(57)【要約】オレフィンの水和やヒドロペルオキシドの酸分解反応等の各種反応に対する固体酸触媒として有用な、また高い伝導性を有するプロトン伝導材料として有用な、スルホン酸基含有炭素質材料を提供する。また、経済的で環境負荷の少ないメチルエチルケトンの製造方法を提供する。フェノール樹脂を炭化処理およびスルホン化処理することにより、各種の酸触媒反応に対し高い触媒活性を有し、また高いプロトン伝導性を有するスルホン酸基含有炭素質材料を得ることができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェノール樹脂を炭化処理及びスルホン化処理して得られることを特徴とするスルホン酸基含有炭素質材料。
【請求項２】
前記フェノール樹脂がノボラック型であることを特徴とする請求項１に記載のスルホン酸基含有炭素質材料。
【請求項３】
前記フェノール樹脂がレゾール型であることを特徴とする請求項１に記載のスルホン酸基含有炭素質材料。
【請求項４】
フェノール樹脂を炭化処理及びスルホン化処理することを特徴とする請求項１又は２又は３に記載のスルホン酸基含有炭素質材料の製造方法。
【請求項５】
フェノール樹脂を３００〜６００℃の温度において炭化処理を行い、その後濃硫酸又は発煙硫酸により、４０〜２５０℃の温度においてスルホン化処理することを特徴とする請求項４に記載のスルホン酸基含有炭素質材料の製造方法。
【請求項６】
発煙硫酸によりスルホン化処理することを特徴とする請求項５に記載のスルホン酸基含有炭素質材料の製造方法。
【請求項７】
請求項１又は２又は３に記載のスルホン酸基含有炭素質材料を含む固体酸触媒。
【請求項８】
請求項７に記載の固体酸触媒の存在下にオレフィンの水和反応を行うことを特徴とするオレフィン水和生成物の製造方法。
【請求項９】
請求項７に記載の固体酸触媒の存在下にオレフィンのエーテル化反応を行うことを特徴とするエーテル類の製造方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の固体酸触媒の存在下にカルボン酸とアルコールとをエステル化反応することを特徴とするエステル類の製造方法。
【請求項１１】
請求項７に記載の固体酸触媒の存在下にカルボン酸とオレフィンとをエステル化反応することを特徴とするエステル類の製造方法。
【請求項１２】
請求項７に記載の固体酸触媒の存在下にエステル結合またはエーテル結合を含有する有機化合物の加水分解反応を行うことを特徴とする、アルコールおよび／または脂肪酸の製造方法。
【請求項１３】
請求項１又は２又は３に記載のスルホン酸基含有炭素質材料を含むプロトン伝導材料。
【請求項１４】
請求項８により得られたオレフィン水和物の脱水素反応を行うことを特徴とするケトン類を製造する方法
【請求項１５】
オレフィン水和物が２−ブタノールであり、脱水素反応により得られたケトンがメチルエチルケトンである、請求項１４記載のケトン類を製造する方法。
【請求項１６】
請求項７に記載の固体酸触媒の存在下に行うことを特徴とするアラルキルヒドロペルオキシドの酸分解反応によりフェノール類を製造する方法。
【請求項１７】
アラルキルヒドロペルオキシドがクメンヒドロペルオキシドであり、フェノール類がフェノールであるところの請求項１６記載のアラルキルヒドロペルオキシドの酸分解反応によるフェノール類を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフェノール樹脂を炭化処理及びスルホン化処理して得られるスルホン酸基含有炭素質材料、その製造方法、それを含む固体酸触媒、その固体酸触媒を用いるオレフィン水和物、エーテル類及びエステル類の製造方法、その固体酸触媒を用いるエステル結合又はエーテル結合を含有する有機化合物の加水分解反応を行うことによりアルコール及び／または脂肪酸を製造する方法、アラルキルヒドロペルオキシドの酸分解反応ならびに前記スルホン酸基含有炭素質材料を含むプロトン伝導材料に関する。さらには上記固体酸触媒を用いて得られたオレフィン水和物を脱水素してケトン類を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
硫酸は様々な化学反応に広く用いられている重要な触媒である。しかし一般的に大量に必要とすること、装置の腐食の問題があること、反応後の生成物からの分離、回収、精製、再利用の工程、生成物中に残留する硫酸の中和、およびそれにより生成する塩の除去および廃棄、排水処理などの工程を必要とすること、さらにこれら工程では多くのエネルギーを要することなど多くの問題がある。
固体酸触媒は、硫酸等の鉱酸触媒の代替として利用することにより、装置の腐食がなく、上記の反応後の種々の工程が省略もしくは大幅に簡略化されることから、各種化学反応に対する触媒として有用であり、様々な固体酸が開発されている。代表的な固体酸としては、シリカ・アルミナ、結晶性アルミノ珪酸塩（ゼオライト）、ヘテロポリ酸などの無機化合物がある。
一方、オレフィンの水和反応はアルコール類やケトン類の製造のために工業的に重要な反応であり、この反応には酸触媒が使用される。イソプロピルアルコール又は２−ブタノールは、プロピレンまたはｎ−ブテンの水和を利用した各種方法によって製造される（非特許文献１、非特許文献２）。水和反応工程の多くのプロセスでは硫酸を触媒として使用しているが、前記の問題点の他に副生物が多い問題もあり、これらの問題を解消する目的で、固体酸触媒も一部使用されている。この場合、前記した無機固体酸触媒は一般には水の存在下には活性が低下することから使用されず、無機担体にリン酸を担持した触媒等が使用されるが、反応中にリン酸が担体上から脱離する問題がある。さらに架橋ポリスチレン骨格上にスルホン酸基を有するポリマーである強酸型イオン交換樹脂も使用されるが、耐熱性が低い、高価である等の問題から使用範囲が限定されている。耐熱性を有するフッ素置換オレフィンポリマーをベースとする超強固体酸「ナフィオン」（デュポン社登録商標）なども開発されているが、工業用途に利用するには高価に過ぎる。
