水溶液系、粉末系、乳化系、油液系、ゲル系、エアゾール系、軟膏系、水−油2層系、水−油−粉末3層系等、幅広い剤型を採り得る。   Cosmetic dosage forms include solubilization system, aqueous solution system, powder system, emulsification system, oil liquid system, gel system, aerosol system, ointment system, water-oil two-layer system, water-oil-powder three-layer system, etc. A wide range of dosage forms can be taken.

化粧料の用途も任意である。例えば、基礎化粧品であれば、洗顔料、化粧水、乳液、エッセンス、パック、クリーム、美容液、ジェル、マスク等が挙げられ、メークアップ化粧品であれば、口紅、ファンデーション、アイライナー、頬紅、アイシャドウ、マスカラ等が挙げられ、ネイル化粧料であれば、マニキュア、トップコート、ベースコート、除光液等が挙げられ、その他、マッサージ用剤、洗顔料、クレンジング用剤、プレシェーブローション、アフターシェーブローション、シェービングクリーム、ボディソープ、石けん、シャンプー、リンス、ヘアートリートメント、整髪料、育毛剤、ヘアートニック剤、ヘアマニキュア、ヘアカラー、制汗剤、入浴剤等が挙げられる。   The use of cosmetics is also arbitrary. For example, for basic cosmetics, face wash, lotion, milky lotion, essence, pack, cream, beauty liquid, gel, mask, etc., for makeup cosmetics, lipstick, foundation, eyeliner, blusher, eye Examples include nail cosmetics, nail polish, top coat, base coat, and light removal liquid. Others include massage agents, facial cleansing agents, cleansing agents, pre-shave lotions, after-shave lotions, and shavings. Examples include creams, body soaps, soaps, shampoos, rinses, hair treatments, hair styling agents, hair restorers, hair art agents, hair manicures, hair colors, antiperspirants, and bath additives.

<触媒>
上記酸化鉄は、高い触媒活性を有しており、ニトリル類の水和反応、ベックマン転位反応、及びアルコール類の脱水素によるカルボニル化合物製造に好適に使用できる。
<Catalyst>
The iron oxide has high catalytic activity, and can be suitably used for carbonyl compound production by hydration reaction of nitriles, Beckmann rearrangement reaction, and dehydrogenation of alcohols.

触媒として使用する場合、上記酸化鉄はAl、Zr、Ru及びTiを含有することが好ましく、Ruを含有することがより好ましい。   When used as a catalyst, the iron oxide preferably contains Al, Zr, Ru and Ti, and more preferably contains Ru.

上記酸化鉄は、調製時にpH調整などが不要であり、そのため廃水及び中和時に生じる無機塩の副生がないため、従来の水和反応に用いられる固体触媒と比べて優れている。さらに、上記酸化鉄は、調製時に加熱する必要もなく常温で調製ができるため、熱エネルギーの消費もなく従来の水和反応に用いられる固体触媒と比べて経済性に優れている。   The iron oxide is superior to solid catalysts used in conventional hydration reactions because it does not require pH adjustment at the time of preparation, and therefore has no by-product of waste water and inorganic salts generated during neutralization. Furthermore, since the iron oxide can be prepared at room temperature without being heated at the time of preparation, it is excellent in economic efficiency as compared with a solid catalyst used in a conventional hydration reaction without consuming heat energy.

上記酸化鉄は、液相中及び中性条件下でベックマン転位反応を起こすことが可能であるので、消費エネルギーが低く副生物の問題も無い。また、上記酸化鉄は、製造時に耐圧オートクレーブが不要であり、再利用も可能である点で従来の脱水素触媒と比べて優れている。   Since the iron oxide can cause a Beckmann rearrangement reaction in a liquid phase and under neutral conditions, the energy consumption is low and there is no problem of by-products. Further, the iron oxide is superior to the conventional dehydrogenation catalyst in that a pressure-resistant autoclave is not required at the time of production and can be reused.

なお、触媒として使用する場合は、鉄が成分として含まれることは必須ではないので、鉄を有機鞘に吸着させることを必須としない「アルミニウム、ジルコニウム、ルテニウム、チタン及びハフニウムからなる群から選択される少なくとも1種の元素を含有する金属酸化物及び有機鞘を含む複合体」を上記酸化鉄に代えて触媒として使用することが可能である。この場合、本明細書における「酸化鉄」を「複合体」に置き換えて適用される。   In addition, when used as a catalyst, it is not essential that iron is included as a component, so it is not essential to adsorb iron to the organic sheath “selected from the group consisting of aluminum, zirconium, ruthenium, titanium and hafnium. It is possible to use a composite containing a metal oxide containing at least one element and an organic sheath as a catalyst instead of the iron oxide. In this case, “iron oxide” in the present specification is applied by replacing it with “composite”.

本発明の複合体が含有するAl、Zr、Ru、Ti及びHfの元素比率は、原子数%で5%以上、好ましくは5%以上25%未満、より好ましくは10%以上25%未満、更に好ましくは15%以上25%未満、特に好ましくは20%以上25%未満である(ここで、酸素、炭素、窒素及び水素を除く主要元素の原子数%の合計を100とする)。   The element ratio of Al, Zr, Ru, Ti and Hf contained in the composite of the present invention is 5% or more, preferably 5% or more and less than 25%, more preferably 10% or more and less than 25%, in addition, the number of atoms%. It is preferably 15% or more and less than 25%, particularly preferably 20% or more and less than 25% (here, the total of the number% of the main elements excluding oxygen, carbon, nitrogen and hydrogen is 100).

水和触媒
本発明の水和触媒は、上記酸化鉄を含むことを特徴とする。
Hydration catalyst The hydration catalyst of the present invention comprises the above iron oxide.

上記酸化鉄は、特に、ニトリル類からアミド類を製造する際の水和触媒として高い触媒活性を有する。   In particular, the iron oxide has a high catalytic activity as a hydration catalyst when amides are produced from nitriles.

本発明の水和触媒を適用できるニトリル類は特に制限されず、例えば、それぞれ置換基を有してもよい、好ましくは炭素数1〜30の脂肪族ニトリル及び炭素数6〜30の芳香族ニトリルが挙げられる(ここでの炭素数にはニトリル基の炭素は含まれない)。上記脂肪族ニトリルの具体例として、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリルなどの1価の脂肪族ニトリル、マロノニトリル、サクシノニトリル、アジポニトリル、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリロニトリルなどの多価の脂肪族ニトリル、アクリロニトリル、メタクリロニトリルなどの不飽和脂肪族ニトリルが挙げられる。また、上記芳香族ニトリルの具体例としては、ベンゾニトリル、3−シアノピリジン、フタロニトリル、フェニルアセトニトリル、3−フェニルプロパンニトリル、2−メチルベンゾニトリルなどが挙げられる。本発明の水和触媒は、特にアクリロニトリルからアクリルアミドを製造する用途に好適である。   Nitriles to which the hydration catalyst of the present invention can be applied are not particularly limited. For example, each of them may have a substituent, preferably an aliphatic nitrile having 1 to 30 carbon atoms and an aromatic nitrile having 6 to 30 carbon atoms. (The carbon number here does not include carbon of the nitrile group). Specific examples of the aliphatic nitrile include monovalent aliphatic nitriles such as acetonitrile, propionitrile, and butyronitrile, polyvalent aliphatic nitriles such as malononitrile, succinonitrile, adiponitrile, polyacrylonitrile, and polymethacrylonitrile, and acrylonitrile. And unsaturated aliphatic nitriles such as methacrylonitrile. Specific examples of the aromatic nitrile include benzonitrile, 3-cyanopyridine, phthalonitrile, phenylacetonitrile, 3-phenylpropanenitrile, 2-methylbenzonitrile and the like. The hydration catalyst of the present invention is particularly suitable for use in producing acrylamide from acrylonitrile.

本発明の水和触媒を用いてニトリル類を水和してアミド類を製造する方法としては、ニトリル類と水及び/又は有機溶媒との混合物に、本発明の触媒を添加して反応させる方法が挙げられる。水と有機溶媒は、それぞれ単独で用いることもできるし、混合物として用いることもでき、好ましくは水又は混合物である。その際に使用する水及び/又は有機溶媒の量(水単独の使用量、有機溶媒単独の使用量又は水と有機溶媒との混合物の使用量)は、ニトリル基1モルに対し、通常0.1〜10000モル、好ましくは0.5〜1000モル、より好ましくは1〜100モルである。水及び/又は有機溶媒の使用量がこの範囲であれば、製造されるアミドの収率の低下を防ぐことができる。   As a method for producing amides by hydrating nitriles using the hydration catalyst of the present invention, a method of adding the catalyst of the present invention to a mixture of nitriles and water and / or an organic solvent and reacting them. Is mentioned. Water and the organic solvent can be used alone or as a mixture, preferably water or a mixture. The amount of water and / or organic solvent used at that time (the amount of water used alone, the amount of organic solvent used alone or the amount of mixture of water and organic solvent) is usually 0.1 to 1 mol of nitrile group. The amount is 10,000 mol, preferably 0.5 to 1000 mol, more preferably 1 to 100 mol. If the usage-amount of water and / or an organic solvent is this range, the fall of the yield of the amide manufactured can be prevented.

また、反応温度は0〜200℃の範囲から選択することができ、好ましくは30〜180℃、より好ましくは40〜180℃である。この範囲の反応温度であれば、反応速度が低下することはなく、触媒成分の分解、製造コストの増加等の問題も生じない。反応時間は通常0.1〜48時間、好ましくは0.1〜24時間、より好ましくは1〜24時間である。   Moreover, reaction temperature can be selected from the range of 0-200 degreeC, Preferably it is 30-180 degreeC, More preferably, it is 40-180 degreeC. If it is reaction temperature of this range, reaction rate will not fall, and problems, such as decomposition | disassembly of a catalyst component and an increase in manufacturing cost, will not arise. The reaction time is usually 0.1 to 48 hours, preferably 0.1 to 24 hours, more preferably 1 to 24 hours.

