JP4911994B2 - Heteropolyacid, acid catalyst comprising heteropolyacid, and method for producing heteropolyacid - Google Patents

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Description

本発明は酸触媒として使用できる新規ヘテロポリ酸及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a novel heteropolyacid that can be used as an acid catalyst and a method for producing the same.

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

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

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

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

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

しかし、これらのヘテロポリ酸の負電荷は−3、−4となっており相手カチオンH+の数も3個、4個に限られている。酸触媒としてヘテロポリ酸を用いた場合、触媒活性はそのヘテロポリ酸に含まれるH+の数に依存するため、触媒性能を上げるべく、1分子あたりのH+の数が多いヘテロポリ酸が望まれている。 However, the negative charges of these heteropolyacids are −3 and −4, and the number of partner cations H + is limited to 3 or 4. When a heteropolyacid is used as the acid catalyst, the catalytic activity depends on the number of H + contained in the heteropolyacid, so that a heteropolyacid having a large number of H + per molecule is desired in order to improve the catalyst performance. Yes.

さらに、これらのヘテロポリ酸は、触媒反応を行なう際に酸触媒反応に活性を示すものの著しい劣化があることが知られている。   Furthermore, it is known that these heteropolyacids show significant deterioration in the activity of acid catalysis while performing the catalysis.

そこで、本発明は1分子あたりのH+の数が充分多く、従来のヘテロポリ酸よりも高い触媒活性を示すとともに、触媒としての安定性も高い新規な化合物を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a novel compound that has a sufficiently large number of H + per molecule, exhibits higher catalytic activity than conventional heteropolyacids, and has high stability as a catalyst.

また、本発明は、該新規化合物を用いてなる触媒を提供することを目的とする。   Another object of the present invention is to provide a catalyst using the novel compound.

また、本発明は、該新規化合物の効率の良い製造方法を提供することを目的とする。   Another object of the present invention is to provide an efficient method for producing the novel compound.

上記課題を解決する本発明のヘテロポリ酸は、一般式(1)で示されるものである。
8[P215TiO54(OH22]2・xH2O ・・・(1)
[式中x は1から100の整数である。]
The heteropolyacid of the present invention that solves the above problems is represented by the general formula (1).
H 8 [P 2 W 15 TiO 54 (OH 2 ) 2 ] 2 xH 2 O (1)
[Wherein x is an integer of 1 to 100. ]

また、本発明の酸触媒は、前記ヘテロポリ酸からなるものである。   The acid catalyst of the present invention is composed of the heteropolyacid.

また、本発明のヘテロポリ酸の製造方法は、下記(A)、(B)の工程を含む処理により請求項1記載のヘテロポリ酸のエーテル付加物を生成させた後、前記エーテル付加物からエーテルを除去するものである。
(A)一般式(2)で示されるヘテロポリ酸塩の水溶液を硫酸酸性とする工程
(B)一般式(2)で示されるヘテロポリ酸塩の水溶液にエーテルを加える工程
25[{P215Ti357.5(OH)34Cl]・xH2O ・・・(2)
[式中xは1から100の整数である。]
In addition, the method for producing a heteropolyacid according to the present invention comprises producing the ether adduct of the heteropolyacid according to claim 1 by a treatment including the following steps (A) and (B), and then adding ether from the ether adduct. To be removed.
(A) Step of making aqueous solution of heteropolyacid salt represented by general formula (2) acidic with sulfuric acid (B) Step of adding ether to aqueous solution of heteropolyacid salt represented by general formula (2) K 25 [{P 2 W 15 Ti 3 O 57.5 (OH) 3 } 4 Cl] · xH 2 O (2)
[Wherein x is an integer of 1 to 100. ]