そうした中、芳香族化合物や糖類といった有機物を比較的低温で炭化処理およびスルホン化処理して得られるスルホン酸基を含有する炭素質材料が開発され、触媒として種々の化学反応に高活性であること、耐熱性に優れること、低コストであること等から最近注目を集めており、脂肪酸のエステル化反応、エステルの加水分解反応、アルキル化反応、オレフィンの水和反応等の触媒としての評価が試みられている（非特許文献３、非特許文献４、非特許文献５、特許文献１、特許文献２）。しかし、例えばオレフィンの水和反応については、２，３−ジメチル−２−ブテンを水和して低い収率で２，３−ジメチル−２−ブタノールを得た例が報告されているのみであり、実用性の観点から、更に活性の高い固体酸触媒の開発が望まれている。ところで、ノルマルブテンを水和すると２−ブタノールが得られ、この２−ブタノールを脱水素するとメチルエチルケトンが得られることは良く知られている。メチルエチルケトンは塗料やインク、接着剤等の溶剤として、また、各種用途の洗浄剤として極めて重要な工業薬品である。現在、２−ブタノールは硫酸を触媒として用いる方法やヘテロポリ酸触媒を用いる方法などで生産されている。しかしながら硫酸法は廃硫酸の問題や装置の腐食の問題が有り、一方ヘテロポリ酸法は超臨界状態を用いるなど高度な技術的を伴うものであり、安価で効率的な２−ブタノールの製造技術が望まれている。
また、クメンヒドロペルオキシドを分解してアセトンとフェノールを製造する方法は工業的に極めて重要な化学プロセスである。この反応は酸触媒下で進行し、現在は希硫酸が用いられている（非特許文献７）。硫酸水溶液は腐食性が大きくまた廃硫酸の問題がある。また反応液から生成物の分離に多大なエネルギーを要するなどの問題があり、代替の固体酸触媒が望まれている。
また、特許文献２および特許文献３には、種々の有機物を炭化処理およびスルホン化処理して得られるスルホン酸基を含有する炭素質材料を含むプロトン（イオン）伝導性材料が開示され、固体電解質として電池への応用も開示されている。しかしこれらのプロトン伝導材料の伝導性は未だ十分ではなく、さらに優れた伝導性を示す材料の出現が待たれている。
一方、特定の有機物を高温で加熱することにより、比表面積の大きな炭化物（所謂活性炭）が得られることは古くから知られており、フェノール樹脂を原料に用いた炭化物も開示されている（例えば非特許文献６、特許文献４）。これらの文献に開示される炭化物は、フェノール樹脂を７００℃を越える極めて高い温度で熱処理して得られるものであり、これをスルホン化処理しても多くのスルホン酸基は導入されず、種々の化学反応に対する高い触媒活性や、プロトン伝導性を付与することはできない。この点で前記スルホン化炭素質材料とは大きく異なる。
【非特許文献１】触媒，１８（６），１８０（１９７６）
【非特許文献２】石油学会誌，３４（３），２０１（１９９１）
【非特許文献３】堂免他，「カーボン系固体強酸の合成条件と触媒作用」，日本化学会第８５回春季年会（２００５），２Ｂ５−４３
【非特許文献４】Ｈａｒａ，Ｍ．ｅｔ  ａｌ．Ｎａｔｕｒｅ，４３８（１０），１７８，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ（２００５）
【非特許文献５】原他，ＰＥＴＲＯＴＥＣＨ，２９（６），４１１（２００６）
【非特許文献６】遠田他，「廃フェノール樹脂の炭化・賦活挙動について」，第１６回廃棄物学会研究発表会講演論文集（２００５），７５８，Ｃ１−８
【非特許文献７】新石油化学プロセス、ｐ２３９（１９８６）、幸書房
【特許文献１】特開２００４−２３８３１１号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ  ２００５／０２９５０８  Ａ１号公報
【特許文献３】特開平３−１６７７１２号公報
【特許文献４】特開平５−４３３４８号公報
【発明の開示】
【０００３】
本発明の課題は、固体酸触媒としてオレフィンの水和等の各種反応に対し高い活性を有し、また優れたプロトン伝導性を有するスルホン酸基含有炭素質材料を提供すること、及びそれを含む固体酸触媒を用いた、オレフィンの水和反応等により得られる化合物の効率的な製造方法を提供することにある。またそれにより安価で効率的なケトンの製造方法を提供すること、さらには、安価で効率的なフェノール類の製造方法を提供することにある。
前記従来技術の問題点に鑑み、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、フェノール樹脂を炭化処理及びスルホン化処理することにより、水和反応等の各種化学反応に高い活性を有し、またプロトン伝導材料として高いプロトン伝導性を有するスルホン酸基含有炭素質材料が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明の第１は、フェノール樹脂を炭化処理及びスルホン化処理して得られることを特徴とするスルホン酸基含有炭素質材料である。
本発明の第２は、前記フェノール樹脂がノボラック型であることを特徴とする前記第１の発明のスルホン酸基含有炭素質材料である。
本発明の第３は前記フェノール樹脂がレゾール型であることを特徴とする前記第１の発明のスルホン酸基含有炭素質材料である。
本発明の第４は、フェノール樹脂を炭化処理およびスルホン化処理することを特徴とする前記第１又は第２または第３の発明のスルホン酸基含有炭素質材料の製造方法である。
本発明の第５は、フェノール樹脂を３００〜６００℃の温度において炭化処理を行い、その後濃硫酸又は発煙硫酸により、４０〜２５０℃の温度においてスルホン化することを特徴とする前記第４の発明のスルホン酸基含有炭素質材料の製造方法である。
本発明の第６は、発煙硫酸によりスルホン化処理することを特徴とする前記第５の発明のスルホン酸基含有炭素質材料の製造方法である。
本発明の第７は、前記第１又は第２又は第３の発明のスルホン酸基含有炭素質材料を含む固体酸触媒である。
本発明の第８は、前記第７の発明の固体酸触媒の存在下にオレフィンの水和反応を行うことを特徴とするオレフィン水和生成物の製造方法である。
本発明の第９は、前記第７の発明の固体酸触媒の存在下にオレフィンのエーテル化反応を行うことを特徴とするエーテル類の製造方法である。
本発明の第１０は、前記第７の発明の固体酸触媒の存在下にカルボン酸とアルコールとをエステル化反応することを特徴とするエステル類の製造方法である。
本発明の第１１は前記第７の発明の固体酸触媒の存在下にカルボン酸とオレフィンとをエステル化反応することを特徴とするエステル類の製造方法である。
本発明の第１２は、前記第７の発明の固体酸触媒の存在下にエステル結合またはエーテル結合を含有する有機化合物の加水分解反応を行うことを特徴とする、アルコール及び／または脂肪酸の製造方法である。
本発明の第１３は、前記第１又は第２又は第３の発明のスルホン酸基含有炭素質材料を含むプロトン伝導材料である。
本発明の第１４は前記第８の発明により得られたオレフィン水和物の脱水素反応を行うことを特徴とするケトン類を製造する方法である。
