JPWO2011158918A1 - 多核金属化合物 - Google Patents

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Abstract

特異で、高い触媒特性を有し、また、新しい機能性材料等として有望な新規な多核金属化合物を提供する。欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位を少なくとも1つ有する多核金属化合物であって、該ヘテロポリオキソメタレート化合物は、ヘテロ原子に対してポリ原子が酸素原子を介して配位した構造を有し、該多核金属化合物は、一欠損構造部位、二欠損構造部位及び三欠損構造部位からなる群より選択される少なくとも1つの欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位を有し、ヘテロ原子及びポリ原子とは異なる金属原子を含み、該一欠損又は二欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物は、P、Si、Ge及びZnからなる群より選択される少なくとも1種のヘテロ原子を含み、該三欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物は、P、Si及びGeからなる群より選択される少なくとも1種のヘテロ原子を含み、該金属原子は、Y、Nb、Cr、Mn、Re、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、Ga、Cd及びInからなる群より選択される少なくとも1種の原子であることを特徴とする多核金属化合物。

Description

本発明は、多核金属化合物に関する。より詳しくは、金属原子と酸素原子とが特定の配置となるよう配位した構造を有する新規な多核金属化合物に関する。
金属原子と酸素原子とが配位した構造を有する多核金属化合物は、金属原子の種類やその配位状態によって異なる特性を有し、様々な用途への使用が期待されている。中でも、ヘテロ原子を中心とし、ポリ原子がヘテロ原子に酸素を介して配位した構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造を1つ以上有する多核金属化合物には、酸化反応や酸塩基反応等の有機反応用触媒として使用できることが知られているものがある。
ヘテロポリオキソメタレート化合物においては、特に、ケギン型へテロポリオキソメタレートの構造中にあるべき原子が2つ欠けている欠損構造を有し、その欠損部位に1種類以上の金属元素を2個含有するもの、すなわちポリ原子が1種類以上の他の金属元素により2つ置換された二置換型ヘテロポリオキソメタレートが、一置換型へテロポリオキソメタレートや三置換型へテロポリオキソメタレートに比較して特異な酸化触媒活性を示すことが知られている(非特許文献1参照)。ヘテロ元素がケイ素であるヘテロポリオキソメタレートの二欠損構造部位にTiを導入した二置換型ポリオキソメタレートについては、該化合物が二欠損型ポリオキソメタレートに2個のTiが2個の酸素原子を介して二量化した構造を有していることがX線結晶構造解析により明らかにされている(非特許文献2参照)。
また、二欠損型及び/又は三欠損構造部位を有するヘテロポリオキソメタレートアニオンと、バナジウム、タンタル、ニオブ、アンチモン、ビスマス、クロム、モリブデン、セレン、テルル、レニウム、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、白金、イリジウム、銀、金、亜鉛、アルミニウム、ガリウム、インジウム、スカンジウム、イットリウム、チタニウム、ジルコニウム、ハフニウム、ゲルマニウム、スズおよびランタノイドからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む触媒により、エチレン性二重結合を酸化剤により酸化させて、目的のエポキシ化合物を得ることができることが開示されている(特許文献1参照)。その他、二欠損型ポリオキソメタレートに、希土類、4族、5族、6族、7族、および9、10族のニッケル、パラジウム、イリジウム、白金からなる群から選ばれた元素を欠損部位に導入し、エチレン性二重結合を酸素により酸化させて、目的のエポキシ化合物を得ることができることが開示されている(特許文献2参照)。
しかしながら、更に高い触媒特性や特異な触媒特性を有するヘテロポリオキソメタレート化合物、及び、新しい機能性材料等として期待されるヘテロポリオキソメタレート化合物の開発が望まれている。
国際公開第02/072257号公報 特開2003−64007号公報
Y.Nishiyama、Y.Nakagawa、N.Mizuno、「アンゲバンテ ヘミー インターナショナル エディション(Angew.Chem.Int.Ed.)」(独国)、2001年、第40巻、p.3639。 Y.Goto、K.Kamata、K.Yamaguchi、K.Uehara、S.Hikichi、N.Mizuno、「インオーガニック ケミストリー(Inorg.Chem.)」(米国)、2006年、第45巻、p.2347。
上記のように、様々な構造のヘテロポリオキソメタレート化合物が知られており、その中には、多核構造を有するものも含まれている。更にその中には、触媒活性を示すことが確認されているものもある。このような多核金属化合物は、その構造に起因して様々な特性を発揮することが期待されており、新しい機能性材料等として有望な化合物であるため、更に新たな構造を有する多核金属化合物の開発が求められている。
本発明は上記現状に鑑みてなされたものであり、特異で、高い触媒特性を有し、また、新しい機能性材料等として有望な新規な多核金属化合物を提供することを目的とするものである。
本発明者は、ヘテロ原子に対してポリ原子が酸素原子を介して配位した構造を有する欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位を少なくとも1つ含む多核金属化合物について検討し、複数の新たな多核金属化合物を見出した。これらの化合物は、いずれも、一欠損構造部位、二欠損構造部位及び三欠損構造部位からなる群より選択される少なくとも1つの欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位を有するとともに、特定の元素のヘテロ原子、並びに、ヘテロ原子及びポリ原子とは異なる金属原子であって特定の元素のものを有することを特徴とする多核金属化合物である。このような構造的特徴を有する多核金属化合物はこれまでに知られておらず、本発明において初めて見出された新規な構造を有する多核金属化合物である。
そして、このような構造的特徴に有する多核金属化合物が、高い酸化触媒活性を示すこと、また、新しい機能性材料等として有望な化合物であることを見出し、本発明に到達したものである。
すなわち本発明は、欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位を少なくとも1つ有する多核金属化合物であって、上記ヘテロポリオキソメタレート化合物は、ヘテロ原子に対してポリ原子が酸素原子を介して配位した構造を有し、上記多核金属化合物は、一欠損構造部位、二欠損構造部位及び三欠損構造部位からなる群より選択される少なくとも1つの欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位を有し、ヘテロ原子及びポリ原子とは異なる金属原子を含み、上記一欠損又は二欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物は、P、Si、Ge及びZnからなる群より選択される少なくとも1種のヘテロ原子を含み、上記三欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物は、P、Si及びGeからなる群より選択される少なくとも1種のヘテロ原子を含み、上記金属原子は、Y、Nb、Cr、Mn、Re、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、Ga、Cd及びInからなる群より選択される少なくとも1種の原子であることを特徴とする多核金属化合物である。
以下に本発明を詳述する。なお、以下において段落に分けて記載される本発明の好ましい形態の2つ又は3つ以上を組み合わせたものも本発明の好ましい形態である。
本発明の多核金属化合物は、ヘテロ原子に対してポリ原子が酸素原子を介して配位した構造を有する欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位を少なくとも1つ含む多核金属化合物である。欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位は、欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物に由来するものである限り、欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物の構造をそのまま保持しているものであってもよく、欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物の構造が変化したものであってもよい。また、欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位の数は、1つ以上であれば、特に制限されないが、欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位を2つ以上有することは本発明の好適な実施形態の1つである。
なお、上記欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位とは、欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物の構造の一部であって、ヘテロ原子、ポリ原子及び酸素原子によって構成される構造部位である。
上記欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物は、一欠損構造部位、二欠損構造部位及び三欠損構造部位からなる群より選択される少なくとも1つの欠損構造部位を有するものである。本発明の多核金属化合物は、欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位を少なくとも1つ有するが、2つ以上有する場合、これら複数の欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位は、ポリ原子の欠損数が同じものであってもよく、異なるものであってもよいが、ポリ原子の欠損数が同じものであることが好ましい。
上記欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物のうち、一欠損又は二欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物は、P、Si、Ge及びZnからなる群より選択される少なくとも1種のヘテロ原子を含み、三欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物は、P、Si及びGeからなる群より選択される少なくとも1種のヘテロ原子を含むものである。
一欠損又は二欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位のうち、本発明の多核金属化合物が有する構造部位としてより好ましいのは、二欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位である。また、一欠損又は二欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位が有するヘテロ原子としては、P、Si及びGeからなる群より選択される少なくとも1種の原子が好ましい。