また、本発明のヘテロポリ酸の製造方法は、下記(C)、(D)の工程を含む処理により請求項1記載のヘテロポリ酸のエーテル付加物を生成させた後、前記エーテル付加物からエーテルを除去するものである。
(C)一般式(3)で示されるヘテロポリ酸塩およびTi(SO42を含む水溶液を塩酸酸性とする工程
(D)一般式(3)で示されるヘテロポリ酸塩およびTi(SO42を含む水溶液にエーテルを加える工程
Na12[P21556]・xH2O ・・・(3)
[式中xは1から100の整数である。]
In addition, the method for producing a heteropolyacid according to the present invention comprises producing the ether adduct of the heteropolyacid according to claim 1 by a treatment including the following steps (C) and (D), and then adding ether from the ether adduct. To be removed.
(C) Step of making aqueous solution containing heteropoly acid salt represented by general formula (3) and Ti (SO 4 ) 2 acidic with hydrochloric acid (D) Heteropoly acid salt represented by general formula (3) and Ti (SO 4 ) Step of adding ether to an aqueous solution containing 2 Na 12 [P 2 W 15 O 56 ] · xH 2 O (3)
[Wherein x is an integer of 1 to 100. ]

本発明のヘテロポリ酸は、1分子あたりに8個のH+を有する組成になっているため、従来より知られているヘテロポリ酸よりもはるかに高い触媒活性を示すことができる。 Since the heteropolyacid of the present invention has a composition having 8 H + per molecule, it can exhibit a much higher catalytic activity than conventionally known heteropolyacids.

さらに、触媒の安定性も向上しており、分離回収後、再び触媒反応を行なうことができるとともに、熱的安定性にも優れており、600℃まで安定に存在することができる。   Furthermore, the stability of the catalyst is also improved, and after the separation and recovery, the catalytic reaction can be performed again, and the thermal stability is excellent, and the catalyst can exist stably up to 600 ° C.

また、本発明のヘテロポリ酸の製造方法によれば、上述したような優れた特性を有するヘテロポリ酸を効率よく製造することができる。   Moreover, according to the method for producing a heteropolyacid of the present invention, a heteropolyacid having the excellent characteristics as described above can be produced efficiently.

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

本発明のヘテロポリ酸は、一般式(1)で示されるものである。
8[P215TiO54(OH22]2・xH2O ・・・(1)
[式中xは1から100の整数である。]
The heteropolyacid of the present invention is represented by the general formula (1).
H 8 [P 2 W 15 TiO 54 (OH 2 ) 2 ] 2 xH 2 O (1)
[Wherein x is an integer of 1 to 100. ]

このような一般式(1)のヘテロポリ酸は、前駆体である一般式(2)または(3)のヘテロポリ酸塩から製造することができる。   Such a heteropolyacid of the general formula (1) can be produced from the heteropolyacid salt of the general formula (2) or (3) which is a precursor.

25[{P215Ti357.5(OH)34Cl]・xH2O ・・・(2)
[式中xは1から100の整数である。]
K 25 [{P 2 W 15 Ti 3 O 57.5 (OH) 3 } 4 Cl] · xH 2 O (2)
[Wherein x is an integer of 1 to 100. ]

Na12[P21556]・xH2O ・・・(3)
[式中xは1から100の整数である。]
Na 12 [P 2 W 15 O 56 ] xH 2 O (3)
[Wherein x is an integer of 1 to 100. ]

まず、一般式(2)のヘテロポリ酸塩を前駆体とする場合の製造方法について説明する。   First, the manufacturing method in the case of using the heteropolyacid salt of the general formula (2) as a precursor will be described.

まず、ビーカーなどの容器中で、一般式(2)のヘテロポリ酸塩を含む水溶液に硫酸を加え、水溶液を硫酸酸性とする。水溶液を硫酸酸性とした際に、一般式(2)のヘテロポリ酸塩のアニオン部分が一般式(1)のヘテロポリ酸のアニオン部分となる。加える硫酸の量に関しては特に限定されるものではないが、水溶液中のH+濃度が6mol/L以上となる量を加えることが好ましい。この濃度よりも硫酸濃度が低い場合、ヘテロポリ酸が後述するエーテル付加物を完全に生成せず目的物の収率を下げる原因になってしまう。 First, sulfuric acid is added to an aqueous solution containing the heteropolyacid salt of the general formula (2) in a container such as a beaker to make the aqueous solution acidic with sulfuric acid. When the aqueous solution is made acidic with sulfuric acid, the anion portion of the heteropolyacid salt of the general formula (2) becomes the anion portion of the heteropolyacid of the general formula (1). The amount of sulfuric acid to be added is not particularly limited, but it is preferable to add an amount so that the H + concentration in the aqueous solution is 6 mol / L or more. When the sulfuric acid concentration is lower than this concentration, the heteropolyacid does not completely produce the ether adduct described later, which causes a decrease in the yield of the target product.