本発明の第１５はオレフィン水和物が２−ブタノールであり、脱水素反応により得られたケトンがメチルエチルケトンである、前記第１４の発明のケトン類を製造する方法である。
本発明の第１６は前記第７の発明の固体酸触媒の存在下に行うことを特徴とするアラルキルヒドロペルオキシドの酸分解反応によりフェノール類を製造する方法である。
本発明の第１７はアラルキルヒドロペルオキシドがクメンヒドロペルオキシドであり、フェノール類がフェノールであるところの前記第１６記載のアラルキルヒドロペルオキシドの酸分解反応によるフェノール類の製造方法である。
本発明のスルホン酸基含有炭素質材料は、簡便かつ安価に製造できるため工業用として大量に供給可能であり、固体酸触媒として各種化学反応、中でもオレフィン類の水和反応、エーテル化反応、アルコールのカルボン酸によるエステル化反応、あるいはオレフィンのカルボン酸によるエステル化反応、エステル結合又はエーテル結合を含有する有機化合物の加水分解反応、及びアラルキルヒドロペルオキシドの分解反応等に対し高い活性を有し、これらの反応に触媒として用いた場合には、反応後の中和、精製工程が不要で、触媒の分離が容易で再利用が可能であり、装置の腐食の問題もなく、低コストかつ効率的に目的物を製造することができる。また、本発明のスルホン酸基含有炭素質材料は、プロトン伝導材料として高いプロトン伝導性を有し、安価で高性能な固体電解質として電池等の用途に供することができる。また、本発明により安価で効率的な２−ブタノールの製造が可能になり、その結果、安価で効率的なメチルエチルケトンの製造が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
以下に本発明をさらに詳しく説明する。
本発明のスルホン酸基含有炭素質材料は、出発原料であるフェノール樹脂を炭化処理およびスルホン化処理して得られる。
本発明のスルホン酸基含有炭素質材料を製造するための出発原料に用いられるフェノール樹脂は、フェノール類（フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン等）とアルデヒド類（ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、フルフラール等）とを、酸または塩基触媒を用いて付加縮合反応させて得られる樹脂、及びそれらの変性樹脂の総称である。本発明に使用するフェノール樹脂は、これらのいずれであってもよく、さらにはフェノール類と分子内に炭素−炭素二重結合を２以上有する環状炭化水素とを、フリーデルクラフツ型触媒を用いて反応させて得られる、所謂特殊フェノール樹脂であってもよい。中でもフェノールとホルムアルデヒドの付加縮合により得られる、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂が好ましい。詳しくは、フェノールとホルムアルデヒドとを酸触媒を用いて付加縮合して得られるノボラック型フェノール樹脂、及びフェノールとホルムアルデヒドとを塩基性触媒を用いて付加縮合して得られるレゾール型フェノール樹脂が好ましく、ノボラック型フェノール樹脂が特に好ましい。ノボラック型フェノール樹脂は、これを三次元架橋するための硬化剤との組成物として供給される場合と、硬化剤を含有しない形で供給される場合とがあるが、本発明に使用するフェノール樹脂はそのどちらであってもよい。硬化剤を使用する場合、硬化剤としては加熱によりホルムアルデヒドを生成する化合物が好ましく、具体例としてはヘキサメチレンテトラミン、パラホルムアルデヒドなどが挙げられるが、ヘキサメチレンテトラミンが特に好ましい。一方、レゾール型フェノール樹脂は、硬化剤を使用せずに単独で加熱することにより三次元架橋構造を生成することが可能であるので、通常は硬化剤を含まない形で供給される。これらのフェノール樹脂の形態は液状であっても、固体であってもよく、また有機溶剤を含有するもの（ワニス）であってもよい。固体の場合には、粒状、粉状、顆粒状、球状、板状、ペレット状等の適宜の形態が使用できる。フェノール樹脂は硬化剤の共存下または非共存下に加熱することにより硬化するが、本発明に用いるフェノール樹脂は、硬化前あるいは硬化後のどちらの形態であってもよい。硬化を行う場合、事前に加熱による硬化を行ってもよいし、また硬化と炭化処理を同時に行ってもよい。工程の簡略化の点を考慮すると、硬化と炭化処理を同時に行うことが好ましい。
本発明に使用するフェノール樹脂は、単独または２種以上を混合して用いることができる。また本発明の目的および効果を損なわない範囲で他の有機物または無機物を併用することも可能であるが、その場合は前記フェノール樹脂が主成分（５０％以上）であることが好ましい。
フェノール樹脂は熱硬化して電気・電子部品等を中心とした用途に利用されることが多いが、硬化後は溶融・再成形不可であり、使用済み樹脂の廃棄が問題になる。本発明のカーボン系固体酸の出発原料としては、このような熱硬化し各種用途に使用後のフェノール樹脂であってもよく、またそれらは他の樹脂、あるいは無機、有機の粒状あるいは繊維状充填材との組成物であってもよい。これら組成物においても、前記フェノール樹脂が主成分（５０％以上）であることが好ましい。
前記フェノール樹脂の炭化処理は、好ましくは窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で加熱することにより行われ、それにより無定形の黒色固体（炭化物）が得られる。
スルホン化は、濃硫酸または発煙硫酸中で加熱することにより行われ、それにより前記炭化物の骨格にスルホン酸基が付加される。炭化処理とスルホン化処理を同時に行う方法、炭化処理の後にスルホン化処理を行う方法のどちらも可能であるが、炭化処理の後にスルホン化処理を行う方法が好ましい。
炭化処理およびスルホン化処理の条件は、使用するフェノール樹脂の種類、目的とするスルホン化炭素質材料の性状により適宜選択されるが、炭化処理とスルホン化処理を別工程にて行う場合について好ましい態様を以下に記載する。
炭化処理のための加熱は、好ましくは窒素、アルゴン等の不活性気体雰囲気下、温度が３００〜６００℃、である。炭化処理の温度が前記範囲の下限に満たない場合には、これをスルホン化処理して得られるスルホン酸基含有炭素質材料の耐熱性が劣る、あるいは水又は有機物への溶解分が多いなどの問題を生じる傾向にある。一方、前記範囲の上限を超える温度の場合には、これをスルホン化処理する際に十分な量のスルホン酸基を付与することができず、得られるスルホン酸基含有炭素質材料の種々の化学反応に対する触媒活性が不十分なものとなる傾向にあり、またプロトン伝導材料としてプロトン伝導性が不十分なものとなる傾向にある。