本発明の多核金属化合物は、ヘテロ原子及びポリ原子とは異なる金属原子として、Y、Nb、Cr、Mn、Re、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、Ga、Cd及びInからなる群より選択される少なくとも1種の原子を有するものである。
本発明の多核金属化合物が、一欠損又は二欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位を有する場合、ヘテロ原子及びポリ原子とは異なる金属原子としては、Y、Nb、Cr、Mn、Re、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、Ga、Cd及びInからなる群より選択される少なくとも1種の原子が好ましい。より好ましくは、Y、Mn、Re、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、Ga、Cd及びInからなる群より選択される少なくとも1種の原子である。更に好ましくは、Y、Mn、Re、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al及びCdである。
本発明の多核金属化合物が、三欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位を有する場合、ヘテロ原子及びポリ原子とは異なる金属原子としては、Y、Nb、Cr、Mn、Re、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、Ga、Cd及びInからなる群より選択される少なくとも1種の原子が好ましい。より好ましくは、Y、Cr、Re、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Ag、Au、Zn、Al、Ga、Cd及びInからなる群より選択される少なくとも1種の原子である。更に好ましくは、Cr、Re、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Ag、Au及びAlからなる群より選択される少なくとも1種の原子である。
上記本発明の多核金属化合物の好ましい形態を2つ以上組み合わせたものもまた、本発明の多核金属化合物の好ましい形態である。
すなわち、二欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位を有し、上記二欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物は、P、Si及びGeからなる群より選択される少なくとも1種のヘテロ原子を含み、上記ヘテロ原子及びポリ原子とは異なる金属原子は、Y、Nb、Cr、Mn、Re、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、Ga、Cd及びInからなる群より選択される少なくとも1種の原子である多核金属化合物は、本発明の多核金属化合物の好ましい形態の1つである。
更に、二欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位を有し、上記二欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物は、P、Si及びGeからなる群より選択される少なくとも1種のヘテロ原子を含み、上記ヘテロ原子及びポリ原子とは異なる金属原子は、Y、Mn、Re、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、Ga、Cd及びInからなる群より選択される少なくとも1種の原子である多核金属化合物は、本発明の多核金属化合物の更に好ましい形態の1つである。
また、三欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位を有し、上記三欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物は、P、Si及びGeからなる群より選択される少なくとも1種のヘテロ原子を含み、上記ヘテロ原子及びポリ原子とは異なる金属原子は、Y、Nb、Cr、Mn、Re、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、Ga、Cd及びInからなる群より選択される少なくとも1種の原子である多核金属化合物もまた、本発明の多核金属化合物の好ましい形態の1つである。
更に、三欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位を有し、該三欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物は、P、Si及びGeからなる群より選択される少なくとも1種のヘテロ原子を含み、上記ヘテロ原子及びポリ原子とは異なる金属原子は、Y、Cr、Re、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Ag、Au、Zn、Al、Ga、Cd及びInからなる群より選択される少なくとも1種の原子である多核金属化合物もまた、本発明の多核金属化合物の更に好ましい形態の1つである。
本発明の多核金属化合物において、ポリ原子としては、周期律表第5及び6族の元素の群より選択される少なくとも1種の原子であることが好ましい。周期律表第5及び6族の元素としては、V、Nb、Ta、Cr、Mo、Wが挙げられる。これらの中でも、V、Mo、Wからなる群より選択される少なくとも1種の原子がより好ましい。
本発明の多核金属化合物は、上記金属原子のうち少なくとも1つが、1つのヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位当たり1つのポリ原子とのみ1つの酸素原子を介して配位した構造(以下、構造aと記載)、上記金属原子のうち少なくとも1つに、ヘテロ原子及びポリ原子のいずれにも配位していない酸素原子が少なくとも2つ配位し、かつ、少なくとも1つの酸素原子が同一元素の2つの金属原子に配位し、更に、いずれの2つの金属原子間にも、1つの酸素原子を介して2つの金属原子が配位した構造は2つ以下である構造(以下、構造bと記載)、上記金属原子同士が少なくとも2つの他の原子を介してのみ配位している構造(以下、構造cと記載)、4つの上記金属原子が互いに少なくとも2つの他の金属原子と直接結合した構造(以下、構造dと記載)及び、上記金属原子のうち少なくとも1つが、1つのポリ原子とのみ1つの酸素原子を介して配位し、かつ、金属原子に配位した酸素原子のうち少なくとも2つが、金属原子以外の少なくとも1つの他の原子に配位した構造(以下、構造eと記載)から選択される少なくとも1つの構造を有するものであることが好ましい。なお、ここでいう金属原子とは、上記ヘテロ原子及びポリ原子とは異なる金属原子のことである。
上記構造aは、多核金属化合物を構成するヘテロ原子及びポリ原子とは異なる金属原子の中に、ヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位との間に、(金属原子−酸素原子−ヘテロ原子)の配位結合を、1つのヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位当たり1つだけ有する金属原子が存在する構造である。
上記構造b中、「少なくとも1つの酸素原子が同一元素の2つの金属原子に配位し、」とは、M−O−M(Mは、ヘテロ原子及びポリ原子とは異なる同一元素の金属原子を表す。)で表される構造が多核金属化合物中に少なくとも1つ存在することを意味する。また、「更に、いずれの2つの金属原子間にも、1つの酸素原子を介して2つの金属原子が配位した構造は2つ以下である構造」とは、多核金属化合物中に存在する、どの2つのヘテロ原子及びポリ原子とは異なる金属原子間にも、M−O−M(Mは、同一又は異なって、ヘテロ原子及びポリ原子とは異なる金属原子を表す。)で表される構造が、3つ以上存在しない構造を意味する。
上記構造cは、ヘテロ原子及びポリ原子とは異なる金属原子同士が直接に、又は、酸素原子等の1つの原子のみを介して配位した構造が存在しないものである。
上記構造dは、下記一般式(1);
(式中、Mは、同一又は異なって、ヘテロ原子及びポリ原子とは異なる金属原子を表す。)で表される構造を有するものである。なお、上記一般式(1)で表される構造を構成する金属原子Mには、更に他の金属原子が結合していてもよい。
上記構造eにおいて、「金属原子のうち少なくとも1つが、1つのポリ原子とのみ1つの酸素原子を介して配位し、」とは、ヘテロ原子及びポリ原子とは異なる金属原子の中に、(金属原子−酸素原子−ポリ原子)の結合を1つだけ有するものが少なくとも1つ存在することを意味する。また、「金属原子に配位した酸素原子のうち少なくとも2つが、金属原子以外の少なくとも1つの他の原子に配位した構造」について、ヘテロ原子及びポリ原子とは異なる金属原子以外の少なくとも1つの他の原子に配位した酸素原子(以下、O原子と表す。)は2つ以上あるが、2つ以上のO原子が同一の金属原子に配位していてもよく、全てのO原子がそれぞれ別の金属原子に配位していてもよい。また、O原子は、(金属原子−酸素原子−ポリ原子)の結合を有する金属原子に配位していてもよく、その他のヘテロ原子及びポリ原子とは異なる金属原子に配位していてもよい。より好ましくは、O原子が(金属原子−酸素原子−ポリ原子)の結合を有する金属原子に配位していることである。すなわち、多核金属化合物中に(O原子−金属原子−酸素原子−ポリ原子)の結合を有することが好ましく、この結合を2つ以上有することがより好ましい。
上記多核金属化合物は、上記構造a〜eのうち少なくとも1つを含んでいることが好ましいが、これらのうち2つを含んでいてもよく、3つ以上を含んでいてもよい。
なお、以下において、本発明の多核金属化合物において、少なくとも2つのヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位の間に存在し、これらの構造部位を結合している部分を多核構造部位と記載する。
上記多核金属化合物には、種々の構造のものが含まれ、その中には、金属原子と酸素原子とが配位した構造を有する多核金属化合物であって、多核構造部位として、上記化合物中の酸素原子のうち少なくとも2つが、それぞれ3つの金属原子(a)に配位しており、3つの金属原子(a)に配位した上記酸素原子のうちの2つと、金属原子(a)とによって形成される構造であって、2つの酸素原子の一方の酸素原子が、他方の酸素原子が配位している3つの金属原子(a)のうちの2つの金属原子(a)と配位した構造を少なくとも1つ有する多核金属化合物(以下、構造部位I含有化合物とも記載する)が含まれる。すなわち、多核構造部位として、下記一般式(2);
(式中、Mは、同一又は異なって金属原子(a)を表し、Oは、酸素原子を表す。直線は、配位結合を表している。)で表される構造を少なくとも1つ有するものである。ここで、一般式(2)中、Mで表される金属原子(a)は、上述したヘテロ原子又はポリ原子と同一であっても異なっていてもよいが、少なくとも1つは、ヘテロ原子及びポリ原子と異なる金属原子であり、2つ以上がヘテロ原子及びポリ原子と異なる金属原子であることが好ましく、3つ以上がヘテロ原子及びポリ原子と異なる金属原子であることがより好ましく、4つ全てがヘテロ原子及びポリ原子と異なる金属原子であることが最も好ましい。
更に金属原子(a)は、酸素原子及び/又は他の原子と配位結合及び/又は結合していてもよく、結合する原子種、結合の数、その結合の種類は、特に限定されないが、結合する原子種は酸素原子であり、かつ、その結合の種類は配位結合であることが好ましい。
なお、本発明の多核金属化合物が、上述のような構造を少なくとも1つ有している場合、それ以外の構造については、特に限定されない。
上記構造部位I含有化合物は、更に金属原子(a)とは異なる金属原子(b)を含んでいてもよい。上記金属原子(b)についても、上記金属原子(a)同様、単一の原子種からなっていてもよいし、複数種類の原子種を含んでいてもよい。
