(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分子式：
Ｚｒ（Ｘ）２−ｎＹｎ・ｍＨ２Ｏ
（式中、Ｘはフェニルホスホネート、ＹはＨＰＯ４２−又はＨＰＯ３２−、ｎは０．２〜１．８、ｍは０〜５である）を有するホスホン酸ジルコニウムから得られたピロリン酸ジルコニウムを含む、再利用可能で、耐水性で、固体状の、焼成された触媒を準備する工程（ａ）と、
触媒の量をメタノールの０．５〜５重量％の範囲とし、二酸化炭素の圧力を１〜６０ｂａｒの範囲とし、メタノールと二酸化炭素とのモル比を０．２５：１〜１０：１として、工程（ａ）で準備した触媒の存在下で、メタノールと二酸化炭素とを接触させる工程（ｂ）と、
工程（ｂ）で得られた反応混合物を、８０〜２００℃の範囲の温度に３〜１２時間の間供し、その後、温度を低下させて、未反応の二酸化炭素を排出又は再利用し、残留メタノール、副生した水及び触媒から、生成物の炭酸ジメチルを分離する工程（ｃ）と、
を含む、触媒の４６重量％以上の収率かつ１００重量％の選択率で炭酸ジメチルを製造するための方法。
【請求項２】
前記反応を、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン及びジメチルスルホキシドから成る群から選択される溶剤の任意の存在下で行うことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記反応を、モレキュラーシーブ及び２，２−ジメトキシプロパンから成る群から選択される捕水剤の任意の存在下で行うことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記反応を、溶剤及び捕水剤のいずれか又はこれら両方の任意の存在下で行うことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記固体触媒は、疎水性であり、０．１〜５重量％の範囲の水分吸着容量を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記固体触媒は、安定かつ再利用可能であり、酸性サイト及び塩基性サイトの両方を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記固体触媒の全酸点の密度が０．０５〜０．３５ｍｍｏｌ／ｍ２の範囲であり、塩基度が０．０５〜０．５ｍｍｏｌ／ｇ−触媒の範囲であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記固体触媒の表面積が２０〜２００ｍ２／ｇの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記反応で使用する二酸化炭素は、１００％純粋であるか、又は、二酸化炭素及びその他のガスの混合物であり、該その他のガスが、一酸化炭素、水素、炭化水素及び水であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
炭酸ジメチルの収率が、２．２９ｇ／ｇ−触媒以上又は触媒の２２９重量％以上であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体触媒の存在下で炭酸ジメチルを製造する方法に関する。
【０００２】
特には、本発明は、分子式：
Ｚｒ（Ｘ）２−ｎＹｎ・ｍＨ２Ｏ
（式中、Ｘはホスホネート、ＹはＨＰＯ４２−又はＨＰＯ３２−、ｎの値は０．２〜１．８、ｍの値は０〜５である）を有するホスホン酸ジルコニウムから得られた、固体状の焼成された触媒の存在下で、メタノールと二酸化炭素とを接触させる工程を含む、向上した、環境に優しい炭酸ジメチルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