次いで、分液ロート中でエーテルを加えて一般式(1)のヘテロポリ酸のエーテル付加物を生成させる。加えるエーテルの量については特に限定されるものではないが、ヘテロポリ酸塩を含む水溶液に対し、体積比で2倍以上加えることが好ましい。加えるエーテルの量が少ないと、ヘテロポリ酸がエーテル付加物を完全に生成せず目的物の収率を下げる原因になってしまう。なお、エーテルは作業性に支障を来たさないものであれば特に制限されることなく使用することができ、例えばジエチルエーテル等を使用することができる。   Next, ether is added in a separatory funnel to produce an ether adduct of the heteropolyacid of general formula (1). The amount of ether to be added is not particularly limited, but it is preferable to add two or more times by volume with respect to the aqueous solution containing the heteropolyacid salt. If the amount of ether to be added is small, the heteropolyacid does not completely form the ether adduct, which causes the yield of the target product to decrease. The ether can be used without particular limitation as long as it does not hinder the workability. For example, diethyl ether or the like can be used.

一般式(2)のヘテロポリ酸塩を含む水溶液に硫酸を加え硫酸酸性とする工程と、エーテルを加える工程とは、工程が前後しても構わない。   The step of adding sulfuric acid to an aqueous solution containing the heteropolyacid salt of the general formula (2) to make it acidic and the step of adding ether may be mixed in steps.

エーテル付加物が生成した段階では、分液ロート中でエーテル相、水相、エーテル付加物含有相の3相に分離している。エーテル付加物含有相は最下相であり、これを分離し、真空乾燥して、水と付加しているエーテルとを取り除くことにより、一般式(1)のヘテロポリ酸を製造することができる。   At the stage where the ether adduct is formed, it is separated into three phases of an ether phase, an aqueous phase and an ether adduct-containing phase in a separatory funnel. The ether adduct-containing phase is the lowermost phase, which is separated and dried under vacuum to remove water and the added ether, whereby the heteropolyacid of the general formula (1) can be produced.

次に、一般式(3)のヘテロポリ酸塩を前駆体とする場合の製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method in the case of using the heteropolyacid salt of the general formula (3) as a precursor will be described.

まず、ビーカーなどの容器中で、一般式(3)のヘテロポリ酸塩およびTi(SO42を含む水溶液に塩酸を加えて水溶液を塩酸酸性とする。水溶液を塩酸酸性とした際に、一般式(3)のヘテロポリ酸塩のアニオン部分が一般式(1)のヘテロポリ酸のアニオン部分となる。加える塩酸の量に関しては特に限定されるものではないが、水溶液中のH+濃度が4mol/L以上となる量を加えることが好ましい。この濃度よりも低い塩酸濃度で反応を行なった場合、ヘテロポリ酸がエーテル付加物を完全に生成せず目的物の収率を下げる原因になってしまう。 First, in a container such as a beaker, hydrochloric acid is added to an aqueous solution containing the heteropolyacid salt of the general formula (3) and Ti (SO 4 ) 2 to make the aqueous solution acidic. When the aqueous solution is acidified with hydrochloric acid, the anion portion of the heteropolyacid salt of the general formula (3) becomes the anion portion of the heteropolyacid of the general formula (1). The amount of hydrochloric acid to be added is not particularly limited, but it is preferable to add an amount such that the H + concentration in the aqueous solution is 4 mol / L or more. When the reaction is carried out at a hydrochloric acid concentration lower than this concentration, the heteropolyacid does not completely produce the ether adduct, causing a decrease in the yield of the target product.

次いで、エーテルを加えて一般式(1)のヘテロポリ酸のエーテル付加物を生成させる。加えるエーテルの量については特に限定されるものではないが、ヘテロポリ酸塩を含む水溶液に対し、体積比で1.5倍以上加えることが好ましい。加えるエーテルの量が少ないと、ヘテロポリ酸がエーテル付加物を完全に生成せず目的物の収率を下げる原因になってしまう。なお、エーテルは作業性に支障を来たさないものであれば特に制限されることなく使用することができ、例えばジエチルエーテル等を使用することができる。   Ether is then added to form an ether adduct of the heteropolyacid of general formula (1). The amount of ether to be added is not particularly limited, but it is preferable to add 1.5 times or more by volume ratio with respect to the aqueous solution containing the heteropolyacid salt. If the amount of ether to be added is small, the heteropolyacid does not completely form the ether adduct, which causes the yield of the target product to decrease. The ether can be used without particular limitation as long as it does not hinder the workability. For example, diethyl ether or the like can be used.