また、本発明の多核金属化合物の中には、以下のような構造的特徴を有するものも含まれる。
金属原子(a)と酸素原子とが配位した構造を有する多核金属化合物であって、該多核金属化合物は、更に金属原子(a)とは異なる金属原子(b)を含み、該金属原子同士は、互いに1つ又は複数の金属原子と少なくとも1つ以上の酸素原子を介して配位し、該化合物中の金属原子(a)のうち少なくとも1つ以上が、1つの金属原子(b)とのみ1つの酸素原子を介して配位した構造を有する(以下、構造部位II含有化合物とも記載する)。
この多核金属化合物は、該多核金属化合物中において、金属原子同士が、互いに1つ又は複数の金属原子と少なくとも1つ以上の酸素原子を介して配位しているが、金属原子(a)のうち少なくとも1つは、1つの酸素原子を介して1つの金属原子(b)とのみ配位した構造を有しているものである。該1つの酸素原子を介して1つの金属原子(b)とのみ配位した構造を有している金属原子(a)は、1つの金属原子(b)とのみ1つの酸素原子を介して配位した構造を有するものである限り、金属原子(b)以外のいずれの原子と少なくとも1つ以上の酸素原子を介して配位していてもよく、また、配位している数も特に制限されない。
上記多核金属化合物は、金属原子(a)、金属原子(b)及び酸素原子を有する限り、その他の原子を有していてもよい。また、上記金属原子(a)及び金属原子(b)はそれぞれ、単一の原子種からなっていてもよいし、複数種類の原子種を含んでいてもよい。
ここで、金属原子(a)は、上記一般式(2)における金属原子(a)と同様であり、金属原子(b)は、ヘテロ原子又はポリ原子である。
上記金属原子(a)が、ヘテロ原子及びポリ原子と異なる金属原子である場合、Y、Nb、Cr、Mn、Re、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、Ga、Cd及びInからなる群より選択される少なくとも1種の原子である。ヘテロ原子及びポリ原子と異なる金属原子として好ましいものは、上述したものと同様である。
上記金属原子(b)は、周期律表第5、6、14、15及び16族の元素の群から選択される少なくとも1種以上の原子であることが好ましい。周期律表第5、6、14、15及び16族の元素としては、V、Nb、Ta、Mo、W、Si、Ge、Sn、P、Pb、As、Sb、Bi、S、Se、Teのいずれかが好ましい。これらの中でも、より好ましくは、V、Mo、W、Si、Ge、P、Sからなる群より選択される少なくとも1種以上の原子である。
本発明の多核金属化合物は、ポリ原子が酸素原子を介して配位したポリオキソメタレート(イソポリオキソメタレート)や、ヘテロ原子に対してポリ原子が酸素原子を介して配位した構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物であり、欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレートアニオン(A)の欠損構造部位に、上記ヘテロ原子及びポリ原子とは異なる金属原子が元素(B)として導入された構造を有するものである。
本発明の多核金属化合物が上記構造部位I含有化合物や構造部位II含有化合物である場合、ヘテロ原子及びポリ原子は、上記金属原子(b)であり、上記ヘテロポリオキソメタレート化合物は、ヘテロ原子、ポリ原子が上記のいずれかの元素である欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレートアニオン(A)の欠損構造部位に、上記金属原子(a)が元素(B)として導入されたヘテロポリオキソメタレート化合物であることが好ましい。
上記ヘテロポリオキソメタレート化合物においては、元素(B)がヘテロポリオキソメタレートアニオン(A)の欠損構造部位に導入されることになる。欠損構造部位に導入されるとは、元素(B)が欠損構造部位に組み込まれる形態、すなわち、あるべきポリ原子が元素(B)により置換された形態であってもよいし、特に元素(B)のイオン半径が大きい場合には、欠損構造部位に元素(B)が組み込まれることなく、配位した形態であってもよい。好ましくは、元素(B)が欠損構造部位に組み込まれる形態である。
なお、上記ヘテロポリオキソメタレートアニオン(A)は、一欠損型、二欠損型、三欠損型からなる群より選択される少なくとも1つの欠損構造部位を有するものである。これらの欠損構造とヘテロ原子、ポリ原子、並びに、ヘテロ原子及びポリ原子とは異なる金属原子との好ましい組み合わせは上述したとおりである。
本発明の多核金属化合物としては、これらの中でも二欠損型構造を有するものが好ましい。
上記ヘテロポリオキソメタレート化合物は、ケギン型、ドーソン型等特に限定はされないが、ケギン型ヘテロポリオキソメタレート化合物であることが好ましい。
また、元素(B)の配置としては、元素(B)が互いに隣接していることが好ましい。元素(B)が互いに隣接する異性体としては、α、β、γ、δ、ε体等が存在するが、α、β体は角を共有した異性体であり、γ、δ、ε体は稜を共有した異性体である。より好ましくは、α体、β体及びγ体からなる群より選択される少なくとも1種の欠損構造部位含有ケギン型ヘテロポリオキソメタレートアニオンの骨格中に元素(B)が組み込まれた形態であり、この中でも最も好ましくはγ体の欠損構造部位含有ケギン型ヘテロポリオキソメタレートアニオンに組み込まれた形態である。すなわち、本発明において、欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物は、α体、β体及びγ体からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。より好ましくは、欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物が、二欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物であって、かつ、γ体であることである。
このようなヘテロポリオキソメタレート化合物の構造は、X線結晶構造解析、元素分析、UV、XRDやFT−IR分光測定等から決定または推定される。
上述のように、本発明の多核金属化合物は、ヘテロポリオキソメタレートアニオン(A)がγ型のケギン型ヘテロポリオキソメタレートアニオンであることもまた本発明の好適な実施形態の1つである。
上記ヘテロポリオキソメタレート化合物は一般に塩を形成しており、該塩を製造する際のカチオン源としては、無機塩でも有機塩でも良いが、中でもアルカリ金属塩、アルカリ土類塩、プロトン塩、アンモニウム塩、有機アンモニウム塩、有機ホスホニウム塩等が好適であり、例えば、上記へテロポリオキソメタレートアニオン(A)と上記元素(B)が共存する液に、該塩を粉体のまま、もしくは溶液として添加して、上記へテロポリオキソメタレート化合物の製造を行うことになる。上記へテロポリオキソメタレートアニオン(A)や上記元素(B)が元々持つカチオンを利用してもよい。
上記ヘテロポリオキソメタレート化合物における元素(B)の合計含有量としては、該化合物中のヘテロ原子1個に対して1個を超えることが好ましい。より好ましくは、1.2個以上であり、更に好ましくは、1.5個以上である。また、8個以下であることが好ましい。より好ましくは7個以下であり、更に好ましくは、6個以下である。
上記ヘテロポリオキソメタレートアニオン(A)は、結晶構造中で、あるべきポリ原子が欠けている欠損構造部位を有するヘテロポリオキソメタレートアニオンであって、ヘテロ原子がケイ素、リン及びゲルマニウムからなる群より選択される少なくとも1種以上であり、かつ、ポリ原子がモリブデン、タングステン、バナジウム及びニオブからなる群より選択される少なくとも1種以上のものであることが好ましい。このようなヘテロポリオキソメタレートアニオン(A)は、ヘテロ原子に酸素を介してポリ原子が9〜11個配位したケギン型と呼ばれる結晶構造を有するものである。
上記二欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物におけるヘテロポリオキソメタレートアニオン(A)は、下記一般式(3);
(式中、Qはヘテロ原子であるケイ素、リン、もしくはゲルマニウム原子を表す。Zはポリ原子を表す。jとkは正数であり、kはQとZの価数によって決まる。)で表されるケギン型ヘテロポリオキソメタレートアニオンであることが好ましい。
ここで、一般式(3)において、より好ましくは、Zがタングステンであるケギン型ヘテロポリオキソメタレートアニオンである。更に好ましくは、Qがケイ素であり、Zがタングステンであるケギン型ヘテロポリオキソメタレートアニオンである。
すなわち、多核金属化合物は、ヘテロ原子が、ケイ素であり、ポリ原子が、タングステンであるヘテロポリオキソメタレート化合物であることもまた本発明の好適な実施形態の1つである。
更に、上記ケギン型ヘテロポリオキソメタレートアニオンは、その異性体構造がα体及び/又はβ体及び/又はγ体であるものが好ましい。より好ましくは、一般式(3)におけるQがリン、ケイ素又はゲルマニウムである[α−PW10367−及び/または[β−PW10367−及び/または[γ−PW10367−、または、[α−SiW10368−及び/または[β−SiW10368−及び/または[γ−SiW10368−、または、[α−GeW10368−及び/または[β−GeW10368−及び/または[γ−GeW10368−である。
更に好ましくは、[γ−PW10367−、[γ−SiW10368−または[γ−GeW10368−であり、最も好ましくは、Qがケイ素である[γ−SiW10368−である。
上記ヘテロポリオキソメタレートアニオンと塩を形成する対カチオンとしては、例えば、プロトン;アルカリ金属カチオン;アルカリ土類カチオン;遷移金属カチオン;典型金属カチオン;第四級アンモニウム塩(アンモニウム塩、テトラメチルアンモニウム塩、テトラエチルアンモニウム塩、テトラプロピルアンモニウム塩、テトラブチルアンモニウム塩、トリブチルメチルアンモニウム塩、トリオクチルメチルアンモニウム塩、トリラウリルメチルアンモニウム塩、ベンジルトリメチルアンモニウム塩、ベンジルトリエチルアンモニウム塩、ベンジルトリブチルアンモニウム塩、セチルピリジニウム塩)や第四級ホスホニウム塩(テトラメチルホスホニウム塩、テトラエチルホスホニウム塩、テトラブチルホスホニウム塩、テトラフェニルホスホニウム塩、エチルトリフェニルホスホニウム塩、ベンジルトリフェニルホスホニウム塩)等の有機カチオンが好適である。これらの中でも、第四級アルキルアンモニウム塩の有機カチオンであることがより好ましい。第四級アルキルアンモニウム塩としては、アルキル基の炭素数が4〜48のものが好ましい。更に好ましくは、4〜40である。
上記対カチオンとして第四級アルキルアンモニウム塩のカチオンを用いると、過酸化水素によっても分解しない安定なヘテロポリオキソメタレート化合物が得られる。また、有機溶媒にも溶解することができるようになるため、この化合物は、アルコールの酸化反応等の酸化反応に高活性を示す触媒として好適に用いることができる。更に、有機溶媒に溶解しない場合においても、不均一系触媒として分解することなく、エポキシ化反応等の酸化反応に高活性を示す触媒として好適に用いることができる。
上記第四級アルキルアンモニウム塩としては、テトラメチルアンモニウム塩、テトラエチルアンモニウム塩、テトラプロピルアンモニウム塩、テトラブチルアンモニウム塩、トリブチルメチルアンモニウム塩、トリオクチルメチルアンモニウム塩、トリラウリルメチルアンモニウム塩、ベンジルトリメチルアンモニウム塩、ベンジルトリエチルアンモニウム塩、ベンジルトリブチルアンモニウム塩、セチルピリジニウム塩等が挙げられる。これらの中でも、テトラメチルアンモニウム塩、テトラエチルアンモニウム塩、テトラプロピルアンモニウム塩、テトラブチルアンモニウム塩、トリブチルメチルアンモニウム塩、ベンジルトリメチルアンモニウム塩、ベンジルトリエチルアンモニウム塩、ベンジルトリブチルアンモニウム塩が好ましい。より好ましくは、テトラメチルアンモニウム塩、テトラエチルアンモニウム塩、テトラブチルアンモニウム塩、トリブチルメチルアンモニウム塩、ベンジルトリエチルアンモニウム塩である。特に好ましくは、テトラブチルアンモニウム塩である。