反応圧力は、反応系が液相に保たれる程度の圧力であれば任意であり、水の沸点以下の温度で反応が進行する場合には圧力容器を必要とすることはない。閉鎖系で行う場合には、雰囲気は窒素、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素などの不活性ガスを使用することもできる。反応は回分方式でも連続方式でも行うことができる。反応生成液からは、蒸留、晶析等の方法により生成物であるアミド化合物を回収できる。また、生成物を回収した後の残留液(例えば、析出したアミド化合物を濾過した後の濾液)には、触媒が溶解しているので、直接又は間接的に循環させて再度反応に用いることができるし、所望であれば触媒を回収することもできる。   The reaction pressure is arbitrary as long as the reaction system is maintained at a liquid phase, and a pressure vessel is not required when the reaction proceeds at a temperature below the boiling point of water. When the operation is performed in a closed system, an inert gas such as nitrogen, argon, helium or carbon dioxide can be used as the atmosphere. The reaction can be carried out either batchwise or continuously. From the reaction product liquid, the product amide compound can be recovered by methods such as distillation and crystallization. In addition, since the catalyst is dissolved in the remaining liquid after the product is recovered (for example, the filtrate after the precipitated amide compound is filtered), it may be directly or indirectly circulated and used again for the reaction. The catalyst can be recovered if desired.

ベックマン転位反応に用いられる触媒
本発明のベックマン転位反応に用いられる触媒は、上記酸化鉄を含むことを特徴とする。
Catalyst used for Beckmann rearrangement The catalyst used for the Beckmann rearrangement of the present invention is characterized by containing the above iron oxide.

本発明の触媒を適用できるオキシム類には特に制限されず、例えば、それぞれ置換基を有してもよい、好ましくは炭素数1〜30の脂肪族オキシム及び炭素数6〜30の芳香族オキシムが挙げられる(ここでの炭素数にはオキシム基の炭素は含まれない)。上記脂肪族オキシムの具体例として、アセトンオキシム、メチルエチルケトンオキシム、シクロヘキサノンオキシム、シクロドデカノンオキシムなどが挙げられる。また、上記芳香族オキシムの具体例としては、α−ベンズアルドキシム、アセトフェノンオキシム、ベンゾフェノンオキシムなどが挙げられる。   The oxime to which the catalyst of the present invention can be applied is not particularly limited, and examples thereof include an aliphatic oxime having 1 to 30 carbon atoms and an aromatic oxime having 6 to 30 carbon atoms, each of which may have a substituent. (The carbon number here does not include the carbon of the oxime group). Specific examples of the aliphatic oxime include acetone oxime, methyl ethyl ketone oxime, cyclohexanone oxime, and cyclododecanone oxime. Specific examples of the aromatic oxime include α-benzaldoxime, acetophenone oxime, and benzophenone oxime.

本発明の触媒を用いてベックマン転位反応によりオキシム類を転位してアミド類を製造する方法としては、オキシム類と水及び/又は有機溶媒との混合物に、本発明の触媒を添加して反応させる方法が挙げられる。水と有機溶媒は、それぞれ単独で用いることもできるし、混合物として用いることもできる。   As a method for producing amides by rearrangement of oximes by Beckmann rearrangement reaction using the catalyst of the present invention, the catalyst of the present invention is added to a mixture of oximes and water and / or an organic solvent and reacted. A method is mentioned. Water and the organic solvent can be used alone or as a mixture.

また、反応温度は0〜200℃の範囲から選択することができ、好ましくは30〜180℃、より好ましくは40〜180℃である。この範囲の反応温度であれば、反応速度が低下することはなく、触媒成分の分解、製造コストの増加等の問題も生じない。反応時間は通常0.1〜48時間、好ましくは0.1〜24時間、より好ましくは1〜24時間である。   Moreover, reaction temperature can be selected from the range of 0-200 degreeC, Preferably it is 30-180 degreeC, More preferably, it is 40-180 degreeC. If it is reaction temperature of this range, reaction rate will not fall, and problems, such as decomposition | disassembly of a catalyst component and an increase in manufacturing cost, will not arise. The reaction time is usually 0.1 to 48 hours, preferably 0.1 to 24 hours, more preferably 1 to 24 hours.

アルコール類の脱水素によるカルボニル化合物製造用の脱水素触媒
本発明のアルコール類の脱水素によるカルボニル化合物製造用の脱水素触媒は、上記酸化鉄を含むことを特徴とする。
Dehydrogenation catalyst for producing carbonyl compounds by dehydrogenation of alcohols The dehydrogenation catalyst for producing carbonyl compounds by dehydrogenation of alcohols according to the present invention comprises the above iron oxide.

本発明の触媒を適用できるアルコール類には特に制限されず、例えば、それぞれ置換基を有してもよい、好ましくは炭素数1〜30の脂肪族アルコールが挙げられる。上記脂肪族アルコールの具体例として、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、1−ペンタノール、1−ヘキサノール、1−ヘプタノール、1−オクタノール、シクロヘキサノール、シクロペンタノールなどの1価アルコール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、グリセロールなどの多価の脂肪族アルコールなどが挙げられる。   The alcohol to which the catalyst of the present invention can be applied is not particularly limited, and examples thereof include aliphatic alcohols each having a substituent and preferably having 1 to 30 carbon atoms. Specific examples of the aliphatic alcohol include methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 1-pentanol, 1-hexanol, 1-heptanol, 1-octanol, cyclohexanol, and cyclopentanol. Examples thereof include polyhydric aliphatic alcohols such as monohydric alcohol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, and glycerol.

本発明の触媒を用いてアルコール類の脱水素によりカルボニル化合物を製造する方法としては、アルコール類と水及び/又は有機溶媒との混合物に、本発明の触媒を添加して反応させる方法が挙げられる。水と有機溶媒は、それぞれ単独で用いることもできるし、混合物として用いることもできる。また、水及び/又は有機溶媒を使用しない無溶媒系で反応を行うこともできる。   Examples of the method for producing a carbonyl compound by dehydrogenation of alcohols using the catalyst of the present invention include a method in which the catalyst of the present invention is added and reacted with a mixture of alcohols and water and / or an organic solvent. . Water and the organic solvent can be used alone or as a mixture. The reaction can also be performed in a solvent-free system that does not use water and / or an organic solvent.

反応温度は0〜300℃の範囲から選択することができ、好ましくは30〜250℃、より好ましくは40〜250℃である。この範囲の反応温度であれば、反応速度が低下することはなく、触媒成分の分解、製造コストの増加等の問題も生じない。反応時間は通常0.1〜48時間、好ましくは0.1〜24時間、より好ましくは1〜24時間である。   The reaction temperature can be selected from the range of 0 to 300 ° C, preferably 30 to 250 ° C, more preferably 40 to 250 ° C. If it is reaction temperature of this range, reaction rate will not fall, and problems, such as decomposition | disassembly of a catalyst component and an increase in manufacturing cost, will not arise. The reaction time is usually 0.1 to 48 hours, preferably 0.1 to 24 hours, more preferably 1 to 24 hours.

本発明で用いる触媒は、そのままでアルコール類の脱水素反応を進行させることができるため、脱水素反応の進行に伴い副生する水素を捕捉するための水素受容体等の反応助剤を反応系内に存在させる必要はないが、所望により存在させてもよい。また、該水素受容体を反応系内に存在させる時期については、特に制限はなく、所望によりいずれの段階でも存在させることができる。ここで水素受容体とは、分子内に多重結合を有し、原料化合物から引き抜かれた水素原子と結合することにより、原料化合物の脱水素反応を促進させる作用を有する化合物である。具体的には、例えば、アセトン、ベンゾフェノン、ジフェニルアセチレン、メチルビニルケトン、ベンザルアセトン、エチルメチルケトン、パラベンゾキノン、ニトロベンゼン、アセトニトリル、ベンゾニトリル、塩化ビニル、アセトアルデヒド、ホルムアルデヒド、ブチルアルデヒド、ベンズアルデヒド等が挙げられる。   Since the catalyst used in the present invention can proceed with a dehydrogenation reaction of alcohols as it is, a reaction aid such as a hydrogen acceptor for capturing hydrogen by-produced with the progress of the dehydrogenation reaction is used in the reaction system. Although it is not necessary to exist in, it may exist if desired. Moreover, there is no restriction | limiting in particular about the time when this hydrogen acceptor exists in a reaction system, It can exist in any step depending on necessity. Here, the hydrogen acceptor is a compound having a function of promoting dehydrogenation reaction of a raw material compound by having multiple bonds in the molecule and binding to a hydrogen atom extracted from the raw material compound. Specific examples include acetone, benzophenone, diphenylacetylene, methyl vinyl ketone, benzal acetone, ethyl methyl ketone, parabenzoquinone, nitrobenzene, acetonitrile, benzonitrile, vinyl chloride, acetaldehyde, formaldehyde, butyraldehyde, benzaldehyde and the like. It is done.

以下、本発明を更に詳しく説明するため実施例を挙げる。しかし、本発明はこれら実施例等になんら限定されるものではない。   Examples are given below to illustrate the present invention in more detail. However, the present invention is not limited to these examples.

[細胞増殖に及ぼす添加元素の影響]
レプトスリックス・コロディニOUMS1株(以下、「OUMS1株」と称する)のコロニーを50 ml蓋付き遠心管に入った25 mlのSGP (シリコン-グルコース-ペプトン)液体培地に無菌的に接種し、恒温振とう器(20℃、70rpm旋回)で3日間培養した(前培養)。SGP液体培地の組成は、グルコース1 g、ペプトン1 g、Na2Si03・9H2O 0.2 g、CaCl2・2H2O 0.044 g、MgSO4・7H2O 0.041 g、Na2HPO4・12H2O 0.076 g、KH2PO4・2H2O 0.02 g、HEPES 2.838 g、蒸留水 1000 ml、pH7.0であり、平板培地の場合には1.5%の寒天を加えて固化した。
[Effects of added elements on cell growth]
Aseptically inoculate a 25 ml SGP (silicone-glucose-peptone) liquid medium in a 50 ml centrifuge tube with a colony of Leptothrix Korodini OUMS1 strain (hereinafter referred to as OUMS1 strain) The cells were cultured for 3 days in a stirrer (20 ° C., 70 rpm rotation) (preculture). The composition of SGP liquid medium is 1 g of glucose, 1 g of peptone, 0.2 g of Na 2 Si0 3・ 9H 2 O, 0.044 g of CaCl 2・ 2H 2 O, 0.041 g of MgSO 4・ 7H 2 O, Na 2 HPO 4・ 12H 2 O 0.076 g, KH 2 PO 4 .2H 2 O 0.02 g, HEPES 2.838 g, distilled water 1000 ml, pH 7.0. In the case of a plate medium, 1.5% agar was added to solidify.