炭化処理のための加熱時間は、１〜１００時間、好ましくは２〜１５時間である。炭化処理の時間が前記範囲の下限に満たない場合には、これをスルホン化処理して得られるスルホン酸基含有炭素質材料の耐熱性が劣る、あるいは水または有機物等への溶解分が多いなどの問題を生じる傾向にある。一方、前記範囲の上限の時間で必要な炭化は十分進行しており、それを超える時間をかけることは不要である。
スルホン化処理に使用するスルホン化剤は濃硫酸又は発煙硫酸である。製造されるスルホン酸基含有炭素質材料のスルホン酸基含量を大きくするためには、発煙硫酸を使用することが好ましい。これにより、種々の反応に高い触媒活性を有するスルホン酸基含有炭素質材料が得られる。使用する濃硫酸又は発煙硫酸の量は特に限定されないが、スルホン化を行う炭化物の量の５〜１００倍（質量比）、好ましくは１０〜８０倍である。この範囲の下限に満たない場合には、炭化物に十分な量のスルホン酸基を付与することができず、得られるスルホン酸基含有炭素質材料の種々の化学反応に対する触媒活性が不十分なものとなる傾向にあり、またプロトン伝導材料としてプロトン伝導性が不十分なものとなる傾向にある。一方、この範囲の上限を超える場合には、必要以上の濃硫酸又は発煙硫酸を使用することとなり、使用済みの硫酸の処理を含めコスト上昇をもたらす。
スルホン化処理の温度は、４０〜２５０℃、好ましくは８０〜２００℃である。スルホン化処理の温度がこの範囲の下限に満たない場合には、炭化物に十分な量のスルホン酸基を付与することができず、得られるスルホン酸基含有炭素質材料の種々の化学反応に対する触媒活性が不十分なものとなる傾向にあり、またプロトン伝導材料としてプロトン伝導性が不十分なものとなる傾向にある。一方、この範囲の上限を超える温度の場合には、付加したスルホン酸基が分解する傾向となる。またスルホン化処理の操作が困難となる。
スルホン化処理の時間は適宜選択できるが、２．５時間を超え、かつ３０時間以下の範囲で行うのが好ましい。スルホン化処理の時間がこの範囲の下限に満たない場合には、炭化物に十分なスルホン基を付与することができず、酸量が飽和してない。そのため得られるスルホン酸基含有炭素質材料としては不十分なものとならざるを得ない。またプロトン伝導材料としてプロトン伝導性が不十分なものとなる傾向にある。一方、この範囲の上限の時間で必要なスルホン化は十分進行しており、それを超える時間を掛けることは不要である。
炭化およびスルホン化処理工程後には、好ましくは熱水で、洗浄することにより余剰の硫酸を除去し、さらに乾燥することによって、本発明のスルホン化炭素質材料を得ることができる。熱水による洗浄は、例えばソックスレー抽出法等により、約１００℃での還流下で行うのが簡便である。加圧下にさらなる高温で洗浄することにより、洗浄時間を短縮することも可能である。
一般に有機物を加熱により炭化処理する際の炭化の程度は、黒鉛化度により表されることが多く、黒鉛化度を示すひとつの指標として、ラマン分光分析法において波数１５８０ｃｍ−１付近に現れるＧピークと１４００ｃｍ−１付近に現れるＤピークの強度比が利用される。例えば非特許文献５に開示されている、出発原料として、芳香族炭化水素、重油、石油ピッチ、グルコース等を使用した従来のスルホン酸基を含有する炭素質材料においては、このラマン分光分析法による黒鉛化度が測定され、あるいはそれを用いたカーボンシートの大きさの推定がなされている。しかし、本発明のスルホン酸基含有炭素質材料については、明確なラマンスペクトルが得られず、この指標による炭化の程度の確認ができない。このことから、本発明のスルホン酸基含有炭素質材料は、従来のスルホン酸基を含有する炭素質材料とは、その構造が異なると考えられる。
本発明のスルホン酸基含有炭素質材料は、エックス線回折パターンからはいかなる構造も確認することができず、実質的に無定形である。
本発明のスルホン酸基含有化炭素質材料の酸基含有量は、１ｍｍｏｌ／ｇ以上、好ましくは１．５ｍｍｏｌ／ｇ以上である。酸基の含有量が前記範囲の下限未満の場合には、固体酸としての種々の化学反応に対する触媒活性が不十分となる傾向にある。また、プロトン伝導材料としてのプロトン伝導性が不十分となる傾向にある。なおここでいう酸基含有量とは、スルホン酸基含有炭素質材料を逆滴定法により測定するものであり、スルホン化処理により生成するスルホン酸基と、炭化処理時及び／又はスルホン化処理時に生成するカルボン酸基及びフェノール性水酸基を併せたものの含有量を指す。
スルホン酸基含有炭素質材料の硫黄／炭素元子比（モル比）はスルホン化炭素質材料に付加、導入されたスルホン酸基含有量の尺度となる。本発明のスルホン酸基含有炭素質材料の硫黄／炭素元子比（モル比）は１．５×１０−２〜８×１０−２、好ましくは２×１０−２〜７×１０−２である。この範囲の下限未満の場合には、固体酸触媒としての種々の反応に対する活性が不十分である傾向にある。一方、本発明の方法によってこの範囲の上限を超える硫黄／炭素元子比を得ることは困難である。
本発明のスルホン酸基含有炭素質材料は、製造された段階での形状は粉末であるが、これを固体酸触媒として各種反応に使用する際には、その形状は、粉末であってもよく、また顆粒状、球状、板状、ペレット状等に成型されたものであってもよい。これらの形状に成型する場合には、バインダーと呼ばれる無機物質を配合して成型を行ってもよい。このバインダーは成型性の向上、成型された触媒の強度、耐摩擦性等の機械的特性の向上などを目的に配合するものであり、アルミナ、アルミナ・ボリア、シリカ・アルミナ等が好ましく使用される。
以上のようにして得られる本発明のスルホン酸基含有炭素質材料は、固体酸触媒として各種化学反応に有用な程度の酸強度および酸量を有している。本発明のスルホン酸基含有炭素質材料は、疎水性条件下でも固体酸触媒として機能するが、好ましくはオレフィンの水和反応やエーテル化反応、カルボン酸とアルコールとのエステル化反応、及びエステル結合又はエーテル結合を含有する有機化合物の加水分解反応等の各種極性条件下での反応の触媒に特に有用である。即ち、反応基質にアルコール、カルボン酸、水等の極性物質を用いる反応において、優れた活性および耐性を示すので、これら極性反応の触媒として有用である。