一般式(3)のヘテロポリ酸塩およびTi(SO42を含む水溶液に塩酸を加え塩酸酸性とする工程と、エーテルを加える工程とは、工程が前後しても構わない。 The step of adding hydrochloric acid to an aqueous solution containing the heteropolyacid salt of the general formula (3) and Ti (SO 4 ) 2 to make it acidic and the step of adding ether may be mixed in steps.

エーテル付加物が生成した段階では、分液ロート中でエーテル相、水相、エーテル付加物含有相の3相に分離している。エーテル付加物含有相は最下相であり、これを分離し、真空乾燥して、水と付加しているエーテルとを取り除くことにより、一般式(1)のヘテロポリ酸を製造することができる。   At the stage where the ether adduct is formed, it is separated into three phases of an ether phase, an aqueous phase and an ether adduct-containing phase in a separatory funnel. The ether adduct-containing phase is the lowermost phase, which is separated and dried under vacuum to remove water and the added ether, whereby the heteropolyacid of the general formula (1) can be produced.

これらへテロポリ酸の製造方法の最大の特徴は、特定の前駆体を用いていることから、従来行なわれてきたエーテル抽出法と異なり、フリーアシッド型のヘテロポリ酸の分子設計が可能な点である。さらに加えて従来の方法では、多くの不純物が混入していたが、本発明の方法では容易に単一種を得ることができる。   The greatest feature of these heteropolyacid production methods is that a specific precursor is used, so that unlike conventional ether extraction methods, molecular design of free acid heteropolyacids is possible. . In addition, in the conventional method, many impurities are mixed, but in the method of the present invention, a single species can be easily obtained.

一般式(2)、(3)で示されるヘテロポリ酸塩は、下記の文献(A)、(B)にしたがって製造することができる。
(A)Y.Sakai、K.Yoza、C.N.Kato and K.Nomiya,「Dalton trans」,イギリス,2003年,p.3581
(B)R.Contant、「Inorg.Synth.」、アメリカ、1990年、27号、p.104
The heteropolyacid salt represented by the general formulas (2) and (3) can be produced according to the following documents (A) and (B).
(A) Y. Sakai, K .; Yosa, C.I. N. Kato and K.K. Nomiya, “Dalton trans”, UK, 2003, p. 3581
(B) R.A. Contant, “Inorg. Synth.”, USA, 1990, 27, p. 104

本発明の酸触媒は、上記一般式(1)のヘテロポリ酸からなるものである。   The acid catalyst of the present invention is composed of the heteropolyacid of the general formula (1).

本発明の酸触媒は、ヘテロポリ酸が1分子あたりに8個のH+を有する組成になっているため、従来より知られているヘテロポリ酸よりもはるかに高い触媒活性を示すことができる。さらに、触媒の安定性も向上しており、分離回収後、再び触媒反応を行なうことができるとともに、熱的安定性にも優れており、600℃まで安定に存在することができる。 Since the acid catalyst of the present invention has a composition in which the heteropolyacid has 8 H + per molecule, it can exhibit a catalytic activity much higher than that of conventionally known heteropolyacids. Furthermore, the stability of the catalyst is also improved, and after the separation and recovery, the catalytic reaction can be performed again, and the thermal stability is excellent, and the catalyst can exist stably up to 600 ° C.

本発明の酸触媒を用いた触媒反応としては、各種化合物のエステル化反応、アルキル化反応、アシル化反応の他、アルケンの水和反応、アルケンの酸化反応などがあげられる。   Examples of the catalytic reaction using the acid catalyst of the present invention include esterification reaction, alkylation reaction, acylation reaction of various compounds, alkene hydration reaction, alkene oxidation reaction, and the like.

本発明の酸触媒は、反応後、ろ過、遠心分離等することにより回収することができる。   The acid catalyst of the present invention can be recovered by filtration, centrifugation or the like after the reaction.