前培養液中の菌体(凝集塊)を遠心分離(4000rpm、10分間)によって沈殿させ、10 mlのSGP液体培地に再懸濁した後、23Gの注射針を3回通すことによって凝集塊を分散し、分光光度計を用いて菌数を1.0×103 cfu/mlに調整した。本細菌懸濁液1 mlを200 mlの三角フラスコに入った99 mlのSi量改変SGP液体培地又はAl添加SGP液体培地に添加し、恒温振とう器(20℃、70rpm旋回)で4日間培養した(本培養)。なお、Na2SiO3・9H2Oの含有濃度及びAlCl3・6H2Oの添加濃度は、0、0.05、0.5、5 mMとした。 The bacterial cells (aggregates) in the pre-culture solution are precipitated by centrifugation (4000 rpm, 10 minutes), resuspended in 10 ml of SGP liquid medium, and then passed through a 23G syringe needle three times to remove the aggregates. After dispersion, the number of bacteria was adjusted to 1.0 × 10 3 cfu / ml using a spectrophotometer. Add 1 ml of this bacterial suspension to 99 ml of Si-modified SGP liquid medium or Al-added SGP liquid medium in a 200 ml Erlenmeyer flask, and culture for 4 days on a constant temperature shaker (20 ° C, 70 rpm rotation) (Main culture). The concentration of Na 2 SiO 3 .9H 2 O and the concentration of AlCl 3 .6H 2 O added were 0, 0.05, 0.5, and 5 mM.

次に、細菌懸濁液の添加直後、培養1日後、2日後、3日後及び4日後に、培養液から10 mlの菌液を採取し、23Gの注射針を3回通過させて細菌凝集塊を分散した。この懸濁液を10倍ずつ段階希釈し、各10μlをSGP平板培地上に滴下した後、20℃の恒温器内で数日間培養し、形成したコロニー数から培養液1 ml当たりの生菌数を算定した。   Next, immediately after the addition of the bacterial suspension, 1 day, 2 days, 3 days and 4 days after the culture, 10 ml of the bacterial solution is collected from the culture and passed through a 23G needle three times to give bacterial clumps. Distributed. Dilute this suspension 10-fold at a time, add 10 μl of each suspension on a SGP plate medium, and incubate for several days in a 20 ° C. incubator. Was calculated.

図1は、Si又はAlを各種濃度で添加した培地中でのOUMS1株の増殖曲線を示している。Siは5 mMまでの全ての濃度においてOUMS1株の増殖に影響しないが、Alは5 mMの濃度で増殖を阻害することが明らかになった。このことは、Alのような細菌の増殖を阻害する元素の場合、培地中に添加した元素を細菌の増殖と同時並行的にBIOXに含有させるという方法は適用できないことを示唆している。   FIG. 1 shows growth curves of OUMS1 strain in a medium supplemented with various concentrations of Si or Al. Si did not affect the growth of the OUMS1 strain at all concentrations up to 5 mM, but Al was found to inhibit growth at a concentration of 5 mM. This suggests that in the case of an element that inhibits bacterial growth such as Al, the method of incorporating BIOX into the element added to the medium in parallel with the bacterial growth is not applicable.

[Al含有BIOX]
OUMS1株の前培養及び本培養を次の事項を除いて前述の通りに行った。すなわち、本培養の培地に添加した接種源として希釈していない細菌懸濁液を用い、本培養の期間は3日間であった。本培養液中の有機鞘について、遠心分離(4000rpm、10分間)による沈殿と10倍量の滅菌蒸留水への懸濁操作を3回反復することによって洗浄した後、100 mlの20 mM酢酸緩衝液(pH4.0)に懸濁した。この懸濁液に鉄粉を500 mgとAlCl3・6H2Oを終濃度が0.5、1、2、5、10 mMになるように添加した後、恒温培養器(20℃、70rpm旋回)で1週間振とう処理した。生成したBIOX(沈殿)と上清をデカンテーションによって分離し、10倍量の超純水で3回洗浄した後、凍結乾燥機を用いて乾燥した。本法により、100 mlの本培養液当たり約100 mgのAl含有BIOXが得られた。作製したBIOXの物理化学的性状は以下の方法で解析した。
[Al-containing BIOX]
Pre-culture and main culture of the OUMS1 strain were performed as described above except for the following items. That is, a non-diluted bacterial suspension was used as an inoculum added to the main culture medium, and the main culture period was 3 days. The organic sheath in the main culture was washed by repeating centrifugation (4000 rpm, 10 minutes) and suspension in 10 volumes of sterile distilled water three times, and then 100 ml of 20 mM acetate buffer. Suspended in a liquid (pH 4.0). After adding 500 mg of iron powder and AlCl 3 · 6H 2 O to this suspension to a final concentration of 0.5, 1, 2 , 5, 10 mM, in a constant temperature incubator (20 ° C, 70 rpm rotation) Shake for 1 week. The produced BIOX (precipitate) and the supernatant were separated by decantation, washed 3 times with 10 times the amount of ultrapure water, and then dried using a freeze dryer. By this method, about 100 mg of Al-containing BIOX was obtained per 100 ml of the main culture solution. The physicochemical properties of the produced BIOX were analyzed by the following method.

作製したBIOXの形態及び微細構造は、走査電子顕微鏡(S-4300、Hitachi製)又はSTEM検出機を装備した透過電子顕微鏡(JEM-2100F、日本電子(株)製)を用いて解析した。また、BIOXにおける主要元素の原子組成比は、Ruに関わるものについては上記電子顕微鏡に装備されたエネルギー分散型X線分析(EDX)装置、Al及びZrに関わるものについては上記電子顕微鏡に装備された蛍光X線分析装置(XRF、Orbis、EDAX社製)を用いて測定した。   The form and microstructure of the produced BIOX were analyzed using a scanning electron microscope (S-4300, manufactured by Hitachi) or a transmission electron microscope (JEM-2100F, manufactured by JEOL Ltd.) equipped with a STEM detector. In addition, the atomic composition ratios of the main elements in BIOX are the energy dispersive X-ray analysis (EDX) equipment equipped with the electron microscope for those related to Ru, and the electron microscope for those related to Al and Zr. Measured using a fluorescent X-ray analyzer (XRF, Orbis, manufactured by EDAX).

Ruに関わる構成元素の重量比については、高周波誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析装置を用いて測定した。   The weight ratio of the constituent elements related to Ru was measured using a high frequency inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopic analyzer.

BIOX及びその加熱材の結晶性は、X線回折装置(XRD、RINTO2500、Rigaku製、線源:Cu-Kα)を用いて解析した。   The crystallinity of BIOX and its heating material was analyzed using an X-ray diffractometer (XRD, RINTO2500, manufactured by Rigaku, radiation source: Cu-Kα).

加熱材の色測定は以下の方法で行った。
(加熱処理) 電気炉(光洋サーモシステムズ(株)製)を用いて、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃で2時間加熱した(昇温率10℃/分、降温率2℃/分)。
(粉砕処理) 乳鉢と乳棒を用いて、約10秒間粉砕した。
(色測定) 色相と明度は、コニカミノルタジャパン(株)製の分光測色計CM-2600dを用いてSCI (Specular Component Include)法にて測定した。
The color measurement of the heating material was performed by the following method.
(Heat treatment) Heated at 600 ° C, 700 ° C, 800 ° C, 900 ° C, 1000 ° C, 1100 ° C for 2 hours using an electric furnace (manufactured by Koyo Thermo Systems Co., Ltd.) (Cooling rate 2 ℃ / min).
(Crushing process) It grind | pulverized for about 10 seconds using the mortar and the pestle.
(Color Measurement) Hue and lightness were measured by SCI (Specular Component Include) method using a spectrocolorimeter CM-2600d manufactured by Konica Minolta Japan.

以下で使用する天然系BIOXの製造は、基本的に以下の文献4に記載された方法で行った。すなわち、(1) 岡山大学農場の地下水浄化用タンク内に形成された堆積物を採取し、上清の電気伝導度が10μS/cm以下になるまで純水で洗浄、(2) アンモニア水を加えてpHを約10.5に調整し、10分間撹拌、(3) 40分間静置した後、沈殿物を2倍量の蒸留水及び1倍量のエタノールで洗浄、(4) 沈殿物を100℃で一晩乾燥させることによって調製した。
文献4:Hashimoto, H., Yokoyama, S., Asaoka, H., Kusano, Y., Ikeda, Y., Seno, M., et al. (2007) Characteristics of hollow microtubes consisting of amorphous iron oxide nanoparticles produced by iron oxidizing bacteria, Leptothrix ochracea. J. Magn. Magn. Mater. 310: 2405-2407.
The production of natural BIOX used in the following was basically carried out by the method described in Reference 4 below. That is, (1) Collect the sediment formed in the groundwater purification tank of Okayama University Farm, wash with pure water until the electrical conductivity of the supernatant is 10μS / cm or less, and (2) add ammonia water. Adjust the pH to about 10.5 and stir for 10 minutes. (3) After standing for 40 minutes, wash the precipitate with 2 volumes of distilled water and 1 volume of ethanol. (4) Set the precipitate at 100 ° C. Prepared by drying overnight.
Reference 4: Hashimoto, H., Yokoyama, S., Asaoka, H., Kusano, Y., Ikeda, Y., Seno, M., et al. (2007) Characteristics of hollow microtubes consisting of amorphous iron oxide nanoparticles produced by iron oxidizing bacteria, Leptothrix ochracea. J. Magn. Magn. Mater. 310: 2405-2407.

図2は、Alを24at%含有するBIOXの形状(SEM像)と元素分布(EDXマッピング像)を示している。Al含有BIOXは直径1.0〜1.2μmの中空の管状形態を示し、大部分は鞘同士が密集した塊を形成した。AlはFeと同様にBIOX中に均一に分布していることがわかった。   FIG. 2 shows the shape (SEM image) and element distribution (EDX mapping image) of BIOX containing 24 at% Al. Al-containing BIOX showed a hollow tubular form with a diameter of 1.0 to 1.2 μm, and most of them formed a mass with dense sheaths. Al was found to be uniformly distributed in BIOX, as was Fe.

図3は、Al含有量とBIOXの結晶性の関係を示している(XRD分析)。Alを含まないBIOX、Alを5at%及び10at%含有するBIOXは、α-FeOOHの単結晶であることがわかった。一方、Alを20at%及び24at%含有するBIOXは低結晶性の2-line-ferrihydriteの単一相からなることが明らかになった。この結果から、Alの含有量を増減させることによって、BIOXの結晶性を制御することが可能であると考えられる。   FIG. 3 shows the relationship between the Al content and the crystallinity of BIOX (XRD analysis). BIOX containing no Al and BIOX containing 5 at% and 10 at% Al were found to be single crystals of α-FeOOH. On the other hand, BIOX containing 20at% and 24at% of Al was found to consist of a single phase of low crystalline 2-line-ferrihydrite. From this result, it is considered that the crystallinity of BIOX can be controlled by increasing or decreasing the Al content.