以下、本発明のスルホン酸基含有炭素質材料を固体酸触媒として用いたオレフィンの水和反応（オレフィンと水の反応）、エーテル化反応（オレフィンとアルコール類の反応）、エステル化反応（カルボン酸とアルコールの反応）、及びエステル結合又はエーテル結合を含有する有機化合物の加水分解反応について説明する。
本発明に係るオレフィンの水和反応及びエーテル化反応に用いられるオレフィンは、特に制限はなく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよいが、炭素数２〜５のオレフィン、具体的にはプロピレンや１−ブテン、２−ブテン、イソブテン等のブテン類が好ましい。また、水和反応に用いる水は、特に制限はないが、イオン交換水、蒸留水（蒸気凝縮水を含む）を用いることが好ましい。
本発明に係るエーテル化反応に用いるアルコール類は、特に制限はないが、炭素数１〜４のアルコール類、具体的にはメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ｔ−ブチルアルコール等が好ましい。オレフィンに対する水またはアルコール類のモル比は、特に制限はないが、通常は０．１〜１０、好ましくは０．３〜７、さらに好ましくは１〜５である。
水又はアルコール類の量が少な過ぎると、オレフィンの二量化などの副反応が起こり、多過ぎると生産性が悪くなるので好ましくない。
本発明に係るエステル化反応に用いるアルコール類は、上記アルコール類と同様とすることができる。またカルボン酸は、炭素数１〜４の飽和または不飽和カルボン酸、具体的には酢酸、アクリル酸、メタクリル酸等が挙げられる。酸に対するアルコール類のモル比は、特に制限はないが、通常は０．１〜１００である。カルボン酸には、無水物を用いてもよい。オレフィンと脂肪酸からエステルを製造する場合にも、脂肪酸としては上記したカルボン酸類を使用できる。また、オレフィンにも特に制限はなく、上記と同じように直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよいが、炭素数２〜５のオレフィン、具体的にはプロピレンや１−ブテン、２−ブテン、イソブテン等が好ましく用いられる。
本発明に係る加水分解反応に用いられる基質としては、分子内にエステル結合又はエーテル結合を有する化合物であれば特に限定されないが、分子内にエステル結合を有する化合物の例としては、カルボン酸エステル、リン酸エステル、硫酸エステル等が挙げられる。カルボン酸エステル類のさらに詳細な例を挙げれば、脂肪酸エステル類、脂肪酸グリセリンエステル類等であり、炭素数１〜３０の飽和又は不飽和の脂肪酸、例えば蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、ラウリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、エルカ酸、リノール酸、リノレン酸等のアルキルエステル、グリセリンエステル等が挙げられる。グリセリンエステルにおいては、モノグリセライド、ジグリセライド、トリグリセライドのいずれであってもよい。分子内にエーテル結合を有する化合物の例としては、ジアルキルエーテル類、環状エーテル類の他に、α−又はβ−グリコシド結合を有する多糖類、具体的にはマルトース、セロビオース、デンプン、セルロース等が挙げられる。
加水分解に用いる水の基質に対する比率は特に限定されないが、通常は基質中に含有されるエステル結合又はエーテル結合の当量に対するモル比で０．１〜１００である。
オレフィンの水和反応及びエーテル化反応における反応条件は適宜選択することができる。但し反応温度が２５０℃を超える場合には、反応中にスルホン酸基含有炭素質材料からなる触媒が分解するおそれがある。カルボン酸類をアルコール類によりエステル化反応を行う場合および分子内にエステル結合又はエーテル結合を有する化合物の加水分解反応を行なう場合も反応条件を適宜選択することができる。また、本発明のスルホン酸基含有炭素質材料を含む固体酸触媒を用いた上記の各反応においては反応蒸留の手段を用いることも可能である。
反応圧力は特に制限はなく適宜選択できるが、反応圧力が２０ＭＰａを超える場合には、設備コストが増大するなどの問題が生ずる。
反応相は、気相、液相、気液混相のいずれも採用することができる。アルコールと脂肪酸のエステル化反応の場合には、反応進行に伴い生成する水を適宜に反応系から除去すると反応が進行し易い。
水和反応を行う際、溶媒を使用することもできる。溶媒としては、反応液が水相と油相に分離しないようにするために両親媒性のものが好ましく、例えばエーテル類、グリコールエーテル類、アルコール類、ケトン類などを使用することができる。エーテル化反応の場合も同様に溶媒を使用可能であるが、相分離を起こさなければ溶媒は不要である。
本発明のオレフィンの水和反応は、直接水和法（１段反応）であるため、硫酸触媒を用いた間接水和法（硫酸エステル化および加水分解の２段反応）に比較して工程が簡略である。また、間接水和法では硫酸除去のための中和精製工程と硫酸再利用のための濃縮工程等が必要であり工程が煩雑であるが、本発明の方法では、触媒が固体であるため、濾過や遠心分離等により触媒を容易に分離して再使用することが可能であり、また、触媒除去後の反応液には酸触媒成分が含まれないため、間接水和法のような中和精製工程が不要である。触媒除去後は、蒸留等により適宜精製することができる。反応蒸留も可能である。本発明のオレフィンのエーテル化反応は、反応蒸留または固定床による方法が一般的である。
本名発明のオレフィンの水和反応、エーテル化反応、カルボン酸とアルコールとのエステル化反応、或いはカルボン酸とオレフィンとのエステル化反応及びエステル結合又はエーテル結合を含有する有機化合物の加水分解反応を行う場合の反応器の形態は特に限定されないが、回分式、連続式、半連続式のいずれであってもよい。また槽型反応器、塔型反応器、ループ型反応器などいずれの形状であってもよい。触媒と反応物の接触の形式は、懸濁相、固定床などいずれであってもよい。中でも撹拌設備を備えた槽型反応器内で触媒を懸濁させる形式、あるいは触媒を固定床とし、反応物を連続的に流通させる形式が好ましく採用される。
オレフィンの水和反応、エーテル化反応、カルボン酸とアルコールとのエステル化反応、或いはカルボン酸とオレフィンとのエステル化反応及びエステル結合又はエーテル結合を含有する有機化合物の加水分解反応のいずれの場合も、本発明のスルホン酸基含有炭素質材料を触媒に用いることにより、その高い耐熱性により高温下での運転が可能となり、その結果として反応速度が向上するため、反応器の小型化が実現できる。また、触媒の耐熱性により、触媒交換頻度も低減される。