対カチオンは1種又は2種以上用いることができる。
上述したとおり、元素(B)は、Y、Nb、Cr、Mn、Re、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、Ga、Cd及びInからなる群より選択される少なくとも1種以上の原子であるが、上記ヘテロポリオキソメタレート化合物の用いる用途や、ヘテロポリオキソメタレート化合物の欠損構造の種類により適宜選択することができる。ヘテロポリオキソメタレート化合物が一欠損又は二欠損構造を有する場合、Y、Nb、Cr、Mn、Re、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、Ga、Cd及びInからなる群より選択される少なくとも1種以上の原子が好ましく、より好ましくは、Y、Mn、Re、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、Ga、Cd及びInからなる群より選択される少なくとも1種以上の原子である。更に好ましくは、Y、Mn、Re、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al及びCdからなる群より選択される少なくとも1種以上の原子である。また、ヘテロポリオキソメタレート化合物が三欠損構造を有する場合、Y、Nb、Cr、Mn、Re、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、Ga、Cd及びInからなる群より選択される少なくとも1種以上の原子が好ましく、より好ましくは、Y、Cr、Re、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Ag、Au、Zn、Al、Ga、Cd及びInからなる群より選択される少なくとも1種以上の原子である。更に好ましくは、Cr、Re、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Ag、Au及びAlからなる群より選択される少なくとも1種以上の原子である。
また、元素(B)を導入したヘテロポリオキソメタレート化合物の混合物や、異種元素を導入したヘテロポリオキソメタレート化合物を合成する場合には、上記元素(B)より選ばれる元素を2種以上使用しても良い。
上記元素(B)を導入する際に使用する形態としては塩の形態でも、酸化物等の形態でも良い。これらは無機物でも有機物でも良いが、中でも酸化物、硝酸塩、ハロゲン化物塩、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、ルビジウム塩、セシウム塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、バリウム塩、プロトン塩、アンモニウム塩、テトラメチルアンモニウム塩、テトラエチルアンモニウム塩、テトラプロピルアンモニウム塩、テトラブチルアンモニウム塩、カルボキシラート化合物、アセテート化合物、アセチルアセトナート化合物等が好適である。
本発明の多核金属化合物の合成に使用する上記元素(B)を含む化合物のモル量としては、ヘテロポリオキソメタレートアニオン(A)1モルに対して、1モルより多いことが好ましい。より好ましくは1.1モル以上であり、更に好ましくは、1.5モル以上である。また、8モル以下であることが好ましい。より好ましくは7モル以下であり、更に好ましくは、6モル以下である。
本発明の多核金属化合物は、上述のような構造を有するものであれば、その製造方法は特に制限されないが、好適な製造方法としては、上記ヘテロポリオキソメタレートアニオン(A)に上記元素(B)を導入する際に、有機溶媒中又は有機溶媒を含む溶媒中で混合することが挙げられる。有機溶媒中又は有機溶媒を含む溶媒中で混合した場合に、水中で混合した場合とは異なって、本発明の金属原子と酸素原子とが特定の位置関係にある新規な構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物が得られる。
また、上記元素(B)の混合に加え、後述するように酸を添加してもよい。また、元素(B)を添加して、1つのヘテロポリオキソメタレートアニオン(A)に元素(B)を導入した後、更にヘテロポリオキソメタレートアニオン(A)を添加して多核金属化合物とする方法も用いることができる。
また、1つのヘテロポリオキソメタレートアニオン(A)に元素(B)を導入して得られた化合物を有機溶媒中又は有機溶媒を含む溶媒に溶解した溶液に当該1つのヘテロポリオキソメタレートアニオン(A)に元素(B)を導入して得られた化合物を更に添加し、そこに貧溶媒を添加することで多核金属化合物とする方法も用いることができる。なお、上記有機溶媒を含む溶媒は有機溶媒を含んでいる限り、その他の成分を含んでいてもよいが、上記有機溶媒を含む溶媒の好ましい形態の1つとして、有機溶媒と水との混合溶媒の形態が挙げられる。
上記有機溶媒と水との混合溶媒における、有機溶媒と水との体積比としては、特に制限されないが、100:0〜30:70であることが好ましく、より好ましくは、100:0〜50:50である。更に好ましくは、100:0〜70:30である。
上記有機溶媒としては、特に限定されるものではないが、例えば、アセトン、アセトニトリル、ベンゾニトリル、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、クロロホルム、ジクロロエタン、ヘキサン、オクタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレンカーボネート、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、シクロペンチルメチルエーテル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等の1種又は2種以上を用いることができる。これらの中でも、アセトン、アセトニトリル、ベンゾニトリル、メタノール、エタノール、ブタノール、ジクロロエタン、ヘキサン、オクタン、トルエン、キシレン、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレンカーボネート、ジエチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、シクロペンチルメチルエーテル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンが好ましく、アセトン、アセトニトリル、ベンゾニトリル、メタノール、エタノール、ブタノール、ジクロロエタン、トルエン、キシレン、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレンカーボネート、ジエチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンがより好ましい。特に好ましくは、アセトン、アセトニトリル、ベンゾニトリル、ブタノール、トルエン、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレンカーボネート、ジクロロエタン、ジエチルエーテル、メチルイソブチルケトンである。
上記貧溶媒としては、ヘキサン、オクタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレンカーボネート、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、シクロペンチルメチルエーテル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジクロロエタン、クロロホルム等の1種又は2種以上を用いることができる。
上記溶媒の体積は、上記ヘテロポリオキソメタレートアニオン(A)1ミリモルに対して、0.1mL以上であることが好ましい。より好ましくは0.5mL以上であり、更に好ましくは1.0mL以上である。また、300mL以下であることが好ましい。より好ましくは250mL以下であり、更に好ましくは、200mL以下である。
上記元素(B)の添加方法としては、ヘテロポリオキソメタレートアニオン(A)を含む溶液または混合液中に、元素(B)の塩又は化合物を、粉体のまま若しくは溶液として添加して行うことが好ましいが、(A)と同時に添加するか、又は先に溶媒中に溶解された状況で行っても良い。元素(B)の塩又は化合物の添加は、一括添加しても良いし、徐々に添加しても良い。へテロポリオキソメタレート化合物の製造は、一回の工程で行っても良いし、複数回に分けて行っても良い。例えば、(B)の所定量のうちの一部を残した状態でいったん生成物を取り出し、再度生成物を溶媒に再溶解した後、残りの(B)を添加する方法としてもよい。
上記ヘテロポリオキソメタレートアニオン(A)と元素(B)との混合時間としては、1分以上であることが好ましい。1分未満の混合であると、元素(B)がヘテロポリオキソメタレートアニオン(A)の欠損部位に完全に導入されない可能性がある。より好ましくは、10分以上であり、更に好ましくは、20分以上である。また、72時間以内であることが好ましい。より好ましくは、48時間以内であり、更に好ましくは、24時間以内である。
なお、混合時間が1分以上とは、ヘテロポリオキソメタレートアニオン(A)0.34ミリモルを使用した時に、主に均一系溶液中で元素(B)と溶媒中で共存、混合される時間を意味し、ヘテロポリオキソメタレートアニオン(A)を含む溶液又は混合液中に、元素(B)を含む塩又は化合物を添加し終えた時点から、上記無機塩や有機塩の添加等により、上記へテロポリオキソメタレート化合物を析出させる時点までの間の時間を指す。上記ヘテロポリオキソメタレートアニオン(A)の使用ミリモル数(0.34 × nミリモル)(nは正数)により、例えば0.68ミリモル使用時には2分間共存、混合させるといった具合に、混合時間を適宜n倍とする方が好ましい。混合中に不純物等の沈殿が発生した場合は、必要に応じて取り除くことができる。混合する時間の設定は、へテロポリオキソメタレート化合物の構造を決定する重要な要素の一つであり、元素(B)の種類によって上記の範囲内で適宜選定すればよい。へテロポリオキソメタレート化合物は、再結晶等により精製することが可能である。また、単離することなく系中で調製・保存・触媒や材料としての適用等を行うこともできる。
上記ヘテロポリオキソメタレートアニオン(A)と元素(B)とを混合する際の温度としては、0℃以上150℃以下が好ましい。より好ましくは、5℃以上100℃以下であり、更に好ましくは、10℃以上90℃以下である。
上記ヘテロポリオキソメタレートアニオン(A)に元素(B)を導入する際に、更に酸を添加してもよい。酸は、元素(B)を含む塩又は化合物を添加した後に添加してもよく、元素(B)を含む塩又は化合物とともに添加してもよいが、元素(B)を含む塩又は化合物を添加した後に添加することが好ましい。
酸としては、硝酸、塩酸、硫酸、リン酸、ホウ酸等の無機酸の他、p−トルエンスルホン酸、酢酸、安息香酸、マロン酸等の有機酸を用いることができる。
酸の添加量は、上記ヘテロポリオキソメタレートアニオン(A)1モルに対して、0.0001モル以上であることが好ましい。より好ましくは、0.001モル以上である。
本発明の多核金属化合物の一形態である、上記構造部位II含有化合物や、構造eを有する多核金属化合物は、上述のような構造を有するものであれば、その製造方法は特に制限されないが、上記ヘテロポリオキソメタレートアニオン(A)に元素(B)を導入したヘテロポリオキソメタレート化合物を特定の有機溶媒存在下で再結晶する方法が好適である。上記ヘテロポリオキソメタレートアニオン(A)に元素(B)を導入したヘテロポリオキソメタレート化合物を特定の有機溶媒存在下で再結晶することで構造が変化し、上記構造部位II含有化合物や、構造eを有する多核金属化合物となる。