図4は、Alを20at%含有するBIOXの電子線回折像及び高分解TEM像を示している。この結果、Alを20at%含有するBIOXの電子線回折図には、2本の薄い回折リングが観測されており、低結晶性酸化鉄である2-line ferrihydriteの電子線回折図と同様である。加えて、当該BIOXの周縁部の高分解TEM像は、格子縞が観察されないことから低結晶性であることを示している。   FIG. 4 shows an electron diffraction image and a high-resolution TEM image of BIOX containing 20 at% Al. As a result, two thin diffraction rings are observed in the electron diffraction pattern of BIOX containing 20 at% Al, which is similar to the electron diffraction pattern of 2-line ferrihydrite, which is a low crystalline iron oxide. . In addition, the high-resolution TEM image of the peripheral edge of the BIOX shows low crystallinity because no lattice fringes are observed.

図5は、Al処理濃度とBIOX中の元素組成比の関係を示している。Alの添加量の増加に伴って、BIOX中におけるAlの組成比は増加する一方、Feの組成比は減少することが明らかになった。また、本法での条件では、BIOXへのAlの最大吸着量は約25at%であった。これらの結果は、Alの添加量を任意に調節することによってBIOX中におけるAlとFeの組成比の制御が可能であることを示唆している。   FIG. 5 shows the relationship between the Al treatment concentration and the elemental composition ratio in BIOX. It was clarified that the composition ratio of Al in BIOX increased while the composition ratio of Fe decreased as the Al content increased. Moreover, under the conditions of this method, the maximum amount of Al adsorbed on BIOX was about 25 at%. These results suggest that the composition ratio of Al and Fe in BIOX can be controlled by arbitrarily adjusting the amount of Al added.

図6は、Al非含有、Al10at%含有及びAl24at%含有のBIOXの形状(SEM像)を示している。Alの含有量の違いに関係なく、BIOXは直径1.0〜1.2μmのチューブ状形態を示し、大部分の鞘が密集した塊束を形成した。   FIG. 6 shows the shape (SEM image) of BIOX containing no Al, containing 10% Al, and containing 24% Al. Regardless of the difference in the Al content, BIOX showed a tubular shape with a diameter of 1.0 to 1.2 μm, and formed a mass bundle in which most of the sheaths were dense.

図7は、Alを24at%含有する培養系BIOXの各温度で加熱後の色相と明度を示している。比較対照には、天然系BIOX、市販のベンガラ(MC-55、森下弁柄工業(株))を用いた。Al24at%含有BIOXの加熱材は、特に700℃〜900℃の加熱温度域において市販ベンガラを超える鮮やかな赤色調を呈することがわかった。また、天然系BIOXに比べて広い温度域で熱耐性が高いことが明らかになった。   FIG. 7 shows the hue and brightness after heating at each temperature of the culture system BIOX containing 24 at% Al. For comparison, natural BIOX and commercially available Bengala (MC-55, Morishita Valve Industry Co., Ltd.) were used. It was found that the BIOX heating material containing Al24at% exhibits a bright red tone that exceeds that of the commercial Bengala, particularly in the heating temperature range of 700 ° C to 900 ° C. It was also revealed that heat resistance is higher in a wide temperature range than natural BIOX.

図8は、Alを24at%含有する培養系BIOXの再加熱に対する耐性を示している。対照のMC-55及び天然系BIOXに比べて、Al24at%含有BIOXは800℃での再加熱に対して高い色調の耐熱性を有していることがわかった。   FIG. 8 shows the resistance to reheating of the culture system BIOX containing 24 at% Al. Compared to the control MC-55 and natural BIOX, it was found that BI24 containing Al24at% had higher color heat resistance against reheating at 800 ° C.

図9は、Al24at%含有BIOXの加熱後の結晶性(XRDパターン)を示している。この結果は、加熱温度600℃ではAlFeO3の結晶相が共存すること、加熱温度700〜1000℃ではα-Fe2O3の単一結晶相であること、加熱温度1100℃ではα-Fe2O3とα-Al2O3の結晶相が共存することを示している。 FIG. 9 shows the crystallinity (XRD pattern) after heating of BIOX containing Al24 at%. The results indicate that the crystalline phase of the heating temperature 600 ° C. In Alfeo 3 coexist, it is a single crystalline phase of heating temperature 700 to 1000 ° C. In α-Fe 2 O 3, the heating temperature 1100 ° C. At alpha-Fe 2 It shows that the crystal phase of O 3 and α-Al 2 O 3 coexist.

図10は、Al24at%含有BIOXと天然系BIOXの加熱前における粉砕処理前後の微細形状(SEM像)を示している。   FIG. 10 shows the fine shapes (SEM images) before and after the pulverization treatment of BIOX containing Al24at% and natural BIOX before heating.

図11は、Al24at%含有BIOXと天然系BIOXの加熱前に粉砕処理したものと粉砕処理をしないものにおける800℃加熱材の色相と明度を示している。天然系BIOXに比較して、Alを含有する培養系BIOXでは粉砕処理後の加熱材における色調の低下程度は小さいことがわかった。したがって、BIOXに含まれるSi及びAlの組成比の違い等によって、加熱材の耐熱性におけるチューブ状形態の寄与する度合いは異なることが示唆された。   FIG. 11 shows the hue and brightness of an 800 ° C. heating material obtained by subjecting BIOX containing Al24at% and natural BIOX to a pulverized state before heating and those not pulverized. Compared to natural BIOX, the culture system BIOX containing Al was found to have a lower degree of color tone reduction in the heated material after pulverization. Therefore, it was suggested that the degree of contribution of the tubular form in the heat resistance of the heating material differs depending on the difference in the composition ratio of Si and Al contained in BIOX.

図12は、Al(24at%)含有BIOXとAl(20mol%)含有合成酸化鉄の加熱処理後における色相と明度を示している。Alを20mol%含有する合成酸化鉄Ferrihydriteに比べて、Alを24at%含有する培養系BIOXは700〜900℃の加熱温度域で有意に高いL*値、a*値及びb*値を示し、より高彩度の赤色を呈することがわかった。 FIG. 12 shows the hue and brightness after heat treatment of BIOX containing Al (24 at%) and synthetic iron oxide containing Al (20 mol%). Compared to synthetic iron oxide Ferrihydrite containing 20 mol% Al, the culture system BIOX containing 24 at% Al shows significantly higher L * value, a * value and b * value in the heating temperature range of 700-900 ° C, It was found to exhibit a higher saturation red color.

Alを含有した化学合成酸化鉄Ferrihydriteは、次の方法で合成した。すなわち、(1) 硝酸鉄9水和物と硝酸アルミニウム9水和物をAl/(Al+Fe): 0.2になるように秤量し、乳鉢で混合、(2) 硝酸塩の12倍モル量の炭酸水素アンモニウムを加え、乳鉢でペースト状になるまで混錬、(3) ペーストを約12時間静置、(4) ペーストを蒸留水に懸濁し、吸引濾過して粉末を回収し、2日間減圧乾燥、(5) 120℃の真空雰囲気で約12時間乾燥する方法で合成した。   Chemically synthesized iron oxide Ferrihydrite containing Al was synthesized by the following method. (1) Weigh iron nitrate nonahydrate and aluminum nitrate nonahydrate to Al / (Al + Fe): 0.2 and mix them in a mortar. (2) Carbonate of 12 times molar amount of nitrate Add ammonium hydrogen, knead until pasty in a mortar, (3) leave the paste for about 12 hours, (4) suspend the paste in distilled water, collect by suction filtration and dry under reduced pressure for 2 days (5) Synthesis was performed by drying in a vacuum atmosphere at 120 ° C. for about 12 hours.

[Zr含有BIOX]
BIOXへのZrの吸着処理は、前述のAl含有BIOXの製造方法と同様に行った。すなわち、OUMS1株の本培養産物である有機鞘原基を滅菌蒸留水で洗浄し、20 mM酢酸緩衝液(pH4.0)に懸濁した後、鉄粉(500 mg/100 ml)とZrCl4 (終濃度0、0.5、1、2、5、10 mM)を添加して本培養と同様の条件で振とう処理した。次に、Zrを含有するBIOXをデカンテーションによって上清と分離し、10倍量の超純水で3回洗浄した後、凍結乾燥機を用いて乾燥した。
[Zr-containing BIOX]
The adsorption treatment of Zr on BIOX was performed in the same manner as the above-described method for producing Al-containing BIOX. That is, the organic sheath primordium which is the main culture product of OUMS1 strain was washed with sterile distilled water, suspended in 20 mM acetate buffer (pH 4.0), iron powder (500 mg / 100 ml) and ZrCl 4 (Final concentration 0, 0.5, 1, 2, 5, 10 mM) was added and the mixture was shaken under the same conditions as in the main culture. Next, BIOX containing Zr was separated from the supernatant by decantation, washed 3 times with 10 times the amount of ultrapure water, and then dried using a freeze dryer.

図13は、Zrを40at%含有するBIOXの形態(SEM像)と元素分布(EDSマッピング)を示している。Zr含有培養系BIOXは、直径1.0〜1.2μmのチューブ状形態を示し、その大部分が密集した束塊を形成した。また、ZrはFeと同様にBIOX中に均一に分布していることがわかった。   FIG. 13 shows the form (SEM image) and element distribution (EDS mapping) of BIOX containing 40 at% Zr. The Zr-containing culture system BIOX showed a tubular form with a diameter of 1.0 to 1.2 μm, and most of them formed a dense bundle. In addition, Zr was found to be uniformly distributed in BIOX, similar to Fe.

図14は、Zr含有BIOXの結晶性(XRD分析)を示している。Zrの処理濃度の違いに関係なく、産物はα-FeOOHの結晶相を持つことがわかった。   FIG. 14 shows the crystallinity (XRD analysis) of Zr-containing BIOX. The product was found to have α-FeOOH crystal phase regardless of the difference in Zr treatment concentration.

図15は、Zr処理濃度とBIOX中の元素組成比(XRF分析)の関係を示している。この結果は、Zrの処理濃度を任意に改変することによって、産物中のZr及び Feの組成制御が可能であることを示唆している。   FIG. 15 shows the relationship between the Zr treatment concentration and the elemental composition ratio (XRF analysis) in BIOX. This result suggests that the composition of Zr and Fe in the product can be controlled by arbitrarily changing the treatment concentration of Zr.