ここでアラルキルヒドロペルオキシドの酸分解反応について述べる。本発明で用いるアラルキルヒドロペルオキシドとは、アルキル置換芳香族炭化水素化合物の側鎖の第二級あるいは第三級炭素原子がヒドロペルオキシ基で置換したものであり、下記化学式１で表される構造を有する。このものは酸触媒存在下で分解すると対応するフェノール類とケトン或いはアルデヒドが生成する。クメンヒドロペルオキシドからは下記化学式２で表されるようにフェノールとアセトンが生成する。
【化１】
2008102913.tif 000002
ここでＲ１，Ｒ２はアルキル基あるいは水素原子を表し、Ｒ１とＲ２の炭素原子数の合計は１以上である、
【化２】
2008102913.tif 000003
アラルキルヒドロペルオキシドの酸分解反応を行う方法に関して、クメンヒドロペルオキシドを例に触れる。反応は液相状態で行われる。反応器の形態は固体酸触媒を充填した固定相流通式、あるいは触媒を反応液中に懸濁させた回分式攪拌層型反応器、何れも用いることが出来る。反応温度は５０℃から９０℃、望ましくは６０℃から８０℃である。クメンヒドロペルオキシドの酸分解反応は発熱反応であるので、必要であれば反応熱による温度上昇を緩和するために不活性希釈剤で反応液を希釈することが望ましい。回分式反応器を用いた場合、適切な沸点を有する希釈剤を使用し、その希釈剤を沸騰させ還流させることにより、反応温度を維持し且つ反応熱を除去することが可能である。回分式反応の場合、固体酸触媒として用いる本発明のスルホン酸基含有炭素質材料の使用割合は、仕込んだヒドロペルオキシドの１／１００から１（重量比）である。反応時間は１５分から８時間が望ましい。固定相流通式の場合、反応原料混合液のＬＨＳＶは０．１から１．０（Ｌ−ｆｅｅｄ／Ｌ−触媒／Ｈｒ）が望ましい。
ここでケトンの製造について触れる。本発明のスルホン酸基含有炭素質材料からなる固体酸触媒を用い、前記の方法を用いてオレフィンの水和反応で第二アルコールを製造することが出来る。この第二アルコールを脱水素反応することにより対応するケトンを製造することが出来る。例えば、プロピレンの水和反応で得られた２−プロパノールを脱水素することによりアセトンが得られる。また、ノルマルブテンの水和反応で得られた２−ブタノールを脱水素することによりメチルエチルケトンを製造することが出来る。脱水素反応は一般的に知られている方法で行うことが出来る。例えば銅‐亜鉛系触媒を用い、反応温度３００−５００℃、圧力０−１ＭＰａで行うことが出来る。この脱水素反応は吸熱反応であるため化学平衡の面からは高温ほど有利であるが、過度な高温は分解反応を併起したり、触媒の焼結が起こったりして好ましくなく、上記した温度範囲が好ましい。また、脱水素反応であるので低圧ほど反応は有利に進む。
本発明のスルホン酸基含有炭素質材料からなる固体酸触媒を用いて製造されたアルコールは従来の硫酸を用いる方法や，超臨界条件を用いるヘテロポリ酸を用いる方法で製造されたアルコールに比べ、その製造方法が簡便で装置の腐食も無くまた廃棄物の少ない方法であるため安価であり、それを脱水素して製造されるケトンも安価に製造することが出来る。すなわち、安価で環境負荷の少ない経済的に有利な、ノルマルブテンからメチルエチルケトンを製造する方法を提供できるものである。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、これに限定されるものではない。比較例１は特許文献２および３に、比較例２、６〜７、及び９は特許文献２に、比較例３，４、及び８は特許文献２及び非特許文献５に、比較例５は特許文献４および非特許文献６に、それぞれ対応するものであり、比較例１０は公知の固体酸触媒である。
（スルホン酸基含有炭素質材料の分析方法）
実施例および比較例で得られた各スルホン酸基含有炭素質材料について、以下の分析を実施した。
１．粉末エックス線回折分析
分析にはマックサイエンス社製エックス線回折装置（ＭＸＰ１８ＶＡＨＦ）を使用した。
２．酸基含有量の測定
逆滴定法により測定した。
３．元素分析
分析にはＥｌｅｍｅｎｔａｒ  Ｖａｒｉｏ  ＥＬを使用した。結果を硫黄原子と炭素原子の比（Ｓ／Ｃ比）で表した。この値はスルホン酸基含有炭素質材料に付加、導入されたスルホン酸基含有量の尺度となる。
４．黒鉛化度
黒鉛化度を調べる目的でラマン分光分析を行った。なお、分析にはレーザーラマン分光分析装置  ＨＯＬＯＬＡＢ５０００Ｒを用いた。通常は黒鉛化度の尺度として、１４００ｃｍ−１付近のＤピークと１５８０ｃｍ−１付近のＧピークとのピーク強度比を使用するが、原因は不明であるが、本発明の各スルホン酸基含有炭素質材料は、実施例に示すように、明確なスペクトルを与えず、炭化度を算出することができなかった。一方、各比較例のスルホン化炭素質材料については、ＤピークとＧピークが明確に認められた。
５．プロトン伝導度
実施例６，７および比較例８，９のスルホン酸基含有炭素質材料について、交流インピーダンス法によって測定を行った。温度５０℃において、１００％相対湿度下に、以下の操作により測定した。
（サンプル前処理）
粉末のサンプル０．１ｇを錠剤成型機を用いて直径１４ｍｍ・厚さ５０〜８００μｍの錠剤に成型する（圧力５５０ｋｇｆ／ｃｍ２、保持時間５分）。これをガラス容器に入れ、更に蒸留水を加えた栓付きの容器内に入れ、５０℃の恒温槽内に１２時間以上保持する。
（プロトン伝導度測定）
ジャケット式ガラスセル内に小型容器（蒸留水入り、蓋開放）を入れ、セル内温度を５０℃に保持し、１２時間以上待つ。前処理済みのサンプルを２枚の白金板（厚さ０．０５ｍｍ）に挟み、更に白金板の上下をステンレス板（厚さ１〜１．５ｍｍ）で挟み込む。これを専用冶具に取り付け、リード線を接続し、ジャケット式ガラスセルに入れ１時間待つ。ＡＣ電圧を印加してインピーダンス測定を実施し、得られたインピーダンスよりプロトン伝導度を算出する。結果を表１および表２に示す。
【実施例】
【０００５】
（実施例１）
（スルホン酸基含有炭素質材料の製造）
ノボラック型フェノール樹脂に硬化剤ヘキサメチレンテトラミン８質量％を配合した組成物（大日本インキ化学工業社製フェノライト（登録商標）ＴＤ−７３９Ａ）の粉末４０ｇを、容量１０００ｍｌのナス型フラスコ中に取り、窒素流通下に４００℃、４ｈｒ加熱処理して８．４ｇの炭化物を得た。この黒色粉末状の炭化物３．０ｇに発煙硫酸１５０ｇを加え、窒素雰囲気下で１５０℃，７．５ｈｒ加熱処理してスルホン化を行った。スルホン化後、黒色固形物をガラスフィルターにてろ過し、ソックスレー抽出器を使用して還流下（約１００℃）で熱水による洗浄を繰り返し行い、洗浄液中に硫酸が検出されなくなることを確認した。これを乾燥し、黒色粉末のスルホン酸基含有炭素質材料Ａを得た。得られたスルホン酸基含有炭素質材料について、前記の各分析を行った。