上記有機溶媒としては、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、プロピレンカーボネート等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。これらの中でも、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、プロピレンカーボネートが好ましい。より好ましくは、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド、アセトンである。
上記有機溶媒を2種以上用いる場合、その比率は特に制限されないが、有機溶媒を2種用いる場合には、2種類の有機溶媒を99/1〜1/99の比率で用いることが好ましい。このような比率を外れると、2種類の溶媒を用いることの効果が充分に発揮されないおそれがある。より好ましくは、90/10〜10/90の比率である。
上記再結晶は、プロトン供与性化合物を添加して行うことが好ましい。プロトン供与性化合物を添加することで、第二の形態のヘテロポリオキソメタレート化合物への構造変化を促進し、収率を高めることができる。プロトン供与性化合物としては、水、ブレンステッド酸、ルイス酸等の1種又は2種以上を用いることができる。
上記構造部位II含有化合物や、構造eを有する多核金属化合物は、元素(B)がY、Nb、Cr、Mn、Re、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、Ga、Cd及びInからなる群より選択される少なくとも1種の原子であるものが好ましい。すなわち、上記有機溶媒中での再結晶で構造変化させて構造部位II含有化合物や、構造eを有する多核金属化合物を得るための、元素(B)を導入したヘテロポリオキソメタレート化合物としては、元素(B)Y、Cr、Mn、Re、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、Ga、Cd及びInからなる群より選択される少なくとも1種の原子からなる群より選択される少なくとも1種の原子であるものが好ましい。多核金属化合物がこのような元素(B)を有するものであると、有機溶媒中での再結晶により高い収率で第二の形態の多核金属化合物を得ることができる。より好ましくは、元素(B)がCr、Mn、Re、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、及びInからなる群より選択される少なくとも1種の原子であるものであり、更に好ましくは、元素(B)がCr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、及びInであるものであり、最も好ましくは、元素(B)がCoであるものである。
本発明の多核金属化合物は、種々の酸化反応や酸塩基反応等の有機反応用触媒として適用することができるものである。本発明のヘテロポリオキソメタレート化合物を触媒として利用する場合、気相・液相・超臨界相等いずれの反応場においても使用することができる。その使用形態としては、気相反応で用いる場合、触媒自体を固体として反応を行う形態や触媒を担体に担持して反応を行う形態が可能である。触媒担体としては、一般的に気−固反応に使用される担体を用いることができる。
触媒自体を固体として使用する場合、対カチオンとしては、上述したものと同様のものを用いることができる。
また、液相反応で用いる場合には、触媒を溶解させて均一系で反応させる形態、触媒を溶媒に溶解させずに液相に懸濁させて反応を行う形態が挙げられる。触媒を固相として反応を行うことも可能である。この時、対カチオンや溶媒を変更することで触媒自体を固体として使用することができ、反応後の触媒と生成物の分離が容易になる。
その他、触媒を担体に担持することによっても、触媒を固相として使用することができる。触媒担体としては、各種イオン交換樹脂、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化錫や他の酸化物等の一般的に不均一系反応に使用される担体を用いることができる。均一系及び/または不均一系で反応を行うに際し、対カチオンとしては、上述したものと同様のものを用いることができる。
上記多核金属化合物は、種々の酸化反応や酸塩基反応等の有機反応用触媒として適用することができるものであるが、中でも酸化反応や酸塩基反応を液相で行う際に好適に適用することができるものである。
上記酸化反応の具体例としては特に限定されず、例えば、(1)不飽和結合の酸化(アルケンやアルキンの不飽和二重結合や不飽和三重結合の酸化)、(2)水酸基の酸化、(3)ヘテロ原子の酸化(硫黄原子や窒素原子、ケイ素原子等の酸化)、(4)飽和炭化水素部位の酸化、(5)芳香環の酸化、(6)水素化ヘテロ原子や炭化水素の水酸基化(硫黄原子、窒素原子、ケイ素原子等の水素化物の水酸基化)(7)これら(1)〜(6)以外の酸化カップリング反応等の酸化反応等が挙げられる。このような酸化反応により被酸化性官能基が酸化され、酸化された有機化合物が製造されることになる。
上記多核金属化合物は、上述した中でも、液相での水酸基の酸化触媒として好適である。特に、本発明の多核金属化合物は、構造中に不飽和結合と2級水酸基とを有する化合物を反応基質とし、該化合物の酸化反応に触媒として用いた場合、若しくは、反応基質として不飽和結合を有する化合物及び2級アルコールを有する化合物を共存させたものを用いた場合、不飽和結合の酸化ではなく、アルコールの酸化反応を選択的に行う特性を有する。また、構造中に1級水酸基と2級水酸基とを有する化合物を反応基質とし、該化合物の酸化反応に触媒として用いた場合、若しくは、反応基質として1級アルコール及び2級アルコールを共存させたものを用いた場合、1級水酸基の酸化ではなく、2級水酸基の酸化反応を選択的に行う特性を有する。このような特性は、従来より知られているヘテロポリオキソメタレート化合物とは異なる特性であって、特定の構造を有するヘテロポリオキソメタレート化合物である本発明の多核金属化合物に特有のものである。したがって、本発明の多核金属化合物は、2級水酸基を選択的に酸化する必要のある反応の触媒として好適に用いることができる。特に構造中に不飽和結合を有する2級アルコールからアルコール部分を酸化した化合物、又は、構造中に1級水酸基と2級水酸基とを有する化合物から2級水酸基を酸化した化合物を製造する場合の触媒として好適に用いることができる。
また上記多核金属化合物は、水素化ヘテロ原子の水酸基化触媒としても好適に使用することができる。
以下では、本発明の好ましい実施形態として上記多核金属化合物を触媒として用い、酸化剤により酸化してカルボニル基含有有機化合物の製造を行う場合(以下、反応1と記載)、及び、有機水素化物を酸化して有機水酸化物を製造する場合(以下、反応2と記載)における反応基質、酸化剤、製造条件等について説明する。
本発明において、上記反応1で使用する反応基質としては、非環式であっても環式有機化合物であってもよく、具体的には、2−シクロヘキセン−1−オール、1−ヘキセン−3−オール、1−フェニルプロパルギルアルコール、1−フェニルエタノール、シクロプロピルフェニルメタノール、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、アダマンタン−1−オール、2−ブタノール、2−ヘキサノール、2−エチル−1、3−ヘキサンジオール等が挙げられる。これらの中でも、2−シクロヘキセン−1−オール、1−ヘキセン−3−オール、1−フェニルエタノール、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、アダマンタン−1−オール、2−ブタノール、2−ヘキサノール、2−エチル−1、3−ヘキサンジオールが好適である。
また、上記反応2で使用する反応基質としては、非環式であっても環式有機化合物であってもよく、具体的には、トリメチルシラン、トリエチルシラン、トリプロピルシラン、トリイソプロピルシラン、トリブチルシラン、トリペンチルシラン、トリヘキシルシラン、トリオクチルシラン、トリフェニルシラン、トリ(p−メトキシフェニル)シラン、トリ(p−メチルフェニル)シラン、トリ(p−トリフルオロメチルフェニル)シラン、ジメチルフェニルシラン、メチルジフェニルシラン、t−ブチルジメチルシラン、クロロメチルジメチルシラン、フェニルエチニルジメチルシラン、フェニルエテニルジメチルシラン、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、トリプロポキシシラン、トリイソプロポキシシラン、トリブトキシシラン、(p−メトキシフェニル)ジメチルシラン、(p−メチルフェニル)ジメチルシラン、(p−トリフルオロメチルフェニル)ジメチルシラン等が好適である。
これら反応基質としては、1種又は2種以上を用いることができる。
上記反応1、2における反応基質はまた、例えば、−CHO、−COOH、−CN、−COOR、−OR(Rは、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はアリールアルキル置換基を表す)等の官能基や、アリール基、アリールアルキル基、ハロゲン基、ニトロ基、スルホン酸基、カルボニル基、水酸基、アミノ基、アミド基等を有していても良い。
上記反応1の酸化反応、及び、反応2における酸化剤としては、例えば、酸素イオンや酸素ラジカル、ペルオキシドやスーパーペルオキシドを生成しうるものを用いることができ、例えば、分子状酸素、過酸化水素や、クメンヒドロパーオキシド、t−ブチルヒドロパーオキシド、過酢酸等の有機過酸化物、酸素と水素の混合ガス、酸素と水素と窒素の混合ガス、一酸化二窒素、ヨードシルベンゼン等が挙げられる。これらの中でも、分子状酸素や過酸化水素が好適である。
気相反応において、分子状酸素を酸化剤として使用する場合、酸素分圧は10Pa以上、15MPa以下であることが好ましい。より好ましくは、1000Pa以上、5MPa以下である。過酸化水素を酸化剤として使用する場合、過酸化水素の使用形態としては、実用的には0.01〜70質量%の水溶液、アルコール類の溶液が好適であるが、100%の過酸化水素も使用可能である。使用量としては、反応基質と過酸化水素のモル比(反応基質のモル数/過酸化水素のモル数)が1000/1以下となるようにすることが好ましく、より好ましくは100/1以下である。また、1/10以上となるようにすることが好ましく、より好ましくは、1/5以上である。
上記反応1、2において、多核金属化合物触媒の使用量としては、反応基質1モルに対して、0.000000001モル以上とすることが好ましく、また、10000モル以下とすることが好ましい。より好ましくは、0.0000001モル以上であり、また、5000モル以下である。また、触媒の種類としては、1種又は2種以上を用いることができる。気相反応の場合には、SV=1h−1以上であることが好ましい。
上記反応1、2において、反応方法としては、上記反応基質および酸化剤に酸化反応用触媒を接触させることにより反応を行うことが好ましい。気相反応又は液相反応のいずれの反応方法にも、本発明の酸化反応用触媒を使用することが可能であるが、基質と酸化剤を溶媒に溶解させて液相中で反応を行うことが反応活性の面でより好ましい。
上記反応1、2において、反応を液相中で行う場合、用いる反応溶媒は、水及び/又は有機溶媒であることが好ましい。上記有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、ノルマル又はイソプロパノール、第3級ブタノール等の炭素数1〜6の第1、2、3級の一価アルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン等の多価アルコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール等のエチレンオキシド、プロピレンオキシドが開環したオリゴマー類、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン等のケトン類、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ニトロメタン、アセトニトリル、ベンゾニトリル等の窒素化合物、リン酸トリエチル、リン酸ジエチルヘキシル等のリン酸エステル等のリン化合物、クロロホルム、ジクロロメタン等のハロゲン化炭化水素、ノルマルヘキサン、ノルマルヘプタン等の脂肪族炭化水素、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、シクロヘキサン、シクロペンタン等の脂環式炭化水素、プロピレンカーボネート等のカーボネート類等が挙げられる。