図16は、Zr処理濃度とBIOXの形態(SEM観察像)を示している。Zrの処理濃度(産物における含有量)に関係なく、BIOXは中空の管状形態を維持していることがわかった。   FIG. 16 shows the Zr treatment concentration and the form of BIOX (SEM observation image). Regardless of the Zr treatment concentration (content in the product), BIOX was found to maintain a hollow tubular morphology.

図17は、Zrを20at%含有するBIOXを各温度で加熱した後の色相と明度を示している。比較対照として、MC-55と800℃で加熱処理した天然系BIOXを用いた。Zr20at%含有BIOXの加熱材は、特に700〜900℃の加熱温度域において市販ベンガラを有意に上回る鮮やかな赤色調を呈することがわかった。   FIG. 17 shows the hue and brightness after heating BIOX containing 20 at% Zr at various temperatures. As a comparative control, MC-55 and natural BIOX heat-treated at 800 ° C. were used. It was found that the BIOX heating material containing Zr20at% exhibits a bright red tone that is significantly higher than the commercial Bengala, particularly in the heating temperature range of 700 to 900 ° C.

図18は、Zrを20at%含有するBIOXを900又は1100℃で加熱した後の結晶性(XRD分析)を示している。この結果、加熱温度900℃ではα-Fe2O3の単一結晶相が存在すること、加熱温度1100℃ではα-Fe2O3とZr含有に由来する結晶相(未同定)が共存することがわかった。 FIG. 18 shows the crystallinity (XRD analysis) after heating BIOX containing 20 at% Zr at 900 or 1100 ° C. As a result, a single crystal phase of α-Fe 2 O 3 exists at a heating temperature of 900 ° C, and a crystal phase (unidentified) derived from the inclusion of α-Fe 2 O 3 and Zr coexists at a heating temperature of 1100 ° C. I understood it.

図19は、Zrを5at%又は20at%含有するBIOXを加熱処理した後の微細形状(SEM像)を示している。Zr5at%含有BIOXに比べて、Zr20at%含有BIOXでは1000℃以上での加熱処理後に生じる粒子の肥大成長が抑制されていることがわかった。   FIG. 19 shows a fine shape (SEM image) after heat-treating BIOX containing 5 at% or 20 at% Zr. Compared to Zr5at% -containing BIOX, Zr20at% -containing BIOX was found to suppress the hypertrophy of particles that occurred after heat treatment at 1000 ° C or higher.

[Ru含有BIOX]
BIOXへのRuの吸着処理は、前述のAl含有BIOXの製造方法と次の事項を除いて同様の方法で行った。すなわち、OUMS1株を本培養した後、有機鞘を含む100 mlの培養液に対して、直接鉄粉を50 mgとRuCl3・3H2O溶液を終濃度が1、5 mMになるように添加し、さらに本培養と同様の条件で1週間振とう処理を行った。また場合によって、本培養後の有機鞘を回収し、LES (lysozyme-EDTA-SDS)処理によって有機鞘中の菌体を除去した後、SGP液体培地に再懸濁し、鉄粉とRuCl3・3H2Oを添加する処理方法を用いた。LES処理は、前述する文献1に記載された方法で行った。次に、生成したRu含有BIOXについて、遠心分離(4000rpm、10分間)による沈殿と10倍量の超純水での洗浄を3回繰り返し行った後、真空凍結乾燥機を用いて乾燥した。
[Ru-containing BIOX]
The adsorption treatment of Ru on BIOX was carried out in the same manner as the production method of Al-containing BIOX described above except for the following matters. That is, after the main culture of OUMS1 strain, directly add 50 mg of iron powder and RuCl 3 3H 2 O solution to a final concentration of 1 and 5 mM to 100 ml of the culture solution containing the organic sheath. Furthermore, a shaking treatment was performed for 1 week under the same conditions as in the main culture. In some cases, the organic pod after the main culture is collected, and the cells in the organic pod are removed by LES (lysozyme-EDTA-SDS) treatment, then resuspended in SGP liquid medium, iron powder and RuCl 3 · 3H. A treatment method of adding 2 O was used. The LES process was performed by the method described in Document 1 described above. Next, the produced Ru-containing BIOX was subjected to precipitation by centrifugation (4000 rpm, 10 minutes) and washing with 10 times the amount of ultrapure water three times, and then dried using a vacuum freeze dryer.

なお、次の触媒活性の検定に供した試料は、(1) 本培養液に終濃度1 mMのRuCl3・3H2Oのみを添加して作製した鞘産物、(2) 本培養液に50 mgの鉄粉と終濃度1mMのRuCl3・3H2Oを添加して作製したBIOX、(3) 本培養液に50 mgの鉄粉と終濃度5 mMのRuCl3・3H2Oを添加して作製したBIOX、(4) 本培養後の有機鞘をLES処理した後、50 mgの鉄粉と終濃度5 mMのRuCl3・3H2Oを添加して作製したBIOX、(5) 本培養後の有機鞘を精製水で洗浄して回収した鞘産物(有機鞘のみでRuとFeは含まれない)、(6) 本培養時の培地に鉄粉200 mgを添加したBIOXである(括弧内の数字は以下の実験で示される触媒番号に対応する)。触媒(1)'〜(3)'は、各々(1)〜(3)を乳鉢と乳棒で粉砕した試料を示す。 Samples used for the next assay of catalytic activity were (1) sheath products prepared by adding only 1 mM RuCl 3 3H 2 O to the final culture solution, and (2) 50 mL of the main culture solution. mg of iron powder and a final concentration of 1mM of RuCl 3 · 3H 2 O the BIOX prepared by adding, (3) to the culture solution was added RuCl 3 · 3H 2 O in 50 mg of iron powder and a final concentration of 5 mM (4) BIOX prepared by adding 50 mg iron powder and final concentration of 5 mM RuCl 3 3H 2 O after LES treatment of the organic sheath after the main culture, (5) Main culture The sheath product recovered after washing the purified organic sheath with purified water (only the organic sheath and not including Ru and Fe), (6) BIOX with 200 mg iron powder added to the medium during main culture (parentheses) The numbers in the figure correspond to the catalyst numbers shown in the following experiments). Catalysts (1) ′ to (3) ′ represent samples obtained by pulverizing (1) to (3) with a mortar and pestle, respectively.

図20は、Ruを含有するBIOXの形態(SEM像)を示している。差し込み図は、各々のBIOXの末端部分を拡大したものである。Ruを20at% (EDX分析)含有する酸化鉄産物は直径1.0〜1.2μmの中空の管状鞘形態を示し、大部分の鞘同士が密集した塊を形成していた。一方、Ruを60at% (EDX分析)含有する酸化鉄は直径0.6〜1.0μmの非中空の棒状の形態を示し、同様に集塊を形成していた。また、ICP分析の結果、Ruを20at% (EDX分析)含有する酸化鉄と60at% (EDX分析)含有する酸化鉄におけるRuの重量比は各々7.4%及び13.4%であった。   FIG. 20 shows the form (SEM image) of BIOX containing Ru. The inset is an enlarged view of the end of each BIOX. The iron oxide product containing 20 at% Ru (EDX analysis) showed a hollow tubular sheath form with a diameter of 1.0 to 1.2 μm, and most of the sheaths formed a dense mass. On the other hand, iron oxide containing 60 at% Ru (EDX analysis) showed a non-hollow rod-like form with a diameter of 0.6 to 1.0 μm, and similarly formed agglomerates. As a result of ICP analysis, the weight ratio of Ru in iron oxide containing 20 at% Ru (EDX analysis) and iron oxide containing 60 at% (EDX analysis) was 7.4% and 13.4%, respectively.

[ベンゾニトリルからベンズアミドの合成]   [Synthesis of benzamide from benzonitrile]

ねじ式試験管に、所定量の触媒を加え、溶媒としての水を0.5 mL、ベンゾニトリル0.3 mmolを加えて、所定の気体雰囲気でねじを閉めて試験管を閉じた。アルミブロック恒温槽で所定の温度で24時間加熱した。反応液にアセトンを加えて希釈し、標準物質としてナフタレンを加えて、生成物をガスクロマトグラフ装置で分析し、ベンズアミドの収率を算出した。結果を以下の表に示す。   A predetermined amount of catalyst was added to the screw type test tube, 0.5 mL of water as a solvent and 0.3 mmol of benzonitrile were added, and the screw was closed in a predetermined gas atmosphere to close the test tube. Heating was performed at a predetermined temperature for 24 hours in an aluminum block thermostat. Acetone was added to the reaction solution for dilution, naphthalene was added as a standard substance, and the product was analyzed with a gas chromatograph to calculate the yield of benzamide. The results are shown in the table below.

表中、(3)-2は、一度使用した触媒(3)を再利用したことを示す。   In the table, (3) -2 indicates that the catalyst (3) once used is reused.

実施例1-1に示すとおり、触媒(1)はニトリルの水和反応の触媒として有効に機能し、生成物であるベンゾニトリルを70%の収率で与えた。この触媒(1)を乳鉢と乳棒で粉砕しても、触媒活性は発現する(実施例1-2)。すなわち、この触媒は機械的な粉砕がなされた場合でも、その活性を損なうことなく、安定して触媒活性を発現する。実施例1-3に示すように、触媒(2)には鉄成分が含まれるが、この場合にもニトリル水和反応は進行する。すなわち、鉄成分はこのニトリルの水和反応を妨害しないことは明白である。実施例1-2と同様に、触媒(2)を機械的に粉砕しても、その触媒機能は保たれる(実施例1-4)。   As shown in Example 1-1, the catalyst (1) effectively functioned as a catalyst for the nitrile hydration reaction, and gave the product benzonitrile in a yield of 70%. Even when this catalyst (1) is pulverized with a mortar and pestle, catalytic activity is exhibited (Example 1-2). That is, even when the catalyst is mechanically pulverized, the catalyst exhibits stable catalytic activity without impairing its activity. As shown in Example 1-3, the catalyst (2) contains an iron component. In this case, the nitrile hydration reaction proceeds. That is, it is clear that the iron component does not interfere with this nitrile hydration reaction. Similar to Example 1-2, even when the catalyst (2) is mechanically pulverized, its catalytic function is maintained (Example 1-4).