[実施例1]
まず、上記文献(A)にしたがって、一般式(4)で示されるヘテロポリ酸塩を製造した。
[Example 1]
First, according to the above-mentioned document (A), a heteropolyacid salt represented by the general formula (4) was produced.

25[{P215Ti357.5(OH)34Cl]・55H2O ・・・(4) K 25 [{P 2 W 15 Ti 3 O 57.5 (OH) 3 } 4 Cl] · 55H 2 O (4)

次いで、得られた一般式(4)のヘテロポリ酸塩6gを、1mol/Lの塩酸でpHを2に調整した水溶液70mLに溶解させた。この無色透明水溶液に20mLの濃硫酸を氷浴中で加え、水溶液を硫酸酸性とした。   Next, 6 g of the obtained heteropolyacid salt of the general formula (4) was dissolved in 70 mL of an aqueous solution adjusted to pH 2 with 1 mol / L hydrochloric acid. To this colorless and transparent aqueous solution, 20 mL of concentrated sulfuric acid was added in an ice bath to make the aqueous solution acidic with sulfuric acid.

次いで、溶液が室温になった後に得られた淡黄色溶液を分液ロートに移し、そこに200mLのジエチルエーテルを加えた。分液ロートを激しく攪拌した後30分放置すると液が3相に分離した。最下相を取りだし20mLの純水を加えて約2mLまでロータリーエバポレーターで濃縮した。5℃の冷蔵庫に一晩放置すると淡黄色結晶が析出した。析出した結晶を回収し、真空乾燥を行ない、化合物1を1.5g得た。   Next, the pale yellow solution obtained after the solution reached room temperature was transferred to a separatory funnel, and 200 mL of diethyl ether was added thereto. When the separatory funnel was vigorously stirred and allowed to stand for 30 minutes, the liquid separated into three phases. The bottom phase was taken out, 20 mL of pure water was added, and the mixture was concentrated to about 2 mL with a rotary evaporator. When left in a refrigerator at 5 ° C. overnight, pale yellow crystals were precipitated. The precipitated crystals were collected and vacuum dried to obtain 1.5 g of Compound 1.

得られた化合物1について、全元素分析を行った結果を以下に示す。   With respect to the obtained compound 1, the results of the total elemental analysis are shown below.

<全元素分析>
Found:H,0.37;P,1.62;W,71.6;Ti,1.34;O,25.0;K,0.04;S,<0.2;Cl,<0.1;total 100.09%
<Total element analysis>
Found: H, 0.37; P, 1.62; W, 71.6; Ti, 1.34; O, 25.0; K, 0.04; S, <0.2; Cl, <0. 1; total 100.09%

ヘテロポリ酸の構造を、H8[P215TiO54(OH22]2・7H2Oと仮定すると、元素割合は以下のように計算される。 Assuming that the structure of the heteropolyacid is H 8 [P 2 W 15 TiO 54 (OH 2 ) 2 ] 2 · 7H 2 O, the element ratio is calculated as follows.

Calc.for H8[P215TiO54(OH22]2・7H2O:H,0.39;P,1.61;W,71.93;Ti,1.25;O,24.81;K,0;S,0;Cl,0% Calc. for H 8 [P 2 W 15 TiO 54 (OH 2 ) 2 ] 2 · 7H 2 O: H, 0.39; P, 1.61; W, 71.93; Ti, 1.25; O, 24. 81; K, 0; S, 0; Cl, 0%

この結果から、化合物1は、一般式(1)で示されるヘテロポリ酸である、H8[P215TiO54(OH22]2・7H2Oであると判断される。このようにして得られた実施例1のヘテロポリ酸の収率は54%であった。 From this result, it is determined that Compound 1 is H 8 [P 2 W 15 TiO 54 (OH 2 ) 2 ] 2 · 7H 2 O, which is a heteropolyacid represented by the general formula (1). The yield of the heteropolyacid of Example 1 obtained in this way was 54%.

また、実施例1で得られたヘテロポリ酸について、IRおよびNMRの測定を行った。結果を以下に示す。   Further, IR and NMR measurements were performed on the heteropolyacid obtained in Example 1. The results are shown below.