これら有機溶媒としては1種又は2種以上を用いることができる。
上記反応溶媒の中でも、水、炭素数1〜6のアルコール類、ジオキサン、テトラヒドロフラン、アセトン、ジクロロメタン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、ヘキサン、オクタン、アセトニトリル、ベンゾニトリル、ニトロメタン、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、プロピレンカーボネート等や、これらの混合物を用いることが好ましい。なお、反応基質化合物が反応条件で液体の場合には、上記溶媒を使用することなくニートで反応を行うことも可能である。
上記反応1、2において、反応における反応系は、中性〜酸性であることが好ましく、反応系中に酸性物質を加えても良い。酸性物質としては、例えば、ブレンステッド酸、ルイス酸等が挙げられる。上記ブレンステッド酸としては、例えば、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、ホウ酸等の鉱酸や酢酸、安息香酸、蟻酸、トリフルオロメタンスルホン酸等の有機酸類、ゼオライト類、混合酸化物類等の無機酸類が好適であり、上記ルイス酸としては、塩化アルミニウム、塩化第二鉄、塩化ホウ素化合物、塩化第二錫、フッ化アンチモン、塩化亜鉛、チタン化合物、ゼオライト類、混合酸化物等が好適である。更に無機、有機酸性塩を用いることもできる。
これら酸性物質としては、1種又は2種以上を用いることができる。
上記反応1、2において、反応における反応系において水が存在する場合には、場合によっては相間移動触媒や界面活性剤を共存させることができる。また光照射下での反応を行うことも可能である。
上記反応1、2において、反応における反応条件としては、例えば、反応温度は、液相反応の場合には、0℃以上が好ましく、より好ましくは10℃以上である。また250℃以下が好ましく、より好ましくは、180℃以下である。反応時間は、数分以上が好ましく、また150時間以内が好ましい。より好ましくは、48時間以内である。反応圧力は、常圧以上が好ましく、また、150atm以下が好ましい。より好ましくは、50atm以下である。また、減圧下で反応を行うこともできる。
また、気相反応の場合には、100℃以上が好ましく、より好ましくは150℃以上である。また600℃以下が好ましく、より好ましくは、500℃以下である。反応時間は、数分以上が好ましく、また40000時間以内が好ましい。より好ましくは、20000時間以内である。反応圧力は、常圧以上が好ましく、また、150atm以下が好ましい。より好ましくは、100atm以下である。SV=1h−1以上であることが好ましい。
上記反応1、2において、上記多核金属化合物を触媒として使用することにより、カルボニル基含有有機化合物や水酸基含有化合物を製造することができ、各種工業製品の製造において用いる中間体や原料として有用な化合物であるこれら化合物を供給するための製造方法として好適に適用することができる。
上記酸塩基反応の具体例としては特に限定されず、例えば、(1)エステル化反応、(2)炭素骨格異性化反応、(3)重合反応、(4)付加反応、(5)開環反応、(6)脱離反応、(7)アセタール化反応、(8)ケタール化反応、(9)芳香族求電子置換反応、(10)芳香族求核置換反応、(11)アルドール反応、(12)ピナコール転移反応、(13)ベックマン転移反応、(14)カニッツァロ反応、(15)クライゼン縮合反応、(16)ダルゼンズ縮合反応、(17)ディールズアルダー反応、(18)フリーデルクラフツ反応、(19)フリース転移反応、(20)ガッターマン・コッホ反応、(21)マンニッヒ反応、(22)マイケル反応、(23)プリンス反応、(24)グリコシル化反応、(25)加溶媒分解反応、(26)1,3−双極性環状付加反応、(27)エン反応やカルボニル−エン反応、(28)これら(1)〜(27)以外の酸塩基反応等が挙げられる。このような酸塩基反応により、官能基や骨格が新しく構築された有機化合物の製造が可能となる。
上記多核金属化合物は、上述した中でも、特に液相でのエステル化反応、付加反応、開環反応、アセタール化反応、ケタール化反応、アルドール反応、ピナコール転移反応、ベックマン転移反応、カニッツァロ反応、ディールズアルダー反応、フリーデルクラフツ反応、マンニッヒ反応、マイケル反応、プリンス反応、エン反応やカルボニル−エン反応に対する酸塩基触媒として好適である。以下では、本発明の好ましい実施形態として上記多核金属化合物を触媒として用い、該反応を行う場合における反応基質、製造条件等について説明する。
本発明において使用する反応基質としては、非環式であっても環式有機化合物であってもよく、分子間反応を起こすものであっても分子内反応を起こすものであってもよい。
上記多核金属化合物触媒の使用量としては、反応基質1モルに対して、0.000000001モル以上とすることが好ましく、また、10000モル以下とすることが好ましい。より好ましくは、0.0000001モル以上であり、また、5000モル以下である。また、触媒の種類としては、1種又は2種以上を用いることができる。気相反応の場合には、SV=1h−1以上であることが好ましい。
上記反応方法としては、気相反応又は液相反応のいずれの反応方法にも、本発明の酸塩基反応用触媒を使用することが可能であるが、液相中で反応を行うことが好ましい。
反応を液相中で行う場合、用いる反応溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、ノルマルまたはイソプロパノール、第3級ブタノール等の炭素数1〜6の第1、2、3級の一価アルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン等の多価アルコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール等のエチレンオキシド、プロピレンオキシドが開環したオリゴマー類、エチルエーテル、イソプロピルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン等のケトン類、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ニトロメタン、アセトニトリル、ベンゾニトリル等の窒素化合物、リン酸トリエチル、リン酸ジエチルヘキシル等のリン酸エステル等のリン化合物、クロロホルム、ジクロロメタン等のハロゲン化炭化水素、ノルマルヘキサン、ノルマルヘプタン等の脂肪族炭化水素、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、シクロヘキサン、シクロペンタン等の脂環式炭化水素、プロピレンカーボネート等のカーボネート類等が挙げられる。
上記反応溶媒の中でも、水、炭素数1〜6のアルコール類、ジオキサン、テトラヒドロフラン、アセトン、ジクロロメタン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、ヘキサン、オクタン、アセトニトリル、ベンゾニトリル、ニトロメタン、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、プロピレンカーボネート等や、これらの混合物を用いることが好ましい。なお、反応基質化合物が反応条件で液体の場合には、上記溶媒を使用することなくニートで反応を行うことも可能である。
上記反応における反応条件としては、例えば、反応温度は、液相反応の場合には、0℃以上が好ましく、より好ましくは10℃以上である。また250℃以下が好ましく、より好ましくは、180℃以下である。反応時間は、数分以上が好ましく、また150時間以内が好ましい。より好ましくは、48時間以内である。反応雰囲気は特に限定されるものではないが、空気、酸素、窒素、アルゴン等の雰囲気が好ましい。反応圧力は、常圧以上が好ましく、また、150atm以下が好ましい。より好ましくは、50atm以下である。また、減圧下で反応を行うこともできる。気相反応の場合には、100℃以上が好ましく、より好ましくは150℃以上である。また600℃以下が好ましく、より好ましくは、500℃以下である。反応時間は、数分以上が好ましく、また40000時間以内が好ましい。より好ましくは、20000時間以内である。反応圧力は、常圧以上が好ましく、また、150atm以下が好ましい。より好ましくは、100atm以下である。SV=1h−1以上であることが好ましい。
上記反応において、上記多核金属化合物を触媒として使用することにより、カルボニル基含有有機化合物や水酸基含有化合物等を製造することができ、各種工業製品の製造において用いる中間体や原料として有用な化合物であるこれら化合物を供給するための製造方法として好適に適用することができる。
本発明の多核金属化合物は、上述の構成よりなり、金属原子と酸素原子とが特定の位置関係で配位した構造を有する新規な構造を有するものである。そして、その新規な構造に由来して、特異で、高い触媒特性を有し、また、新しい機能性材料等として有望な新規な多核金属化合物である。
実施例1で合成されたTBA−Zn4の、陽イオンコールドスプレーイオン化質量分析によるスペクトル図である。図中に挿入されているスペクトル図は、[TBASiZn2074の計算により算出されるパターンを表している。*は、[TBASiZn2074(HO)に帰属されるピークを表している。 (a)実施例1で合成されたTBA−Zn4のX線結晶構造解析図である。(b)実施例1で合成されたTBA−Zn4のうちの、多核構造部分における亜鉛原子と亜鉛原子に配位している酸素原子との位置関係を表した模式図である。 実施例1で合成されたTBA−Zn4の、(a)固体29Si NMRスペクトル図である。(MASレート:5kHz)(b)液体29Si NMRスペクトル図である。(溶媒:[D]アセトンと水(10:1、v/v)の混合溶媒) 実施例1で合成されたTBA−Zn4の、液体183W NMRスペクトル図である。(溶媒:[D]アセトンと水(10:1、v/v)の混合溶媒) 実施例1で合成されたTBA−Zn4の、赤外分光分析によるスペクトル図である。 実施例24で合成されたTBA−Co4のX線結晶構造解析図である。 実施例24で合成されたTBA−Co4の多核構造部分におけるコバルト原子とコバルト原子に配位している酸素原子との位置関係を表した模式図である。相対的に小さい球がコバルト元素を、相対的に大きい球が酸素原子を表している。 TBA−SiW10、TBA−Zn4及びTBA−Co4のIRスペクトルを表す図である。 実施例25で合成されたTBA−Co−outのX線結晶構造解析図である。 TBA−SiW10及びTBA−Co−outのIRスペクトルを表す図である。 DMFに溶解させたTBA−Co4溶液のUV−visスペクトルの経時変化を表す図である。 実施例26で合成されたCd−POMのX線結晶構造解析図である。 実施例27で合成されたTBM−Pd−IIのX線結晶構造解析図である。 実施例28で合成されたTBM−Pd−IIIのX線結晶構造解析図である。 実施例29で合成されたY−POMのX線結晶構造解析図である。 実施例29で合成されたY−POMの多核構造部分におけるイットリウム原子とイットリウム原子に配位している酸素原子との位置関係を表した模式図である。 実施例30で合成されたAg−POMのX線結晶構造解析図である。 実施例31で合成されたTBA−Ag6のX線結晶構造解析図である。 実施例32で合成されたTBA−Ag4のX線結晶構造解析図である。図19中、Lは、ジメチルスルホキシド(DMSO)を表す。 実施例35で合成されたtri−Al2の結晶構造の単位構造を示した図である。 実施例35で合成されたtri−Al2の結晶構造を示した図である。 実施例35で合成されたtri−Al2の結晶構造単位の3次元配列を示した図である。3つのヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位をつなぐ多核構造部位1〜3を有する面が順に階層となっていることを示した図である。