実施例1-5の触媒(3)では、FeとRuの比を、触媒(2)と比べて変えているが、この場合もニトリル水和反応は進行する。すなわち、FeとRuの比を厳密に調整する必要なく、活性のある触媒が得られることが、この触媒調製時の利点である。特に触媒の工業生産時に、非常に厳しい比率の工程管理が不要なことは製造上の大きな利点である。実施例1-7では、空気中でニトリル水和反応を行ったが、この場合でもベンズアミドが収率98%で得られた。この実験事実から、触媒反応時にアルゴン、窒素などの不活性ガスで容器内を厳密に管理する必要がないことは、アミドの製造時の大きな利点といえる。   In the catalyst (3) of Example 1-5, the ratio of Fe and Ru was changed as compared with that of the catalyst (2). In this case, the nitrile hydration reaction proceeds. That is, it is an advantage at the time of preparing this catalyst that an active catalyst can be obtained without strictly adjusting the ratio of Fe and Ru. In particular, it is a great manufacturing advantage that a very strict ratio of process control is not required during industrial production of the catalyst. In Example 1-7, the nitrile hydration reaction was carried out in air. Even in this case, benzamide was obtained in a yield of 98%. From this experimental fact, it can be said that there is no need to strictly manage the inside of the container with an inert gas such as argon or nitrogen during the catalytic reaction, which is a great advantage in the production of amides.

実施例1-8では、触媒反応系内での触媒濃度を実施例1-5に対して2分の1に減らし、さらに反応温度を150℃にしたが、この場合でもベンズアミドを得ることができた。この実験事実は、触媒反応時の触媒濃度及び温度の厳密な制御は不要であり、生産管理上の条件設定に幅を持たせることができる点で好ましいことを示している。実施例1-9から1-13は、これら条件を変化させた結果であり、生産管理上の条件設定に幅を持たせることができることを証明している。   In Example 1-8, the catalyst concentration in the catalytic reaction system was reduced to one-half that of Example 1-5 and the reaction temperature was 150 ° C. Even in this case, benzamide could be obtained. It was. This experimental fact indicates that it is not necessary to strictly control the catalyst concentration and temperature during the catalytic reaction, which is preferable in that it allows a wide range of conditions for production management. Examples 1-9 to 1-13 are the results of changing these conditions, and prove that it is possible to provide a wide range of conditions for production management.

実施例1-14と1-15では、触媒反応に一回用いた触媒(3)を反応後に回収し再利用しても、その触媒機能は失われないことを示している。すなわち、回収再利用が可能なこの触媒は経済性の点で優れていることがわかる。実施例1-16では、培養時に有機鞘に残存する菌体が、触媒機能に与える影響を調べたものである。菌体をLES除去した触媒(4)を用いた、実施例1-16のベンズアミド収率は96%であり、菌体がなくても触媒反応は進行し、触媒反応においては菌体が存在してもしなくてもニトリルの水和反応は円滑に進行することがわかる。すなわち、菌体の存在は、ニトリル水和反応において悪影響を及ぼすことはない。   Examples 1-14 and 1-15 show that the catalyst function is not lost even if the catalyst (3) used once for the catalytic reaction is recovered and reused after the reaction. That is, it can be seen that this catalyst that can be recovered and reused is excellent in terms of economy. In Example 1-16, the influence of the bacterial cells remaining in the organic sheath during culture on the catalytic function was examined. The benzamide yield of Example 1-16 using the catalyst (4) from which the microbial cells were removed was 96%, and the catalytic reaction proceeded even without the bacterial cells, and the bacterial cells were present in the catalytic reaction. It can be seen that the nitrile hydration reaction proceeds smoothly even if it is not. That is, the presence of bacterial cells does not adversely affect the nitrile hydration reaction.

RuとFeが含まれない有機鞘のみの触媒(5)では、比較例1-1に示すとおり、触媒反応は進行しなかった。さらに、Ruを含有せず、金属元素としてFeのみが含まれる触媒(6)を用いた比較例1-2では、22%と低い収率でベンズアミドが得られた。これらの実施例から、生産性よくニトリル水和反応を進行させ、目的とする産業上有用なアミド類を製造するためには、成分としてRuが必須であり、Ruを加えた触媒調製が必須であることは明白である。   As shown in Comparative Example 1-1, the catalytic reaction did not proceed with the catalyst (5) having only an organic sheath containing no Ru and Fe. Furthermore, in Comparative Example 1-2 using a catalyst (6) containing no Fe and containing only Fe as a metal element, benzamide was obtained in a yield as low as 22%. From these examples, in order to advance the nitrile hydration reaction with high productivity and to produce the desired industrially useful amides, Ru is essential as a component, and preparation of a catalyst with addition of Ru is essential. It is clear that there is.

本発明の触媒の有効性についてさらに明確にするために、以下の比較実験を行った。   In order to further clarify the effectiveness of the catalyst of the present invention, the following comparative experiment was conducted.

[ルテニウム/シリカ触媒の作製]
表1から、Ruの有効性は明らかである。一方、触媒としての担体である、微生物が産出する有機鞘の有効性を検証するために、担体として用いられるシリカを使った比較実験を行った。
[Preparation of ruthenium / silica catalyst]
From Table 1, the effectiveness of Ru is clear. On the other hand, in order to verify the effectiveness of the organic sheath produced by microorganisms, which is a carrier as a catalyst, a comparative experiment using silica used as a carrier was conducted.

シリカ源としてシリカ(酸化ケイ素(IV)、(株)高純度化学)(以下:N-シリカ)と、工業触媒用シリカ(酸化ケイ素(IV)、富士シリシア化学(株)、GRADE:Q-10)(以下:Q-シリカ)とを用意した。この工業触媒用シリカは水で膨潤しない特徴がある。200 mLフラスコに入れた100 mLのSGP液体培地にシリカを100 mgずつ添加した。塩化ルテニウム三水和物溶液及び鉄粉末を添加し、目的の培地成分になるように調整した後、恒温振とう機(20℃、70rpm)で1週間撹拌した。生成したルテニウム/シリカ触媒と上清を遠心分離によって分離し、超純水で3回洗浄した後、凍結乾燥機を用いて乾燥した。   Silica (silicon oxide (IV), high-purity chemical) (hereinafter: N-silica) and silica for industrial catalysts (silicon (IV), Fuji Silysia Chemical, GRADE: Q-10) (Hereinafter: Q-silica). This industrial catalyst silica is characterized by not swelling with water. 100 mg of silica was added to 100 mL of SGP liquid medium placed in a 200 mL flask. A ruthenium chloride trihydrate solution and iron powder were added and adjusted so as to be a target medium component, followed by stirring with a constant temperature shaker (20 ° C., 70 rpm) for 1 week. The produced ruthenium / silica catalyst and the supernatant were separated by centrifugation, washed with ultrapure water three times, and then dried using a freeze dryer.

触媒は(a)-(d)の4種類作製した。(a)はSGP培地にN-シリカを添加後、鉄粉末を50 mgと培地のルテニウム濃度が5 mMになるように塩化ルテニウム三水和物溶液とを添加した。(b)はSGP培地にN-シリカを添加後、鉄粉末は加えずに培地のルテニウム濃度が5 mMになるように塩化ルテニウム三水和物溶液を添加した。(c)はSGP培地にQ-シリカを添加後、鉄粉末を50 mgと培地のルテニウム濃度が5 mMになるように塩化ルテニウム三水和物溶液とを添加した。(d)はSGP培地にQ-シリカを添加後、鉄粉末は加えずに培地のルテニウム濃度が5 mMになるように塩化ルテニウム三水和物溶液を添加した。さらに比較として、市販の粉末石英(e)を用いた実験も行った。   Four types of catalysts (a)-(d) were prepared. In (a), after adding N-silica to the SGP medium, 50 mg of iron powder and a ruthenium chloride trihydrate solution were added so that the ruthenium concentration of the medium was 5 mM. In (b), after adding N-silica to the SGP medium, a ruthenium chloride trihydrate solution was added so that the ruthenium concentration of the medium was 5 mM without adding iron powder. In (c), after adding Q-silica to the SGP medium, 50 mg of iron powder and a ruthenium chloride trihydrate solution were added so that the ruthenium concentration of the medium was 5 mM. In (d), after adding Q-silica to the SGP medium, a ruthenium chloride trihydrate solution was added so that the ruthenium concentration of the medium was 5 mM without adding iron powder. For comparison, an experiment using commercially available powdered quartz (e) was also conducted.

ICPによる分析の結果、それぞれの触媒のルテニウムの重量組成比は(a) 2.7wt%、(b) 0.2wt%、(c) 1.6wt%、(d) 0.8wt%であった。   As a result of ICP analysis, the weight composition ratios of ruthenium in each catalyst were (a) 2.7 wt%, (b) 0.2 wt%, (c) 1.6 wt%, and (d) 0.8 wt%.

調製した触媒(a)〜(d)及び(e)を用いて、ベンゾニトリルの水和反応の実験を行った。ねじ式試験管に、ベンゾニトリルに対してRuとして2mol%の触媒を加え、溶媒としての水を0.5 mL、ベンゾニトリル0.3 mmolを加えて、アルゴン雰囲気にしてねじを閉めて試験管を閉じた。アルミブロック恒温槽で所定の温度で24時間加熱した。反応液にアセトンを加えて希釈し、標準物質としてナフタレンを加えて、生成物をガスクロマトグラフ装置で分析し、生成物であるベンズアミドの収率を算出した。結果を表2に示す。   Using the prepared catalysts (a) to (d) and (e), an experiment on benzonitrile hydration was performed. To the screw-type test tube, 2 mol% of a catalyst as Ru with respect to benzonitrile was added, 0.5 mL of water as a solvent and 0.3 mmol of benzonitrile were added, and the screw was closed in an argon atmosphere to close the test tube. Heating was performed at a predetermined temperature for 24 hours in an aluminum block thermostat. Acetone was added to the reaction solution for dilution, naphthalene was added as a standard substance, the product was analyzed with a gas chromatograph, and the yield of the product benzamide was calculated. The results are shown in Table 2.

最初にRu及びFeをシリカに固定化した(a)を触媒として用いた(比較例1-3)。生成物としてベンズアミドを収率83%で得た。Ru/シリカ触媒(b)に関してはRuの含有量が0.2wt%と少なく、触媒を2mol%とした場合、触媒の必要量が303 mgと多量になってしまい、触媒量が足りないため、反応を行わなかった。触媒用のシリカにRu及びFeをシリカに固定化した(c)でも反応を行ったが比較例1-3の通常のシリカと活性に大きな差異は見られなかった(比較例1-5)。一方、触媒用シリカにRuのみを担持した(d)では10ポイントほど収率が低下した(比較例1-6)。なお、Ru及びFeを固定化させず、粉末石英(e)でも反応を行った場合には低収率ではあるがアミドを得た(比較例1-7)。   First, Ru and Fe immobilized on silica (a) was used as a catalyst (Comparative Example 1-3). Benzamide was obtained as a product in a yield of 83%. Regarding Ru / silica catalyst (b), if the Ru content is as low as 0.2 wt% and the catalyst is 2 mol%, the required amount of catalyst will be as large as 303 mg, and the amount of catalyst is insufficient, so the reaction Did not do. The reaction was also carried out in (c) where Ru and Fe were immobilized on silica for the catalyst, but no significant difference was found in the activity compared with the normal silica of Comparative Example 1-3 (Comparative Example 1-5). On the other hand, the yield decreased by about 10 points in (d) in which only Ru was supported on the catalyst silica (Comparative Example 1-6). In addition, when Ru and Fe were not immobilized and the reaction was carried out with powdered quartz (e), an amide was obtained although the yield was low (Comparative Example 1-7).