炭酸ジメチル［（ＣＨ３Ｏ）２ＣＯ］は、多数の産業用途に使用されている。例えば、ポリウレタン及びポリカーボネートの製造では、有毒なホスゲンの代替物として使用されている。また、「グリーン（低公害）」な溶剤として、並びに、メチル化反応、エステル化反応、カルボメトキシ化反応及びカルボニル化反応のための環境に優しい反応剤として、使用されている。また、炭酸ジメチルは、含酸素系燃料添加剤として、ＭＴＢＥの代替物質にもなり得る。炭酸ジメチルの大量生産方法として、三つの方法が知られている。まず、従来の方法として、メタノールのホスゲン化を用いた方法がある。第二の方法として、ＣｕＣｌ（米国特許第5,536,864号）、一酸化窒素（宇部興産株式会社）又は活性炭に担持された銅（米国特許第5,183,920号及び米国特許第5,543,548号）触媒を用いて、メタノールを液相又は気相にて酸化的にカルボニル化する方法がある。第三の方法として、Ｐｄ２＋触媒及び亜硝酸エステル促進剤（並びにＣＯ＋Ｏ２）を用いた、宇部興産株式会社により開発された大量生産方法がある。これらの方法はいずれも高い収率での炭酸ジメチルの製造を可能にするが、プロセスで用いられる化学物質及びベント排出物は有毒又は腐食性である。
【０００４】
現在、旭化成株式会社（米国特許第5,847,189 A号及び米国特許第6,479,689 B1号）により、環状カーボネートとメタノールとのエステル交換反応が実施されている。炭酸ジメチルは、高い収率で製造される。僅かな発熱を伴うこの反応は、有毒又は腐食性の化学物質を生じることなく、液相で行われる。しかし、等モル量のアルキレンジオールが一緒に生成してしまう。また、エポキシド、二酸化炭素及びメタノールのワンポット反応（米国特許第7,145,028号、米国特許第6,607,279 B1号、米国特許第4,434,105号及び米国特許第6,407279 B1号）は、適度な収率での炭酸ジメチルの製造を可能にする。しかし、この反応でも、アルキレンジオールが一緒に生成してしまう。また、触媒の存在下でメタノールと尿素とを反応させて、炭酸ジメチルを得ることができる。副生物であるアンモニアは、尿素の製造に再利用することができる（米国特許第7,314,947号及び米国特許第7,074,951号）。しかしながら、炭酸ジメチルとアンモニアとの反応により、不要なカルバメート及びイソシアネートが生成してしまう。こうした炭酸ジメチルの合成方法は、いずれも原子効率の良いものではない。副生物及びその分離は、プロセスの経済面にも影響を及ぼす。
【０００５】
メタノールと二酸化炭素を反応させて直接炭酸ジメチルを合成することが、最も簡単で望ましい方法である。この反応では、水が副生物として生じる。上述した方法に比べて、この反応は原子効率が良い。しかしながら、熱力学的な制限により、この反応での炭酸ジメチルの収率は低い。二酸化炭素及びメタノールを同時に活性化し、制限を解消することが可能な、高効率な触媒の開発が所望されている。また、低公害な化学物質の製造原料として、温暖化ガスである二酸化炭素を用いることで、地球温暖化及び大気中の二酸化炭素レベルの低減にいくらかのプラスの効果をもたらすと考えられる。
【０００６】
米国特許第7,605,285 B2号は、メタノールと炭酸ジメチルを同時に製造するための方法及び装置を提供する。合成ガスを触媒上で反応させてメタノールを合成し、このメタノールに二酸化炭素を加えて炭酸ジメチルを製造する方法において、改質器の反応管を加熱するための燃焼輻射部より排出される燃焼排ガス中の二酸化炭素を回収する。ただし、炭酸ジメチルの収率は、熱力学的な制限により限定される。
【０００７】
米国特許出願公開第2011/0196167 A1号には、有効量のメタノール及び二酸化炭素を反応容器に入れ、該反応容器中において、不均一触媒の存在下で、メタノール及び二酸化炭素を反応させて炭酸ジメチルを生成させる、炭酸ジメチルの製造方法が記載されている。ここで、該不均一触媒は、酸性サイト及び塩基性サイトの両方を提供する。この触媒は、Rh/Al2O3、Pd/Al2O3、Pt/Al2O3、Ni/Al2O3、Rh/SiO2、Rh/ZSM-5、Rh-K/Al2O3、Ni/SiO2-Al2O3、Mo2C/Al2O3、Pd/V2O5、Pd/TiO2、Pd/V2O5-TiO2、Pd/TiO2-ZrO2、Pt/Al2O3、Re/Al2O3、MoO3/Al2O3、MoO3/ZSM-5、MoO3/SiO2及びこれらの組み合わせから成る群から選択される。反応は、常温及び約８０℃〜約２８０℃の温度で行われる。８０℃では、炭酸ジメチルが選択的生成物であるが、それより高い温度では、不要なジメチルエーテルの生成が大量に検知された。