<IR(KBr)>
1091s、963vs、919s、844s、772s、br、685s、531m、426w cm−1
<IR (KBr)>
1091 s, 963 vs, 919 s, 844 s, 772 s, br, 685 s, 531 m, 426 w cm −1

31P NMR>
(26.0℃、D2O):δ−6.43、−12.8 ppm
<31 P NMR>
(26.0 ° C., D 2 O): δ-6.43, −12.8 ppm

183W NMR>
(24.2℃、D2O):δ−113.7(1W),−148.1(2W),−176.0(2W),−181.4(2W),−186.1(2W),−195.6(4W)、−223.1(2W) ppm
< 183 W NMR>
(24.2 ° C., D 2 O): δ-113.7 (1 W), -148.1 (2 W), -176.0 (2 W), -181.4 (2 W), -186.1 (2 W ), -195.6 (4 W), -223.1 (2 W) ppm

以上のIRおよびNMRの測定結果から、実施例1のヘテロポリ酸であるH8[P215TiO54(OH22]2・7H2Oは、ポリ酸構造を保つ単一種として得られたことが確認された。 From the above IR and NMR measurement results, the heteropolyacid H 8 [P 2 W 15 TiO 54 (OH 2 ) 2 ] 2 · 7H 2 O of Example 1 is obtained as a single species that maintains the polyacid structure. It was confirmed that

[実施例2]
まず、上記文献(B)にしたがって、一般式(5)で示されるヘテロポリ酸塩を製造した。
[Example 2]
First, according to the said literature (B), the heteropolyacid salt shown by General formula (5) was manufactured.

Na12[P21556]・21H2O ・・・(5) Na 12 [P 2 W 15 O 56 ] · 21H 2 O (5)

次いで、2.2gのTi(SO42・4H2Oを20mLの純水に溶解し、さらに60mLの純水を加えた。そこに6mol/Lの塩酸を2.8mL加え、得られた一般式(5)のヘテロポリ酸塩10gを10分以上かけて加えた。得られた淡黄色水溶液を30分攪拌後、80mLの12mol/Lの塩酸を加え、水溶液を塩酸酸性とした。 Next, 2.2 g of Ti (SO 4 ) 2 .4H 2 O was dissolved in 20 mL of pure water, and 60 mL of pure water was further added. Thereto was added 2.8 mL of 6 mol / L hydrochloric acid, and 10 g of the obtained heteropolyacid salt of the general formula (5) was added over 10 minutes. The resulting pale yellow aqueous solution was stirred for 30 minutes, and then 80 mL of 12 mol / L hydrochloric acid was added to make the aqueous solution acidic with hydrochloric acid.

次いで、水溶液を分液ロートに移し300mLのジエチルエーテルを加えて激しく攪拌後30分間静置すると、液が3相に分離した。最下相の黄色物を分離して23mLの純水に溶解させた。この溶液をロータリーエバポレーターを用いて約5mLまで濃縮させた後、5℃の冷蔵庫に一晩放置すると淡黄色結晶が析出した。析出した結晶を回収し、真空乾燥を行い、化合物2を1.9g得た。   Next, the aqueous solution was transferred to a separatory funnel, 300 mL of diethyl ether was added, and after vigorous stirring, the solution was allowed to stand for 30 minutes. The liquid separated into three phases. The yellow substance in the lowermost phase was separated and dissolved in 23 mL of pure water. This solution was concentrated to about 5 mL using a rotary evaporator, and then left in a refrigerator at 5 ° C. overnight to deposit pale yellow crystals. The precipitated crystals were collected and vacuum dried to obtain 1.9 g of Compound 2.

得られた化合物2について、全元素分析を行った結果を以下に示す。   The results of total elemental analysis of the obtained compound 2 are shown below.

<全元素分析>
Found:H,0.36;P,1.60;W,69.2;Ti,1.39;O,24.6;Na<0.05;97.2%
<Total element analysis>
Found: H, 0.36; P, 1.60; W, 69.2; Ti, 1.39; O, 24.6; Na <0.05; 97.2%

ヘテロポリ酸の構造を、H8[P215TiO54(OH22]2・2H2Oと仮定すると、元素割合は以下のように計算される。 Assuming that the structure of the heteropolyacid is H 8 [P 2 W 15 TiO 54 (OH 2 ) 2 ] 2 .2H 2 O, the element ratio is calculated as follows.