これらの比較例の結果は、シリカに含まれるシラノール基が水中でブレンステッド酸として機能したためと考えられる。このブレンステッド酸としての効果も考慮し、表1に示したRu固定化触媒と表2のRu/シリカ触媒の活性とを比較すると、表1のRu固定化触媒の方が高い触媒活性を示すことは明らかである。すなわち、本発明の微生物が産出する有機鞘にRuが担持された触媒は、アミド類の製造に好適であり、その理由はアミド類の製造時の生産効率の高さにある。その生産効率の高さとは、具体的には、触媒回収再利用が可能なこと、空気中で反応が進行すること、触媒調製時の薬剤(RuとFe)の成分比が厳密である必要がないなど、工業生産時の操業安定性に大きく寄与する。   The results of these comparative examples are thought to be because the silanol groups contained in silica functioned as Bronsted acids in water. Considering the effect as a Bronsted acid, the Ru immobilized catalyst shown in Table 1 and the Ru / silica catalyst shown in Table 2 are compared, and the Ru immobilized catalyst shown in Table 1 shows higher catalytic activity. It is clear. That is, the catalyst in which Ru is supported on the organic sheath produced by the microorganism of the present invention is suitable for the production of amides, because of the high production efficiency during the production of amides. Specifically, the high production efficiency requires that the catalyst can be recovered and reused, that the reaction proceeds in air, and that the component ratio of the chemicals (Ru and Fe) during catalyst preparation must be strict. This contributes greatly to operational stability during industrial production.

本発明の触媒は、水を含めた溶剤には溶けない固体触媒なので、反応終了後には反応液からろ過等の簡便な操作で生成物との分離が可能なことも、アミド製造における優位性といえる。また、表1に示す実施例1-1から1-17において、目的とするベンズアミド以外の望ましくない副生成物はガスクロマトグラフ装置で検出できなかった。よって、本触媒系では、目的生成物のみを得ることができるので、副生成物との煩雑な分離操作も不要であり、この点からも経済性が高い。   Since the catalyst of the present invention is a solid catalyst that is insoluble in solvents including water, it can be separated from the product by a simple operation such as filtration from the reaction solution after completion of the reaction. I can say that. Further, in Examples 1-1 to 1-17 shown in Table 1, undesirable by-products other than the target benzamide could not be detected by the gas chromatograph apparatus. Therefore, in this catalyst system, since only the target product can be obtained, a complicated separation operation from the by-product is unnecessary, and this point is also economical.

[3−シアノピリジンからニコチンアミドの合成]   [Synthesis of nicotinamide from 3-cyanopyridine]

ねじ式試験管に、所定量の触媒を加え、溶媒としての水を0.5 mL、3−シアノピリジンを0.3 mmolを加えて、所定の気体雰囲気下でねじを閉めて試験管を閉じた。アルミブロック恒温槽で所定の温度で24時間加熱した。生成物はカラムクロマトグラフィーで単離し、ニコチンアミドの収率を算出した。結果を以下の表に示す。   A predetermined amount of catalyst was added to the screw type test tube, 0.5 mL of water as a solvent and 0.3 mmol of 3-cyanopyridine were added, and the screw was closed under a predetermined gas atmosphere to close the test tube. Heating was performed at a predetermined temperature for 24 hours in an aluminum block thermostat. The product was isolated by column chromatography and the yield of nicotinamide was calculated. The results are shown in the table below.

[アクリロニトリルからアクリルアミドの合成]   [Synthesis of acrylamide from acrylonitrile]

ねじ式試験管に、所定量の触媒を加え、溶媒としての水を0.5 mL、アクリロニトリルを0.3 mmolを加えて、所定の気体雰囲気でねじを閉めて試験管を閉じた。アルミブロック恒温槽で所定の温度で24時間加熱した。反応液にアセトンを加えて希釈し、標準物質としてナフタレンを加えて、生成物をガスクロマトグラフ装置で分析し、アクリルアミドの収率を算出した。結果を以下の表に示す。   A predetermined amount of catalyst was added to the screw-type test tube, 0.5 mL of water as a solvent and 0.3 mmol of acrylonitrile were added, and the screw was closed in a predetermined gas atmosphere to close the test tube. Heating was performed at a predetermined temperature for 24 hours in an aluminum block thermostat. Acetone was added to the reaction solution for dilution, naphthalene was added as a standard substance, and the product was analyzed with a gas chromatograph to calculate the yield of acrylamide. The results are shown in the table below.

[他のアミド類の合成]
触媒に(3)を選び、原料ニトリルに対して2mol%、溶媒としての水を0.5 mL、原料ニトリルを0.3 mmolを加えて、アルゴン雰囲気下でねじを閉めて試験管を閉じた。アルミブロック恒温槽で180℃で24時間加熱した。反応液にアセトンを加えて希釈し、標準物質としてナフタレンを加えて、生成物をガスクロマトグラフ装置で分析し、生成したアミドの収率を算出した。フェニルアセトアミドは収率73%、ベンゼンプロピオンアミドは収率91%、o-メチルベンズアミドは収率57%、メタクリルアミドは収率33%で得られた。
[Synthesis of other amides]
(3) was selected as the catalyst, 2 mol% with respect to the raw material nitrile, 0.5 mL of water as a solvent and 0.3 mmol of the raw material nitrile were added, and the screw was closed under an argon atmosphere to close the test tube. Heated at 180 ° C. for 24 hours in an aluminum block thermostat. Acetone was added to the reaction solution for dilution, naphthalene was added as a standard substance, the product was analyzed with a gas chromatograph, and the yield of the produced amide was calculated. The yield was 73% for phenylacetamide, 91% for benzenepropionamide, 57% for o-methylbenzamide, and 33% for methacrylamide.

このように、本発明の触媒は、表1に示したベンズアミド製造に限定されることはない。具体的には、ヘテロ原子である窒素原子を含む芳香族アミドのニコチンアミド(実施例2-1)、炭素-炭素二重結合を含むアクリル系のアミドであるアクリルアミド(実施例3-1)及びメタクリルアミド、脂肪族アミドであるフェニルアセトアミド及びベンゼンプロピオンアミド、置換基を有する芳香族アミドであるo-メチルベンズアミドなど多種多様なアミド類の製造に利用できる。   Thus, the catalyst of the present invention is not limited to the benzamide production shown in Table 1. Specifically, nicotinamide of an aromatic amide containing a nitrogen atom that is a hetero atom (Example 2-1), acrylamide (Example 3-1) that is an acrylic amide containing a carbon-carbon double bond, and It can be used for the production of a wide variety of amides such as methacrylamide, aliphatic amide phenylacetamide and benzenepropionamide, and substituted aromatic amide o-methylbenzamide.

[オキシム類のベックマン転位により、アミド類を得る反応]   [Reaction to obtain amides by Beckmann rearrangement of oximes]

ねじ式試験管に、所定量の触媒を加え、溶媒を0.5 mL、ベンズアルデヒドオキシム0.3 mmolを加えて、アルゴン雰囲気下でねじを閉めて試験管を閉じた。アルミブロック恒温槽で所定の温度で24時間加熱した。反応液にアセトンを加えて希釈し、標準物質としてナフタレンを加えて、生成物をガスクロマトグラフ装置で分析し、ベンズアミドの収率を算出した。結果を以下の表に示す。なお、実施例4-4のK2CO3はルテニウムに対して等モル量加えた。実施例4-4の結果より、K2CO3などの塩基の存在は必須ではないが、塩基が存在しても反応は進行することがわかる。 A predetermined amount of catalyst was added to the screw type test tube, 0.5 mL of solvent and 0.3 mmol of benzaldehyde oxime were added, and the test tube was closed by closing the screw under an argon atmosphere. Heating was performed at a predetermined temperature for 24 hours in an aluminum block thermostat. Acetone was added to the reaction solution for dilution, naphthalene was added as a standard substance, and the product was analyzed with a gas chromatograph to calculate the yield of benzamide. The results are shown in the table below. In addition, K 2 CO 3 of Example 4-4 was added in an equimolar amount with respect to ruthenium. The results of Example 4-4 show that the presence of a base such as K 2 CO 3 is not essential, but the reaction proceeds even in the presence of a base.

比較例4-1では、市販の塩化ルテニウム三水和物を触媒に用いた。ベックマン転位反応はブレンステッド酸触媒でも反応が進行することは広く知られている。この比較例4-1では塩化ルテニウム三水和物が溶媒である水に溶解することにより、溶液中で塩化水素が発生し液が酸性となる。このとき反応液は緑色を呈する。この塩化水素がブレンステッド酸として機能する結果、生成物としてベンズアミドが収率51%で得られた。これに対し実施例4-1では、塩化水素が発生しない中性条件下で反応が進行し、ベンズアミドが収率62%で得られた。   In Comparative Example 4-1, commercially available ruthenium chloride trihydrate was used as the catalyst. It is well known that the Beckmann rearrangement reaction proceeds even with a Bronsted acid catalyst. In Comparative Example 4-1, when ruthenium chloride trihydrate is dissolved in water as a solvent, hydrogen chloride is generated in the solution and the liquid becomes acidic. At this time, the reaction solution is green. As a result of the hydrogen chloride functioning as a Bronsted acid, benzamide was obtained as a product in a yield of 51%. In contrast, in Example 4-1, the reaction proceeded under neutral conditions where hydrogen chloride was not generated, and benzamide was obtained in a yield of 62%.