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「%」は「モル%」を意味するものとする。
各種測定及び評価は以下の方法により行った。
X線結晶構造解析は、SHELXH−97を使用した。IRの測定はJASCO FT/IR−460を用いて行った。X線の測定はRIGAKU AFC−10 Saturn 70 CCD Detectorを用いて行った。液体NMR測定は、JEOL JNM−EX−270を用いて行った。
H NMRは、270MHzで測定し、テトラメチルシラン(TMS)を内部標準として用いた。29Si NMRは、53.5MHzで測定し、テトラメチルシラン(TMS)を外部標準として用いた。183W NMRは、11.2MHzで測定し、タングステン酸ナトリウム(NaWO)を外部標準として用いた。固体NMR測定は、CHEMAGNETICS CMX−300を用いて59.7MHz、繰り返し時間(Repetition Time):300秒で行った。テトラメチルシラン(TMS)を外部標準として用いた。収率の測定にはSHIMADZU ガスクロマトグラフ GC−2014を使用した。コールドスプレーイオン化質量分析は、JEOL JMS−T100CSを用いて行った。
(合成例1)TBA[γ−SiW1036]・2HO(「TBA−SiW10」ともいう。)の合成
ケイ素中心二欠損型ケギン型ポリオキソメタレートTBA[γ−SiW1036]・2HO(「TBA−SiW10」ともいう。)は、以下の文献に従い合成した。
K.Kamata、K.Yonehara、Y.Sumida、K.Yamaguchi、S.Hikichi、N.Mizuno、「サイエンス(Science)」(米国)、2003年、第300巻、p.964。
(実施例1)TBA[{Zn(OH)(μ−OH)}{Zn(OH}{γ−HSiW1036]・9HO(「TBA−Zn4」ともいう。)の合成
TBA−SiW10(0.72mmol)のアセトン溶液 50mLに、2当量の亜鉛アセチルアセトナート(1.44mmol)と、8.5当量の水(6.12mmol)とを加え、室温(約20℃)で10分間攪拌した。不溶物をろ過により除去した後、その溶液をジエチルエーテル 50mLに加えた。その結果生じる白い粉末状のTBA−Zn4をろ過により回収し、乾燥させた。収率は、原料であるTBA−SiW10の90%であった。X線結晶構造解析のために、更に1,2−ジクロロエタンとジエチルエーテルとの混合溶媒(4:1、v/v)を用いて再結晶させ、無色の結晶を得た。元素分析の結果は、C:20.80、H:4.39、N:1.52、Si:0.76、W:49.74、Zn:3.54(計算値)、C:20.72、H:4.36、N:2.10、Si:0.75、W:50.86、Zn:3.47(実測値)であった。各種構造解析の結果を図1〜5及び表1〜3に示した。なお、表2においては、以下の文献に記載されている化合物と結合の長さ及び角度の比較を行っている。
[Zn(μ−OH)(fa)(4,4´−bpy)]:J.Tao、M.−L.Tong、J.−X.Shi、X.−M.Chen、S.W.Ng、「ケミカル コミュニケーションズ(Chemical Communications)」(英国)、2000年、第20巻、p.2043−2044。
[Zn(μ−OH)(OCPh)(pko)]:M.Alexiou、E.Katsoulakou、C.Dendrinou−Samara、C.P.Raptopoulou、V.Psycharis、E.Manessi−Zoupa、S.P.Perlepes、D.P.Kessissoglou、「ヨーロピアン ジャーナル オブ インオーガニック ケミストリー(European Journal of Inorganic Chemistry)」(独国)、2005年、第10巻、p.1964−1978。
得られたTBA−Zn4は、本発明の多核金属化合物であって、上述した構造a及び構造bを有する化合物である。
(実施例2)
基質である2−シクロヘキセン−1−オールを0.5mmol、実施例1で合成したTBA−Zn4を基質に対して0.4モル%、30%過酸化水素水溶液を0.25mmol、アセトンを1.5mL試験管に入れ、56℃で40分間攪拌した。収率(過酸化水素基準)は、2−シクロヘキセン−1−オン(95%)であった。結果を表4に示す。
(実施例3〜12)
表4に示すように、基質、反応時間を変更した以外は、実施例2と同様に反応を行った。結果を表4に示す。なお、実施例12において用いられている2−エチル−1,3−ヘキサンジオールは、ジアステレオマーの混合物が用いられている。
(実施例13)
TBA−Zn4の代わりに、TBA−SiW10を基質に対して0.8モル%、亜鉛アセチルアセトナートを基質に対して1.6モル%用いた以外は、実施例2と同様にして反応を行った。収率(過酸化水素基準)は、2−シクロヘキセン−1−オン(91%)であった。結果を表4に示す。
(実施例14〜23)
表4に示すように、基質、反応時間を変更した以外は、実施例13と同様に反応を行った。結果を表4に示す。なお、実施例23において用いられている2−エチル−1,3−ヘキサンジオールは、ジアステレオマーの混合物が用いられている。
(比較例1)
実施例1で合成したTBA−Zn4の代わりにTBA−SiW10を基質に対して0.8モル%用いた以外は、実施例2と同様に反応を行った。収率(過酸化水素基準)は、2−シクロヘキセン−1−オンと1,2−エポキシシクロヘキサン−3−オールとの合計が75%であり、2−シクロヘキセン−1−オンと1,2−エポキシシクロヘキサン−3−オールとの比率は、18:82であった。結果を表5に示す。なお、表5中、Aは、2−シクロヘキセン−1−オンを、Bは、1,2−エポキシシクロヘキサン−3−オールを表している。
(比較例2)
実施例1で合成したTBA−Zn4の代わりに亜鉛アセチルアセトナートを基質に対して1.6モル%用いた以外は、実施例2と同様に反応を行った。酸化反応は見られなかった。結果を表5に示す。
(実施例24)TBA[{Co(OH(μ−OH)Co(OH}{γ−HSiW1036](「TBA−Co4」ともいう。)の合成
TBA−SiW10(0.29mmol)をアセトン20mLに添加した。ここに、コバルトアセチルアセトナート(0.058mmol)を加え、室温(約20℃)で10分間攪拌した。不溶物をろ過により除去した後、1Mの硝酸又はパラトルエンスルホン酸水溶液 0.29mL(0.029mmol)を添加して30分間攪拌し、ろ過して静置すると結晶が析出した。収率は、原料であるTBA−SiW10の26%であった。元素分析の結果は、C:16.98、H:3.56、N:1.24(計算値)、C:17.93、H:3.54、N:1.21(実測値)であった。各種構造解析の結果を図6〜8、表6、7に示した。
得られたTBA−Co4は、本発明の多核金属化合物であって、上述した構造a及び構造bを有する化合物である。
(実施例25)[SiW1034{Co(DMF)}](「TBA−Co−out」ともいう。)の合成
上記TBA−Co4を1.1g(0.16mmol)DMF20mLに溶解させ、ここに1Mの硝酸水溶液0.96mLを加えることにより、沈殿が生成した。収率は、原料であるTBA−Co4の26%であった86%であった。得られた沈殿を水に溶解させ、アセトン/DMF=1/1(v/v)を加えると、桃色棒状結晶が得られた。各種構造解析の結果を図9、10及び表6、8に示した。
また、上記TBA−Co4をDMFに溶解して0.59mMの溶液を調製し、UV−visスペクトルの経時変化を測定したところ、時間の経過とともにスペクトルに変化がみられた。この結果から、TBA−Co4の構造がDMF溶液中で変化していることが示唆される。UV−visスペクトルの測定結果を図11に示す。
得られたTBA−Co−outは、本発明の多核金属化合物であって、上述した構造eを有する化合物である。
(実施例26)TBA(SiW1036)Cd(HO)(「Cd−POM」ともいう。)の合成
TBA−SiW10を2.0g(0.59mmol)取り、アセトン39mLを加えた。攪拌しながら純水1mLを加え、その後Cd(OAc)・(HO)を312mg(1.2mmol)加えた。室温で10分間攪拌し、白色沈殿が生じ始めた後メンブラン濾過を行い、濾液を室温で一晩静置することにより白色結晶を得た。元素分析の結果は、C:21.58、H:4.24、N:1.57(計算値)、C:21.16、H:4.08、N:1.50(実測値)であった。各種構造解析の結果を図12及び表9に示した。
得られたCd−POMは、本発明の多核金属化合物であって、上述した構造a及び構造bを有する化合物である。
(合成例2)[(n−CN][SiW1036Pd(OAc)](「TBA−Pd−I」ともいう。)の合成
TBA−SiW10 2.0gを取り、アセトン39mLを加えた。これを攪拌しながら純水1mLを加え、パラジウムアセテート 0.26g(1.2mmol)を加えた。室温で2時間攪拌したあとジエチルエーテル160mLを加えクリーム色沈殿を得た。沈殿を回収しジエチルエーテル240mLで洗浄後、真空乾燥を30分行いクリーム色粉末(TBA−I)を得た。収量は2.1g(収率95%)であった。
元素分析の結果は、C:21.81、H:4.09、N:1.50、Si:0.75、Pd:5.68、W:49.09(計算値)、C:21.16、H:4.08、N:1.50、Si:0.78、Pd:5.64、W:50.04(実測値)であった。
(合成例3)[Me(n−CN][SiW1036Pd(OAc)](「TBM−Pd−I」ともいう。)の合成
TBM−SiW10 2.0g (TBM = [(n−CMeN])を用いてTBA−Iと同様にして合成し、クリーム色粉末(TBM−Pd−I)を得た。収量は2.0g(収率91%)であった。
元素分析の結果は、C:18.80、H:3.61、N:1.57(計算値)、C:18.51、H:3.64、N:1.56(実測値)であった。
(実施例27)[Me(n−CN][(SiW1036Pd](「TBM−Pd−II」ともいう。)の合成
TBM−I 2.0g(0.56mmol)を取り、アセトン39mLを加えた。更に純水1mLを加え、TBM−SiW10 1.8g(0.56mmol)を加え室温で4時間攪拌した。生じた沈殿を桐山ロートを用いて回収した。真空乾燥を60分行い、褐色粉末を得た。収量は1.2g(収率32%)であった。得られた褐色粉末を1,2−ジクロロエタンに溶解させてジエチルエーテルを加えて冷蔵庫で静置することにより褐色結晶(TBM−Pd−II)を得た。収量は21mg(収率86%)(25mgの粉末基準で算出)であった。
元素分析の結果は、C:18.63、H:3.67、N:1.67、Si:0.84、Pd:3.17、W:54.84(計算値)、C:18.33、H:3.79、N:1.65、Si:0.85、Pd:2.91、W:54.45(実測値)であった。各種構造解析の結果を図13及び表10、11に示した。
得られたTBM−Pd−IIは、本発明の多核金属化合物であって、上述した構造cを有する化合物である。
(実施例28)[(n−CN][{SiW1036Pd(OCO)CH](「TBM−Pd−III」ともいう。)の合成
TBA−Pd−I 0.1g(0.27mmol)を取り、アセトン4mLと純水0.1mLを加えた。その後マロン酸2.8mg(0.27mmol)を加え、メンブラン濾過した。得られた固体を冷蔵庫(5C)で一晩静置することによりTBA−Pd−IIIの黄色結晶を得た。収量は0.31g(収率31%)であった。