粉末エックス線回折分析：  回折パターンからは構造を特定できるピークは検出されず、実質的にアモルファスであることがわかった。この他の実施例及び比較例で得られたスルホン酸基含有炭素質材料Ｂ〜Ｊも同様に実質的にアモルファスであった。
酸基含有量の測定：  結果を表１に示す。なお他の実施例、比較例で得られたスルホン酸基含有炭素質材料についての結果も表１又は表２に示す。
元素分析（Ｓ／Ｃ比）：  結果を表１に示す。なお他の実施例、比較例で得られたスルホン酸基含有炭素質材料についての結果も表１又は表２に示す。
黒鉛化度（ラマン分光分析）：  明確なスペクトルを与えず、ＧピークとＤピークの強度比より炭化度を求めることができなかった。さらに、他の実施例で得られたスルホン酸基含有炭素質材料も同様に明確なスペクトルが得られなかった。一方、比較例で得られたスルホン酸基含有炭素質材料は明確なスペクトルが得られ、炭化度を求めることができた。
（プロピレンの水和反応）
内容積２００ｍｌの攪拌機付きオートクレーブ型反応器に、蒸留水９．０ｇ（０．５モル）とジオキサン（溶媒）１５．０ｇを仕込み、スルホン酸基含有炭素質材料Ａを０．２０ｇ加えて密閉し、窒素置換した後プロピレンを１０．５ｇ（０．２５モル）封入した。次に、７００ｒｐｍで攪拌しながら１２０℃まで昇温し、窒素により５．０ＭＰａに圧力調整を行った後、温度を１２０℃に保ったまま２ｈｒ水和反応を行った。反応終了後、反応液を冷却し、ＴＣＤ検出器付きガスクロマトグラフにより生成物の定量分析を行った。その結果、単位触媒量、単位時間当たりに換算したイソプロピルアルコールの生成量は、１．４６ｍｍｏｌ／ｇ−ｃａｔ．／ｈｒであった。結果を表１に示す。
（実施例２及び比較例１〜５）
（スルホン酸基含有炭素質材料の製造）
表１に記載した原料、炭化処理およびスルホン化処理条件を用い、それ以外は前記実施例１と同様の操作により、それぞれスルホン酸基含有炭素質材料Ｂ〜Ｇを製造した。なお、原料に使用したノボラック樹脂は、全て実施例１に使用したものと同一のものを使用した。またＡ重油は新日本石油社製油所にて試験用に採取したものを、ナフタレンおよびＤ−グルコースは粉末状の市販試薬をそのまま使用した。
（プロピレンの水和反応）
触媒としてスルホン酸基含有炭素質材料Ａに代えて、前記実施例２および比較例１〜５にて得られたスルホン酸基含有炭素質材料Ｂ〜Ｇを用いた以外は、前記実施例１と同一の条件、操作方法にて、それぞれプロピレンの水和反応を行った。単位触媒量、単位時間当たりに換算したイソプロピルアルコールの生成量を表１に示す。
（実施例３）
（ブテン−１の水和反応）
プロピレンの水和反応に使用したものと同一の反応装置を用い、蒸留水９．０ｇ（０．５モル）とジオキサン（溶媒）１５．０ｇを仕込み、前記実施例２で得たスルホン酸基含有炭素質材料Ｂを０．２０ｇ加えて密閉し、ブテン−１を１４．３ｇ（０．２５モル）封入した。次に、７００ｒｐｍで攪拌しながら１５０℃まで昇温し、窒素により５．０ＭＰａに圧力調整を行った後、温度を１５０℃に維持して２時間水和反応を行った。反応終了後は、反応液を冷却してからＴＣＤ検出器付きガスクロマトグラフを用いて生成物の定量分析を行った。その結果、２−ブタノールの単位触媒量、単位時間当たりに換算した生成量は３．４４ｍｍｏｌ／ｇ−ｃａｔ．／ｈｒであった。
（比較例６）
（ブテン−１の水和反応）
触媒として、スルホン酸基含有炭素質材料Ｂに代えて前記比較例３で得たスルホン化炭素質材料Ｅを用いた以外は、前記実施例３と同一の条件、操作方法にて、ブテン−１の水和反応を行った。その結果、単位触媒量、単位時間当たりに換算した２−ブタノールの生成量は、１．５２ｍｍｏｌ／ｇ−ｃａｔ．／ｈｒであった。
（実施例４）
（ジイソプロピルエーテルの合成）
プロピレンの水和反応に使用したものと同一の反応装置を用い、イソプロピルアルコール１５ｇ（０．２５モル）を仕込み、触媒としてスルホン酸基含有炭素質材料Ｂを０．２０ｇ加えて密閉し、窒素置換した後プロピレンを２１ｇ（０．５モル）を封入した。次に、７００ｒｐｍで攪拌しながら１１０℃まで昇温し、窒素により圧力を５．０ＭＰａに調整した後、温度を１１０℃に維持して２時間エーテル化反応を行った。反応終了後は、反応液を冷却してからＴＣＤ検出器付きガスクロマトグラフにより生成物の定量分析を行った。その結果、単位触媒量、単位時間当たりに換算したジイソプロピルエーテルの生成量は、３．０３ｍｍｏｌ／ｇ−ｃａｔ．／ｈｒであった。
（比較例７）
（ジイソプロピルエーテルの合成）
触媒として、スルホン酸基含有炭素質材料Ｂに代えて、スルホン酸基含有炭素質材料Ｅを用いた以外は、前記実施例４と同一の条件、操作方法にて、ジイソプロピルエーテルの合成反応を行った。その結果、単位触媒量、単位時間当たりに換算したジイソプロピルエーテルの生成量は、１．６０ｍｍｏｌ／ｇ−ｃａｔ．／ｈｒであった。
（実施例５）
（酢酸エチルの合成反応）
内容積５０ｍｌのナス型フラスコ中に、エタノールを７．７ｍｌ仕込み、酢酸をアルコールに対してモル比で１／１０になるように添加し、スルホン酸基含有炭素質材料Ｂを０．２０ｇ加えて加熱した。攪拌しながら還流温度（８０℃）にて１時間反応させた後、水浴で急冷し、反応を停止した。反応終了後、ＦＩＤ検出器付きガスクロマトグラフにより酢酸エチルの収率を算出した。その結果、酢酸エチルの収率は５７％（ｍｏｌ酢酸エチル／ｍｏｌ仕込み酢酸）であった。
（実施例６）
（酢酸エチルの加水分解）
内容積１００ｍｌのナス型フラスコ中に、酢酸エチルを２．６ｇ（０．０３０モル）仕込み、水を２７ｇ（酢酸エチルに対してモル比で５０倍）添加し、さらに前記実施例１で得たスルホン酸基含有炭素質材料Ａを０．２０ｇ加えて加熱した。攪拌しながら還流温度（８０℃）にて２時間反応させた後、氷浴で急冷し、反応を停止した。反応終了後、ＴＣＤ検出器付きガスクロマトグラフを用いて生成物の定量分析を行った。その結果、酢酸エチルの酢酸への転化率（生成酢酸／仕込み酢酸エチル）は６４％であった。
（比較例８）
（酢酸エチルの加水分解）
触媒としてスルホン酸基含有炭素質材料Ａに代えてスルホン酸基含有炭素質材料Ｆを使用した以外は前記実施例６と同様の操作、条件により酢酸エチルの加水分解反応を行った。その結果、酢酸エチルの酢酸への転化率（生成酢酸／仕込み酢酸エチル）は３６％であった。