[アルコールの脱水素によるカルボニル化合物の製造]:1,4−ブタンジオールの脱水素反応によるγ-ブチロラクトンの製造
実施例5-1
ネジ式試験管に、触媒(3) 4.5 mgと溶媒としてトルエン(0.5 mL)とを入れた。続いて、1,4−ブタンジオール27μl (0.3 mmol)及びアセトン66μl (0.9 mmol)を加えて、ネジ式のふたを閉めた。205℃に加熱したオイルバスに前記成分を含むネジ式試験管をつけて3時間加熱した。加熱終了後の冷却した反応液に標準物質としてナフタレンを加え、1,2−ジメトキシエタンで希釈してガスクロマトグラフ装置で生成物を定量した。γ−ブチロラクトンの収率は23%だった。ここで、アセトンは水素受容体として働いており、密閉された反応系内部の水素を捕捉し、2−プロパノールに変換される。
[Production of carbonyl compound by dehydrogenation of alcohol]: Production of γ-butyrolactone by dehydrogenation of 1,4-butanediol
Example 5-1
In a screw test tube, 4.5 mg of catalyst (3) and toluene (0.5 mL) as a solvent were placed. Subsequently, 27 μl (0.3 mmol) of 1,4-butanediol and 66 μl (0.9 mmol) of acetone were added, and the screw-type lid was closed. A screw type test tube containing the above components was attached to an oil bath heated to 205 ° C. and heated for 3 hours. Naphthalene was added as a standard substance to the cooled reaction liquid after completion of heating, diluted with 1,2-dimethoxyethane, and the product was quantified with a gas chromatograph apparatus. The yield of γ-butyrolactone was 23%. Here, acetone acts as a hydrogen acceptor, captures hydrogen inside the sealed reaction system, and is converted into 2-propanol.

実施例5-2
空気冷却器をつけたガラス製反応器に、触媒(3) 22.5 mgと1,4−ブタンジオール132μl (1.5 mmol)を入れ、アルゴンガスを流しながらの開放系で205℃に加熱したオイルバスにつけた。3時間加熱した後、冷却後のガラス製反応器に標準物質としてナフタレンを加え、1,2−ジメトキシエタンで反応液を希釈してガスクロマトグラフ装置で生成物を定量した。γ−ブチロラクトンの収率は9%だった。
Example 5-2
Put 22.5 mg of catalyst (3) and 132 μl (1.5 mmol) of 1,4-butanediol in a glass reactor equipped with an air cooler, and place it in an oil bath heated to 205 ° C in an open system with flowing argon gas. It was. After heating for 3 hours, naphthalene was added as a standard substance to the cooled glass reactor, the reaction solution was diluted with 1,2-dimethoxyethane, and the product was quantified with a gas chromatograph. The yield of γ-butyrolactone was 9%.

[アルコールの脱水素によるカルボニル化合物の製造]:シクロヘキサノールの脱水素によるシクロヘキサノンの製造
実施例6-1
ネジ式試験管に、触媒(3) 4.5 mgと溶媒として水(0.5 mL)を入れた。続いてシクロヘキサノール32μl (0.3 mmol)を加えて、ネジ式のふたを閉めた。180℃に加熱したアルミブロックに前記成分を含むネジ式試験管を入れて24時間加熱した。加熱終了後の冷却した反応液に標準物質としてドデカンを加え、トルエンで希釈してガスクロマトグラフ装置で生成物を定量した。シクロヘキサノンの収率は31%だった。
[Production of carbonyl compounds by dehydrogenation of alcohol]: Production of cyclohexanone by dehydrogenation of cyclohexanol
Example 6-1
In a screw test tube, 4.5 mg of catalyst (3) and water (0.5 mL) as a solvent were added. Subsequently, 32 μl (0.3 mmol) of cyclohexanol was added, and the screw-type lid was closed. The screw type test tube containing the said component was put into the aluminum block heated at 180 degreeC, and it heated for 24 hours. After the heating was completed, dodecane was added as a standard substance to the cooled reaction solution, diluted with toluene, and the product was quantified with a gas chromatograph. The yield of cyclohexanone was 31%.

このように、アルコールの脱水素によるカルボニル化合物の製造は、実施例5-1のような水素受容体有りの場合でも(実施例5-1ではアセトン)、実施例5-2のような水素受容体無しの場合でも良好な結果が得られるとわかった。   Thus, the production of the carbonyl compound by dehydrogenation of the alcohol can be carried out even in the presence of a hydrogen acceptor as in Example 5-1 (acetone in Example 5-1), as in Example 5-2. It was found that good results could be obtained even without body.

さらに、本触媒系によるアルコールの脱水素によるカルボニル化合物の製造は、1,4−ブタンジオールのような1級アルコール(実施例5-1、5-2)でも、シクロヘキサノールのような2級アルコール(実施例6-1)でも構わないことがわかった。   Furthermore, the production of a carbonyl compound by dehydrogenation of an alcohol using this catalyst system can be achieved by using a primary alcohol such as 1,4-butanediol (Examples 5-1 and 5-2) or a secondary alcohol such as cyclohexanol. It was found that (Example 6-1) may be used.

Claims (19)

アルミニウム、ジルコニウム、ルテニウム、チタン及びハフニウムからなる群から選択される少なくとも1種の元素を含有する酸化鉄であって、
形状がチューブ状又はロッド状であり、
当該元素の元素比率が原子数%で5%以上25%未満である(ここで、酸素、炭素、窒素及び水素を除く主要元素の原子数%の合計を100とする)、酸化鉄。
An iron oxide containing at least one element selected from the group consisting of aluminum, zirconium, ruthenium, titanium and hafnium,
The shape is tube or rod,
The element ratio of the element is 5% or more and less than 25% in terms of atomic% (here, the total of atomic% of main elements excluding oxygen, carbon, nitrogen and hydrogen is 100) iron oxide.
更にケイ素及び/又はリンを含有する、請求項1に記載の酸化鉄。   The iron oxide according to claim 1, further comprising silicon and / or phosphorus. α-Fe2O3を含む、請求項1又は2に記載の酸化鉄。 The iron oxide according to claim 1 or 2, comprising α-Fe 2 O 3 . 以下の工程を含む、アルミニウム、ジルコニウム、ルテニウム、チタン及びハフニウムからなる群から選択される少なくとも1種の元素を含有する酸化鉄の製造方法:
(1) 鉄酸化細菌を培養することにより有機鞘を生成する工程、及び
(2) 工程(1)で得られた有機鞘をアルミニウム、ジルコニウム、ルテニウム、チタン及びハフニウムからなる群から選択される少なくとも1種の元素並びに鉄を含む水溶液中に懸濁し、当該元素を含有する酸化鉄を生成する工程。
A method for producing iron oxide containing at least one element selected from the group consisting of aluminum, zirconium, ruthenium, titanium and hafnium, comprising the following steps:
(1) producing an organic sheath by culturing iron-oxidizing bacteria; and
(2) The organic sheath obtained in step (1) is suspended in an aqueous solution containing at least one element selected from the group consisting of aluminum, zirconium, ruthenium, titanium and hafnium, and iron, and contains the element. A step of producing iron oxide.
更に以下の工程を含む、請求項4に記載の方法:
(3) 工程(2)で得られた酸化鉄を加熱処理する工程。
The method of claim 4 further comprising the following steps:
(3) A step of heat-treating the iron oxide obtained in step (2).
加熱処理の温度が600〜1000℃である、請求項5に記載の方法。   The method of Claim 5 whose temperature of heat processing is 600-1000 degreeC. 更に以下の工程を含む、請求項4〜6のいずれか一項に記載の方法:
(4) 工程(2)又は(3)で得られた酸化鉄を粉砕する工程。
The method according to any one of claims 4 to 6, further comprising the following steps:
(4) A step of pulverizing the iron oxide obtained in the step (2) or (3).
前記鉄酸化細菌が、レプトスリックス属に属する細菌である、請求項4〜7のいずれか一項に記載の方法。   The method according to any one of claims 4 to 7, wherein the iron-oxidizing bacterium is a bacterium belonging to the genus Leptosurix. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の酸化鉄を含む顔料。   The pigment containing the iron oxide as described in any one of Claims 1-3. アルミニウム、ジルコニウム、ルテニウム、チタン及びハフニウムからなる群から選択される少なくとも1種の元素を含有する金属酸化物並びに有機鞘を含む複合体であって、
形状がチューブ状又はロッド状であり、
当該元素の元素比率が原子数%で5%以上である(ここで、酸素、炭素、窒素及び水素を除く主要元素の原子数%の合計を100とする)、複合体。
A composite comprising a metal oxide containing at least one element selected from the group consisting of aluminum, zirconium, ruthenium, titanium and hafnium, and an organic sheath,
The shape is tube or rod,
A complex in which the element ratio of the element is 5% or more in terms of the number of atoms (here, the sum of the number of atoms of the main elements excluding oxygen, carbon, nitrogen, and hydrogen is 100).
前記金属酸化物として更に酸化鉄を含む、請求項10に記載の複合体。   The composite according to claim 10, further comprising iron oxide as the metal oxide. 更にケイ素及び/又はリンを含有する、請求項10又は11に記載の複合体。   The composite according to claim 10 or 11, further comprising silicon and / or phosphorus. 請求項10〜12のいずれか一項に記載の複合体を含む、水和反応に用いられる水和触媒。   The hydration catalyst used for a hydration reaction containing the composite_body | complex as described in any one of Claims 10-12. ニトリル類の水和に用いられる、請求項13に記載の水和触媒。   The hydration catalyst according to claim 13, which is used for hydration of nitriles. 前記ニトリル類が、置換基を有してもよい炭素数1〜30の脂肪族ニトリル、又は置換基を有してもよい炭素数6〜30の芳香族ニトリルである、請求項14に記載の水和触媒。   The nitrile is an aliphatic nitrile having 1 to 30 carbon atoms which may have a substituent or an aromatic nitrile having 6 to 30 carbon atoms which may have a substituent. Hydration catalyst. 前記ニトリル類が、アクリロニトリル、メタクロニトリル、3−シアノピリジン又はポリアクリロニトリルである、請求項14又は15に記載の水和触媒。   The hydration catalyst according to claim 14 or 15, wherein the nitrile is acrylonitrile, methacrylonitrile, 3-cyanopyridine, or polyacrylonitrile. 請求項10〜12のいずれか一項に記載の複合体を含む、ベックマン転位反応に用いられる触媒。   The catalyst used for the Beckmann rearrangement reaction containing the composite_body | complex as described in any one of Claims 10-12. 請求項10〜12のいずれか一項に記載の複合体を含む、アルコール類の脱水素によるカルボニル化合物製造用の脱水素触媒。   The dehydrogenation catalyst for carbonyl compound manufacture by dehydrogenation of alcohol containing the composite_body | complex as described in any one of Claims 10-12. 前記アルコール類が、置換基を有してもよい炭素数1〜30の脂肪族アルコールである、請求項18に記載の脱水素触媒。   The dehydrogenation catalyst according to claim 18, wherein the alcohol is an aliphatic alcohol having 1 to 30 carbon atoms which may have a substituent.
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