【０００８】
以下の文献を参照されたい。Fang及びFujimoto（Appl. Catal. A: Gen. Vol. 142, Year 1996, Page L1）は、ヨウ化メチル及びＫ２ＣＯ３を促進剤として用いて、メタノール及び二酸化炭素から炭酸ジメチルを合成した。この反応は速かったものの、失活も非常に速かった。こうした反応の不均一触媒として、酸性の性質及び塩基性の性質の両方を有するジルコニア系材料が用いられてきた（Tomishigeら, J. Catal. Vol. 192, Year 2000, page 355; Ikedaら, J. Phys. Chem. BVol. 105, Year 2001, page 10653; Jiangら, Appl. Catal. A: Gen., Vol. 256, Year 2003, page 203）。しかし、これら触媒でのＤＭＣの収率は低かった。
【０００９】
”A novel method of direct synthesis of dimethyl carbonate from methanol and carbon dioxide catalyzed by zirconia”と題するKeiichi Tomishige、Tomohiro Sakaihori、Yoshiki Ikeda及びKaoru Fujimotoによる論文（Catalysis Letters, Year 1999, Volume 58, Issue 4, pp 225-229）には、ＺｒＯ２触媒を用いた、メタノール及びＣＯ２からの炭酸ジメチルの高選択な合成が報告されている。この反応では、ジメチルエーテル及びＣＯの量は、検出限界を下回った。同文献にはさらに、ＮＨ３及びＣＯ２の昇温脱離の結果に基づいて、ＺｒＯ２表面の酸−塩基ペアサイトが触媒活性に関係する可能性あることが報告されている。また、研究対象とされたあらゆる反応条件下で、ジルコニア触媒でのＤＭＣ生成の選択率は１００％であった旨も報告されている。
【００１０】
”Promoting effect of phosphoric acid on zirconia catalysts in selective synthesis of dimethyl carbonate from methanol and carbon dioxide”と題するYoshiki Ikeda、Tomohiro Sakaihori、Keiichi Tomishige及びKaoru Fujimotoによる論文（Catalysis Letters 66 (2000) 59-62）には、リン酸をジルコニア触媒に添加することにより、メタノール及び二酸化炭素からの炭酸ジメチルの高選択率な合成の活性が促進された旨と、Ｈ３ＰＯ４／ＺｒＯ２上では、ジルコニア触媒上に比べて非常に低い温度で反応が進行した旨が報告されている。同文献にはさらに、リン酸による表面酸性度の上昇が、高活性に寄与した旨が示唆されている。Ｈ３ＰＯ４／ＺｒＯ２でのＤＭＣ生成の選択率は、１００％と推定される。触媒は、焼成温度を６００℃とし、Ｐ／Ｚｒ比を０．０５とすることにより最適化された。しかしながら、最適化された触媒を用いても、炭酸ジメチルの最大収率は、ＣＨ３ＯＨ：ＣＯ２（ミリモル比）＝１９２：２００、触媒重量＝０．５ｇ、反応温度＝１７０℃及び反応時間＝２時間の場合で、０．８５ｍｍｏｌ／ｇ−触媒（０．０７６５ｇ−ＤＭＣ／ｇ−触媒）であり、これは、大量生産に遙かに及ばない収率であった。
【００１１】