元素分析の結果は、C:21.58、H:4.00、N:1.50、Si:0.75、Pd:5.71、W:49.30(計算値)、C:21.58、H:3.99、N:1.38、Si:0.74、Pd:5.31、W:49.24(実測値)であった。各種構造解析の結果を図14及び表12、13に示した。
得られたTBM−Pd−IIIは、本発明の多核金属化合物であって、上述した構造cを有する化合物である。
(実施例29)TBA[{Y(HO)(CHCOCH)}(SiW1036](「Y−POM」ともいう。)の合成
TBASiW1036・2HO 1.0g(0.29mmol)をアセトン20mLに溶解させた。そこにY(acac)・nHO 0.13g(0.29mmol)を加え、10分間撹拌した。更に1Mの硝酸水溶液 0.29mLを加えて30分間攪拌した。ろ過をして静置すると無色ブロック状結晶が得られた。収率は27%(SiW10基準)であった。各種構造解析の結果を図15、16及び表14に示した。
得られたY−POMは、本発明の多核金属化合物であって、上述した構造bを有する化合物である。
(実施例30)TBA[{Ag{SiW1036](「Ag−POM」ともいう。)の合成
TBASiW1036・2HO 0.10g(0.029mmol)をアセトン2mLに溶解させた。更に銀アセチルアセトナート 0.018g(0.087mmol)を加え、溶液が透明になるまで撹拌した。ろ過をして静置すると茶色ブロック状結晶が得られた。収率は17%(SiW10基準)であった。
元素分析の結果は、C:20.48、H:3.92、N:1.49(計算値)、C:19.98、H:4.14、N:1.43(実測値)であった。各種構造解析の結果を図17及び表15に示した。
得られたAg−POMは、本発明の多核金属化合物であって、上述した構造a及び構造dを有する化合物である。
(実施例31)TBA[(γ−HSiW1036Ag](「TBA−Ag6」ともいう。)の合成
TBASiW1036・2HO 1000mg(0.293mmol)をアセトン13mLに溶解させた。更に銀アセチルアセトナート 181.8mg(0.878mmol)を加え、3日間撹拌したところ、黒色沈殿が得られた(収率60%)。得られた黒色沈殿100mgをニトロメタン 0.2mLに溶解し、ろ過した後、溶液にアセトン5.0mLを加えて12時間室温で静置すると茶色の結晶が得られた。元素分析の結果は、C:20.56、H:3.94、N:1.50、Si:0.75、Ag:8.66、W:49.18(計算値)、C:20.19、H:3.97、N:1.39、Si:0.77、Ag:8.53、W:50.36(実測値)であった。各種構造解析の結果を図18及び表16に示した。
得られたTBA−Ag6は、本発明の多核金属化合物であって、上述した構造dを有する化合物である。
(実施例32)TBA[(γ−HSiW1036Ag(DMSO)](「TBA−Ag4」ともいう。)の合成
TBASiW1036・2HO 1000mg(0.293mmol)をアセトン20mLに溶解させた。更に銀アセテート 97.7mg(0.586mmol)を加え、6時間撹拌したところ、白色沈殿が得られた(収率60%)。得られた白色沈殿150mgをジメチルスルホキシド(DMSO) 0.8mLに溶解し、ろ過した後、溶液にアセトン7.0mLを加えて1時間室温で静置すると無色の結晶が得られた。元素分析の結果は、C:21.38、H:4.13、N:1.51、Si:0.76、Ag:5.82、W:49.58(計算値)、C:21.41、H:4.17、N:1.30、Si:0.70、Ag:5.71、W:47.14(実測値)であった。各種構造解析の結果を図19及び表17に示した。
得られたTBA−Ag4は、本発明の多核金属化合物であって、上述した構造dを有する化合物である。
(実施例33、34及び比較例3〜8)ジメチルフェニルシラン 1mmol、アセトニトリル1mL、水0.1mLを試験管に入れ、表18に示す種々の触媒を用いて60℃で2分間攪拌し、ジメチルフェニルシランの水酸化反応を行った。基質ジメチルフェニルシランの転化率、生成物であるジメチルフェニルシラノールの選択率を表18に示す。
(合成例4)TBA[{Al(OH(μ−OH){γ−SiW1036}]の合成
TBA[{Al(OH(μ−OH){γ−SiW1036}]は、以下の文献に従い合成した。
Y.Kikukawa、S.Yamaguchi、Y.Nakagawa、K.Uehara、S.Uchida、K.Yamaguchi、N.Mizuno、「ジャーナル オブ ジ アメリカン ケミカル ソサイエティー(Jouranal of the American Chemical Society)」(米国)、2008年、第130巻、p.15872。
(実施例35)(TBA[HSiW1036]Al(OH)(「tri−Al2」ともいう。)の合成
合成例4で得られたTBA[{Al(OH(μ−OH){γ−SiW1036}]をアセトニトリルに溶解させ、貧溶媒としてトルエンを加えて得られた沈殿を濾過して回収した。元素分析の結果は、C:17.40、H:3.56、N:1.27、Si:0.85、W:55.49、Al:1.63(計算値)、C:18.41、H:3.52、N:1.35、Si:0.81、W:55.98、Al:1.64(実測値)であった。tri−Al2の結晶構造の単位構造を示す図を図20に、構造解析の結果を表19に示した。構造解析の結果、tri−Al2は、図20に示す単位構造が立体的に多数連結した構造を有していることが明らかとなった。この構造を図21、22に示す。
得られたtri−Al2は、本発明の多核金属化合物であって、上述した構造bを有する化合物である。
(i):イットリウム原子
(ii):SiW10由来ではない酸素原子
(iii):炭素原子
(iv):SiW10由来の酸素原子
(v):一次元チャネル

Claims (8)

  1. 欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位を少なくとも1つ有する多核金属化合物であって、
    該ヘテロポリオキソメタレート化合物は、ヘテロ原子に対してポリ原子が酸素原子を介して配位した構造を有し、
    該多核金属化合物は、一欠損構造部位、二欠損構造部位及び三欠損構造部位からなる群より選択される少なくとも1つの欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位を有し、ヘテロ原子及びポリ原子とは異なる金属原子を含み、
    該一欠損又は二欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物は、P、Si、Ge及びZnからなる群より選択される少なくとも1種のヘテロ原子を含み、
    該三欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物は、P、Si及びGeからなる群より選択される少なくとも1種のヘテロ原子を含み、
    該金属原子は、Y、Nb、Cr、Mn、Re、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、Ga、Cd及びInからなる群より選択される少なくとも1種の原子であることを特徴とする多核金属化合物。
  2. 前記多核金属化合物は、二欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位を有し、
    該二欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物は、P、Si及びGeからなる群より選択される少なくとも1種のヘテロ原子を含み、
    前記金属原子は、Y、Nb、Cr、Mn、Re、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、Ga、Cd及びInからなる群より選択される少なくとも1種の原子であることを特徴とする請求項1に記載の多核金属化合物。
  3. 前記多核金属化合物は、二欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位を有し、
    該二欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物は、P、Si及びGeからなる群より選択される少なくとも1種のヘテロ原子を含み、
    前記金属原子は、Y、Mn、Re、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、Ga、Cd及びInからなる群より選択される少なくとも1種の原子であることを特徴とする請求項2に記載の多核金属化合物。
  4. 前記多核金属化合物は、三欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位を有し、
    該三欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物は、P、Si及びGeからなる群より選択される少なくとも1種のヘテロ原子を含み、
    前記金属原子は、Y、Nb、Cr、Mn、Re、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、Ga、Cd及びInからなる群より選択される少なくとも1種の原子であることを特徴とする請求項1に記載の多核金属化合物。
  5. 前記多核金属化合物は、三欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位を有し、
    該三欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物は、P、Si及びGeからなる群より選択される少なくとも1種のヘテロ原子を含み、
    前記金属原子は、Y、Cr、Re、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Ag、Au、Zn、Al、Ga、Cd及びInからなる群より選択される少なくとも1種の原子であることを特徴とする請求項4に記載の多核金属化合物。
  6. 前記欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物は、ケギン型ヘテロポリオキソメタレート化合物であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の多核金属化合物。
  7. 前記欠損構造部位含有ヘテロポリオキソメタレート化合物は、α体、β体及びγ体からなる群より選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の多核金属化合物。
  8. 前記多核金属化合物は、
    前記金属原子のうち少なくとも1つが、1つのヘテロポリオキソメタレート化合物由来の構造部位当たり1つのポリ原子とのみ1つの酸素原子を介して配位した構造、
    前記金属原子のうち少なくとも1つに、ヘテロ原子及びポリ原子のいずれにも配位していない酸素原子が少なくとも2つ配位し、かつ、少なくとも1つの酸素原子が同一元素の2つの金属原子に配位し、更に、いずれの2つの金属原子間にも、1つの酸素原子を介して2つの金属原子が配位した構造は2つ以下である構造、
    前記金属原子同士が少なくとも2つの他の原子を介してのみ配位している構造、
    4つの前記金属原子が互いに少なくとも2つの他の金属原子と直接結合した構造、及び、
    前記金属原子のうち少なくとも1つが、1つのポリ原子とのみ1つの酸素原子を介して配位し、かつ、金属原子に配位した酸素原子のうち少なくとも2つが、金属原子以外の少なくとも1つの他の原子に配位した構造
    から選択される少なくとも1つの構造を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の多核金属化合物。

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