（実施例７）
（スルホン酸基含有炭素質材料の製造）
炭化処理条件を３５０℃、３０ｈｒとした以外は前記実施例１と同一の原料、条件及び操作方法にて、スルホン酸基含有炭素質材料Ｈを得た。スルホン酸基含有炭素質材料Ｈの性状およびプロトン伝導度の値を表２に示す。
（実施例８および比較例９）
（スルホン酸基含有炭素質材料の製造）
表２に示す原料及び炭化処理、スルホン化処理条件を用いた以外は、前記実施例６と同様の操作により、それぞれスルホン酸基含有炭素質材料Ｉ（実施例８）及びスルホン酸基含有炭素質材料Ｊ（比較例９）を製造した。それらの性状およびプロトン伝導度を表２に示す。
（比較例１０）
（ＮＡＦＩＯＮのプロトン伝導度の測定）
Ｄｕ  Ｐｏｎｔ社製超強酸型フッ素含有ポリマー、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）１１２（厚さ０．００２インチの膜状）について、プロトン伝導度の測定を行った。結果を表２に示す。
（実施例９）
（クメンヒドロペルオキシドの酸分解反応）
クメンヒドロペルオキシドを分解しフェノールを生成する酸分解反応を実施した。１００ｃｃの三口フラスコにエタノール１３．８ｇとスルホン酸基含有炭素質材料Ａからなる固体酸触媒０．２ｇとを仕込み、窒素雰囲気下で７８℃に加熱・撹拌した（エタノールは還流状態にある）。そこへクメンヒドロペルオキシド（含有量８８質量％）１５．２ｇを滴下した。滴下完了から２時間後に反応液を冷却し、ＬＣにより定量分析を行った。その結果、フェノールの収率は４５％（フェノールｍｏｌ／仕込みクメンヒドロペルオキシドｍｏｌ）であった。
（実施例１０）
（メチルエチルケトンの合成反応）
５００ｃｃの撹拌機付きオートクレーブに、蒸留水４５．０ｇ（２．５モル）を仕込み、スルホン酸基含有炭素質材料からなる固体酸触媒Ａを４．０ｇ加えて密閉し、ブテンを９２．５ｇ（１．２５モル）封入した。次いで、７００ｒｐｍで撹拌しながら１５０℃まで昇温し、窒素により５ＭＰａに圧力調整を行った後、１５０℃保ったまま７．５時間水和反応を行った。反応終了後は、反応液を冷却してからＴＣＤ−ＧＣにより定量分析を行い、７．６ｇの２−ブタノールが得られていることを確認した。その後反応液を蒸留し、さらにモレキュラーシーブにて脱水処理することにより純度９０％の２−ブタノールを７．２ｇを得た。
１００ｃｃの撹拌機付きオートクレーブに、その２−ブタノール１．０ｇと銅亜鉛触媒（アルドリッチ製）０．１ｇを加え密閉し、次いで、７００ｒｐｍで撹拌しながら５００℃まで昇温し、１時間脱水素反応を行った。反応終了後は、反応液を冷却してからＴＣＤ−ＧＣにより定量分析を行い、０．５８ｇのメチルエチルケトンが得られていることを確認した。
（実施例１１）
（スルホン酸基含有炭素質材料の製造）
レゾール型フェノール樹脂を用いてスルホン酸基含有炭素質材料を製造した。用いたレゾール型フェノール樹脂は大日本インキ化学工業製スーパーベッカサイト（登録商標）ＴＤ−７７３である。スルホン酸基含有炭素質材料の製造条件は実施例２に記載のスルホン酸基含有炭素質材料Ｂと同様の条件で行い、スルホン酸基含有炭素質材料Ｋを得た。炭化物収率は５０％、酸量は２．９８ｍｍｏｌ／ｇ、硫黄／炭素比は１．７×１０−２であった。
（酢酸エチルの合成反応）
触媒をスルホン酸基含有炭素質材料Ｂに代えてスルホン酸基含有炭素質材料Ｋとした以外は実施例５と同様の条件で、酢酸エチルの合成反応を行った。その結果、酢酸エチルの収率は５６％（ｍｏｌ酢酸エチル／ｍｏｌ仕込み酢酸）であった。
（比較例１１）
触媒をスルホン酸基含有炭素質材料Ｋに代えてスルホン酸基含有炭素質材料Ｅとした以外は実施例１２と同じ条件で、酢酸エチルの合成反応を行った。その結果、酢酸エチルの収率は４３（ｍｏｌ酢酸エチル／ｍｏｌ仕込み酢酸）％で、レゾール型フェノール樹脂を用いて製造したスルホン酸基含有炭素質材料Ｋよりも低かった。
（実施例１２）
（オレフィンと酢酸による酢酸エステルの合成）
スルホン酸基含有炭素質材料Ｂを用いてオレフィンのエステル化反応を行った。１００ｃｃの撹拌機付きオートクレーブに、酢酸３０．３ｇ（０．５０モル）を仕込み、スルホン酸基含有炭素質材料Ｂを０．５ｇ加えて密閉し、プロピレンを１３．０ｇ（０．３１モル）封入した。次いで、２００ｒｐｍで撹拌しながら１３０℃まで昇温し、窒素により２．５ＭＰａに圧力調整を行った後、９０分エステル化反応を行なった。反応終了後は、反応液を冷却してからＦＩＤ−ＧＣにより定量分析を行い、３．２ｇの酢酸イソプロピルが得られていることを確認した。
以上より、本発明のスルホン酸基含有炭素質材料は、従来技術によるスルホン酸基を含有する炭素質材料と比較して、ラマン分光分析において明確なスペクトルを与えない点で構造上の相違点があり、また固体酸触媒として、オレフィンの水和反応及びエーテル化反応、アルコール或いはオレフィンのカルボン酸によるエステル化反応、及びエステル結合又はエーテル結合を含有する有機化合物の加水分解反応に対し高い活性を有すること、及びプロトン伝導材料として優れたプロトン伝導性を有することが明らかになった。また、クメンヒドロペルオキシドなどのヒドロペルオキシドの分解触媒としても極めて有効であることがわかった。
また、本発明のスルホン酸基含有炭素質材料からなる固体酸触媒を用いたオレフィンの水和反応より得られる第二アルコールを脱水素することによりケトン類、特にメチルエチルケトンが経済的に有利に製造できることが明らかになった。
【産業上の利用可能性】
【０００６】
以上説明したように、本発明によれば、オレフィンの水和等の反応に対し固体酸触媒としての活性を有し、また優れたプロトン伝導性を有するスルホン酸基含有炭素質材料およびその製造方法を提供することが可能となる。したがって、本発明のスルホン化炭素質材料は、これらの反応に対する触媒、あるいは電池等の用途に適した固体電解質として特に有用である。また本発明によればオレフィンの水和反応を経由してケトン類、特にメチルエチルケトンを従来法に比し有利に製造できる。
【表１】
2008102913.tif 000004
【表２】
2008102913.tif 000005
【国際調査報告】
2008102913.tif 000006
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2008102913.tif 000008
2008102913.tif 000009
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