産業用途における炭酸ジメチルの重要性、並びに、炭酸ジメチルの低い収率、不要なジメチルエーテルの生成及び触媒の失活といった従来方法の問題点に鑑みて、より効率的な固体触媒と該触媒を用いたプロセスとが所望されている。ホスホン酸亜リン酸ジルコニウム又はホスホン酸リン酸ジルコニウム化合物を用いた本発明の方法は、効率が良く、従来の方法の問題点を解決する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の第一の目的は、耐水性固体酸性触媒の存在下で炭酸ジメチルを製造するための、効率的かつ環境に優しい方法を提供することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、炭酸ジメチルが１００％の選択率で生成し、触媒が広範囲の温度及び圧力において安定で、再利用可能で、活性及び選択性を有する、炭酸ジメチルを製造するための触媒によるプロセスを提供することである。
【００１４】
本発明のさらに別の目的は、固体触媒が炭酸ジメチルを選択的に生成させ、ジメチルエーテルを生成しない方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
したがって、本発明は、公知の方法で調製された分子式：
Ｚｒ（Ｘ）２−ｎＹｎ・ｍＨ２Ｏ
（式中、Ｘはホスホネート、ＹはＨＰＯ４２−又はＨＰＯ３２−、ｎは０．２〜１．８、ｍは０〜５である）を有するホスホン酸ジルコニウムから得られた、再利用可能で、耐水性で、固体状の、焼成された触媒を準備する工程（ａ）と、
触媒の量をメタノールの０．５〜５重量％の範囲とし、二酸化炭素の圧力を１〜６０ｂａｒの範囲とし、メタノールと二酸化炭素とのモル比を０．２５：１〜１０：１として、工程（ａ）で準備した触媒の存在下で、メタノールと二酸化炭素とを接触させる工程（ｂ）と、
工程（ｂ）で得られた反応混合物を、８０〜２００℃の範囲の温度に３〜１２時間の間さらし、その後、温度を低下させて、未反応の二酸化炭素を排出又は再利用し、残留メタノール、副生した水及び触媒から、生成物の炭酸ジメチルを公知の手順により分離する工程（ｃ）と、
を含む、高い収率かつ１００重量％の選択率で炭酸ジメチルを製造するための方法を提供する。
【００１６】
本発明の一実施態様においては、上記反応を、溶剤、捕水剤又はこれら両方の任意の存在下で行う。
【００１７】
本発明の別の実施態様においては、使用される溶剤を、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン及びジメチルスルホキシドから成る群から選択する。
【００１８】
使用する捕水剤を、モレキュラーシーブ、２，２−ジメトキシプロパン及び同様の材料から成る群から選択する、請求項１に記載の方法。
【００１９】
本発明のさらに別の実施態様において、上記固体触媒は、疎水性であり、０．１〜５重量％の水分吸着容量を有する。
【００２０】
本発明のさらに別の実施態様において、上記固体触媒は、安定かつ再利用可能であり、酸性サイト及び塩基性サイトの両方を含む。
【００２１】
本発明のさらに別の実施態様において、上記固体触媒の全酸点の密度は０．０５〜０．３５ｍｍｏｌ／ｍ２の範囲であり、塩基度は０．０５〜０．５ｍｍｏｌ／ｇ−触媒の範囲であり、表面積は２０〜２００ｍ２／ｇの範囲である。
【００２２】
本発明のさらに別の実施態様において、上記反応で使用する二酸化炭素は、１００％純粋であるか、又は、二酸化炭素及びその他のガスの混合物であり、該その他のガスは、一酸化炭素、水素、炭化水素及び水である。
【００２３】
本発明のさらに別の実施態様において、上記焼成された固体触媒の組成は、ピロリン酸ジルコニウム相を含む。
【００２４】
本発明のさらに別の実施態様において、炭酸ジメチルの収率は、２．２９ｇ／ｇ−触媒以上である。
【００２５】
本発明のさらに別の実施態様において、本発明は、メタノールが酸性サイト及び塩基性サイトの両方で活性化され、中間体イオンＣＨ３＋及びＣＨ３Ｏ−を生成するという独自の特徴を提供する。二酸化炭素は、塩基性サイトで活性化される。酸性サイト及び塩基性サイトの両方が同時に存在すること及び触媒が疎水性であることにより、効率的な触媒活性及び再利用性を実現することができる。