Calc.for H8[P215TiO54(OH22]2・2H2O:H,0.27;P,1.63;W,72.77;Ti,1.26;O,24.06;Na,0% Calc. for H 8 [P 2 W 15 TiO 54 (OH 2 ) 2 ] 2 · 2H 2 O: H, 0.27; P, 1.63; W, 72.77; Ti, 1.26; O, 24. 06; Na, 0%

この結果から、化合物2は、一般式(1)で示されるヘテロポリ酸である、H8[P215TiO54(OH22]2・2H2Oであると判断される。このようにして得られた実施例2のヘテロポリ酸の収率は10.1%であった。 From this result, it is judged that Compound 2 is H 8 [P 2 W 15 TiO 54 (OH 2 ) 2 ] 2 .2H 2 O, which is a heteropolyacid represented by the general formula (1). The yield of the heteropolyacid of Example 2 obtained in this way was 10.1%.

また、実施例2で得られたヘテロポリ酸について、IRおよびNMRの測定を行った。結果を以下に示す。   The heteropolyacid obtained in Example 2 was subjected to IR and NMR measurements. The results are shown below.

<IR(KBr)>
1091s、960vs、918s、845s、775s、br、684s、532m、421w cm-1
<IR (KBr)>
1091s, 960vs, 918s, 845s, 775s, br, 684s, 532m, 421w cm -1

31P NMR>
(25.0℃、D2O):δ−6.44、−12.8 ppm
<31 P NMR>
(25.0 ° C., D 2 O): δ-6.44, −12.8 ppm

183W NMR>
(25.0℃、D2O):δ−113.9(1W),−148.3(2W),−176.1(2W),−181.6(2W),−195.6(2W),−195.7(2W),−223.3(2W) ppm
< 183 W NMR>
(25.0 ° C., D 2 O): δ-113.9 (1 W), -148.3 (2 W), −176.1 (2 W), −181.6 (2 W), −195.6 (2 W ), -195.7 (2W), -223.3 (2W) ppm

以上のIRおよびNMRの測定結果から、実施例2のヘテロポリ酸であるH8[P215TiO54(OH22]2・2H2Oは、ポリ酸構造を保つ単一種として得られたことが確認された。 From the above IR and NMR measurement results, H 8 [P 2 W 15 TiO 54 (OH 2 ) 2 ] 2 .2H 2 O, which is the heteropolyacid of Example 2, was obtained as a single species maintaining the polyacid structure. It was confirmed that

[比較例1]
比較例1のヘテロポリ酸として、H3[PW1240]・12H2Oを準備した。
[Comparative Example 1]
As the heteropolyacid of Comparative Example 1, H 3 [PW 12 O 40 ] · 12H 2 O was prepared.

実施例1、2および比較例1のヘテロポリ酸を、下記のようにシクロヘキセンの水和反応の酸触媒として用い、触媒活性の評価を行った。結果を表1に示す。表中の数値は、TONである。TONは触媒活性を示す指標であり、TON=反応生成物(mol)/触媒量(mol)で計算される。TONが高いほど触媒としての活性が高いことを示す。   The heteropolyacids of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were used as acid catalysts for cyclohexene hydration as described below, and the catalytic activity was evaluated. The results are shown in Table 1. The numerical value in the table is TON. TON is an index indicating catalytic activity, and is calculated by TON = reaction product (mol) / catalyst amount (mol). The higher the TON, the higher the activity as a catalyst.

<触媒活性の評価>
シュレンク管に反応基質のシクロヘキセン29.6mmolを計り取り、そこに実施例1、実施例2、比較例1から選ばれるヘテロポリ酸を38.4μmol加えた。反応容器を60℃になるように調温して、シュレンク管内部をArガスで置換してから反応を追跡し、3時間後と24時間後のTONを評価した。反応生成物はガスクロマトグラフィーによって確認を行った。反応生成物はシクロヘキサノールのみであった。
<Evaluation of catalytic activity>
In the Schlenk tube, 29.6 mmol of the reaction substrate cyclohexene was weighed, and 38.4 μmol of the heteropolyacid selected from Example 1, Example 2, and Comparative Example 1 was added thereto. The temperature of the reaction vessel was adjusted to 60 ° C., and the reaction was followed after replacing the Schlenk tube with Ar gas, and TON was evaluated after 3 and 24 hours. The reaction product was confirmed by gas chromatography. The reaction product was only cyclohexanol.