【００２６】
本発明のさらに別の実施態様において、上記反応は、バッチ又は連続固定床反応モードで行うことができる。
【００２７】
本発明のさらに別の実施態様においては、上記方法を連続固定床反応モードで行った場合、上記触媒をペレット又は押出物の形で用いる。
【００２８】
本発明のさらに別の実施態様において、炭酸ジメチルの選択率は１００重量％である。
【００２９】
本発明のさらに別の実施態様において、本発明は、ジメチルエーテルの生成を伴わない。
【００３０】
本発明のさらに別の実施態様において、上記触媒組成物中のＺｒは、好ましくは、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｌａ及びＣｅから成る群から選択されるその他の金属又は金属イオンに置き換えることができる。
【００３１】
本発明のさらに別の実施態様において、本発明の触媒は、図１に示されているような粉末Ｘ線回析パターン、図２に示されているような赤外線分光法によるフィンガープリント、図３に示されているような３１Ｐマジック角核磁気共鳴スペクトル（３１Ｐ ＭＡＳ ＮＭＲ）、０．０５〜０．３５ｍｍｏｌ／ｍ２の範囲の全酸点密度、０．０５〜０．５ｍｍｏｌ／ｇ−触媒の範囲の塩基度、及び２０〜２００ｍ２／ｇの範囲の表面積により特徴付けられる。
【００３２】
本発明のさらに別の実施態様において、上記触媒は固体であり、上記反応が不均一な状態で起こる。該固体触媒は、遠心ろ過／デカンテーションにより生成物から容易に分離されて、再利用に供される。また、本発明の触媒は、水性媒体中でも安定である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】触媒（実施例１）のＸ線回析パターンである。
【図２】触媒のＦＴＩＲスペクトルである。
【図３】触媒の３１Ｐマジック角核磁気共鳴スペクトルである。
【図４】生成混合物（実施例１０）のガスクロマトグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明は、固体触媒の存在下で炭酸ジメチルを製造する方法を開示する。本発明は、分子式：
Ｚｒ（Ｘ）２−ｎＹｎ・ｍＨ２Ｏ
（式中、Ｘはホスホネート、ＹはＨＰＯ４２−又はＨＰＯ３２−、ｎの値は０．２〜１．８、ｍの値は０〜５である）を有するホスホン酸ジルコニウムから得られた、固体状の、焼成された触媒の存在下で、メタノールと二酸化炭素とを接触させる工程を含む、向上した、環境に優しい炭酸ジメチルの製造方法を開示する。
【００３５】
本発明に至るまでの研究において、本発明の固体状の、焼成されたホスホン酸ジルコニウム触媒は、効率良く、高い炭酸ジメチル収率をもたらし、生成物から容易に分離して再利用することができる。従来の触媒は、貴金属を含有するため高価であるか、又は、副生する水媒体中で安定でない。例えば、本発明の触媒のような、安定性が高くかつ容易に分離可能な触媒は有益である。
【００３６】
本発明の触媒は、炭酸ジメチルの収率の面で効率的である。より広範囲の温度及び圧力において、１００％の選択率で炭酸ジメチルを得ることができる。
【００３７】
本発明は、高い収率かつ１００％の選択率で炭酸ジメチルを製造するための向上した方法であって、
触媒の量をメタノールの０．５〜５重量％の範囲とし、二酸化炭素の圧力を１〜６０ｂａｒの範囲とし、メタノールと二酸化炭素のモル比を０．２５：１〜１０：１の範囲として、分子式：
Ｚｒ（Ｘ）２−ｎＹｎ・ｍＨ２Ｏ
（式中、Ｘはホスホネート、ＹはＨＰＯ４２−又はＨＰＯ３２−、ｎの値は０．２〜１．８、ｍの値は０〜５である）を有するホスホン酸ジルコニウムから得られた、再利用可能で、耐水性で、固体状の、焼成された触媒の存在下で、メタノールと二酸化炭素とを接触させる工程（ａ）と、