Figure 0004911994
Figure 0004911994

表1の結果から明らかなように、実施例1、2ではシクロヘキサノールが生成しているのに対し、比較例1ではほとんど生成していないことがわかる。   As is clear from the results in Table 1, it can be seen that cyclohexanol was produced in Examples 1 and 2, whereas almost no formation was produced in Comparative Example 1.

また、実施例1、2のヘテロポリ酸は、ろ過することにより回収することができ、触媒として再利用することができるものであった。   Moreover, the heteropolyacids of Examples 1 and 2 could be recovered by filtration and could be reused as a catalyst.

以上の結果より、実施例1、2のヘテロポリ酸は、酸触媒として有用であることがわかった。また、実施例1、2のヘテロポリ酸の製造方法によれば、触媒活性に優れるヘテロポリ酸を効率よく製造することができた。   From the above results, it was found that the heteropolyacids of Examples 1 and 2 are useful as acid catalysts. Moreover, according to the manufacturing method of the heteropolyacid of Example 1, 2, the heteropolyacid excellent in catalyst activity was able to be manufactured efficiently.

Claims (4)

一般式(1)で示されるヘテロポリ酸。
8[P215TiO54(OH22]2・xH2O ・・・(1)
[式中xは1から100の整数である。]
A heteropolyacid represented by the general formula (1).
H 8 [P 2 W 15 TiO 54 (OH 2 ) 2 ] 2 xH 2 O (1)
[Wherein x is an integer of 1 to 100. ]
請求項1記載のヘテロポリ酸からなる酸触媒。   An acid catalyst comprising the heteropolyacid according to claim 1. 下記(A)、(B)の工程を含む処理により請求項1記載のヘテロポリ酸のエーテル付加物を生成させた後、前記エーテル付加物からエーテルを除去する請求項1記載のヘテロポリ酸の製造方法。
(A)一般式(2)で示されるヘテロポリ酸塩の水溶液を硫酸酸性とする工程
(B)一般式(2)で示されるヘテロポリ酸塩の水溶液にエーテルを加える工程
25[{P215Ti357.5(OH)34Cl]・xH2O ・・・(2)
[式中xは1から100の整数である。]
The method for producing a heteropolyacid according to claim 1, wherein the ether adduct of the heteropolyacid according to claim 1 is produced by a treatment including the following steps (A) and (B), and then the ether is removed from the ether adduct. .
(A) Step of making aqueous solution of heteropolyacid salt represented by general formula (2) acidic with sulfuric acid (B) Step of adding ether to aqueous solution of heteropolyacid salt represented by general formula (2) K 25 [{P 2 W 15 Ti 3 O 57.5 (OH) 3 } 4 Cl] · xH 2 O (2)
[Wherein x is an integer of 1 to 100. ]
下記(C)、(D)の工程を含む処理により請求項1記載のヘテロポリ酸のエーテル付加物を生成させた後、前記エーテル付加物からエーテルを除去する請求項1記載のヘテロポリ酸の製造方法。
(C)一般式(3)で示されるヘテロポリ酸塩およびTi(SO42を含む水溶液を塩酸酸性とする工程
(D)一般式(3)で示されるヘテロポリ酸塩およびTi(SO42を含む水溶液にエーテルを加える工程
Na12[P21556]・xH2O ・・・(3)
[式中xは1から100の整数である。]
The method for producing a heteropolyacid according to claim 1, wherein the ether adduct of the heteropolyacid according to claim 1 is produced by a treatment including the following steps (C) and (D), and then the ether is removed from the ether adduct. .
(C) Step of making aqueous solution containing heteropoly acid salt represented by general formula (3) and Ti (SO 4 ) 2 acidic with hydrochloric acid (D) Heteropoly acid salt represented by general formula (3) and Ti (SO 4 ) Step of adding ether to an aqueous solution containing 2 Na 12 [P 2 W 15 O 56 ] · xH 2 O (3)
[Wherein x is an integer of 1 to 100. ]
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