工程（ａ）で得られた反応混合物を、８０〜２００℃の範囲の温度に３〜１２時間の間さらして、炭酸ジメチルを得る工程（ｂ）と、
温度を低下させて、未反応の二酸化炭素を排出又は再利用し、残留メタノール、副生した水及び触媒から、生成物の炭酸ジメチルを公知の手順により分離する工程（ｃ）と、
を含む方法を提供する。
【００３８】
本発明の方法は、環境に優しく、大量のジメチルエーテルを生成する従来の方法と違って、殆ど廃棄物を生じない。
【００３９】
ホスホン酸ジルコニウム触媒は、文献（A. Clearfieldら, J. Sold. State Chem. Vol. 117, Year 1995, pp. 275; J. Don Wangら, Mater. Chem. Phys. Vol. 35, Year 1993, pp. 208; K. Nakamuraら, J. Incl. Phenom. Mol. Recog. Chem. Vol. 31, Year 1998, pp. 351）に記載された公知の手順により調製することができる。
【実施例】
【００４０】
以下の実施例は、例示のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。
【００４１】
（実施例１）
本実施例は、分子組成：Ｚｒ（Ｃ６Ｈ５ＰＯ３）０．２９（ＨＰＯ３）１．７１・０．０２Ｈ２Ｏのフェニルホスホン酸亜リン酸ジルコニウム触媒の調製を例示する。典型的な合成において、４ｇのオキシ塩化ジルコニウム（ＺｒＯＣｌ２・８Ｈ２Ｏ）を、ポリエチレンビーカー中に採取した４０ｍｌの水及び９ｍｌの高濃度ＨＦに溶解させて、溶液Ａを調製した。また、１．０６ｇのフェニルホスホン酸及び２６．８ｇの亜リン酸を、１００ｍｌの水に溶解させて、溶液Ｂを調製した。溶液Ａを溶液Ｂに加えた。溶液Ａが含まれたビーカーを、１４ｍｌの水で洗浄し、内容物を反応混合物に加えた。反応混合物を、７０℃で３４時間の間、乾燥するまで加熱した。この物質を、２リットルの水で洗浄し、９０℃で１６時間乾燥させた。触媒を５５０℃で２時間焼成した。酸点密度＝０．２４６ｍｍｏｌ／ｍ２、塩基度＝０．３２ｍｍｏｌ／ｇ、比表面積＝２６ｍ２／ｇ、水分吸着容量＝０．２重量％であった。
【００４２】
（実施例２）
本実施例は、分子組成：Ｚｒ（Ｃ６Ｈ５ＰＯ３）０．９９（ＨＰＯ３）１．０１・０．４Ｈ２Ｏのフェニルホスホン酸亜リン酸ジルコニウム触媒の調製を例示する。典型的な合成において、１ｇのフェニルホスホン酸及び１．０４ｇの亜リン酸を、２０ｍｌの水に溶解させた。これに、５ｍｌの水に溶解させた２．０４ｇのオキシ塩化ジルコニウムを加えた。それから、混合物を、９０℃で３時間加熱し、固体を回収し、水で洗浄して、９０℃で１６時間乾燥させた。触媒を５５０℃で２時間焼成した。酸点密度＝０．０５１ｍｍｏｌ／ｍ２、塩基度＝０．１５ｍｍｏｌ／ｇ、比表面積＝１８８ｍ２／ｇ、水分吸着容量＝０．８重量％であった。
【００４３】
（実施例３）
本実施例は、分子組成：Ｚｒ（Ｃ６Ｈ５ＰＯ３）０．９７（ＨＰＯ３）１．０３・０．１５Ｈ２Ｏのフェニルホスホン酸亜リン酸ジルコニウム触媒の調製を例示する。典型的な合成において、１ｇのフェニルホスホン酸及び０．５２ｇの亜リン酸を、２０ｍｌの水に溶解させた。これに、５ｍｌの水に溶解させた２．０４ｇのオキシ塩化ジルコニウム（ＺｒＯＣｌ２・８Ｈ２Ｏ）を加えた。それから、反応物を９０℃で３時間加熱し、固体を回収し、水で洗浄して、９０℃で１６時間乾燥させた。触媒を５５０℃で２時間焼成した。酸点密度＝０．０５ｍｍｏｌ／ｍ２、塩基度＝０．１７ｍｍｏｌ／ｇ、比表面積＝１９３ｍ２／ｇ、水分吸着容量＝２．１重量％であった。
【００４４】
（実施例４）
本実施例は、分子組成：Ｚｒ（Ｃ６Ｈ５ＰＯ３）０．８（ＨＰＯ４）１．２・０．５Ｈ２Ｏのフェニルホスホン酸リン酸ジルコニウム触媒の調製を例示する。典型的な合成において、５．４３ｇのオキシ塩化ジルコニウムを、ポリエチレンビーカー中に採取した３０ｍｌの蒸留水に溶解させて、溶液Ａを調製した。これに、１２．４ｍｌの４８％ＨＦを加えた。また、２．１６ｇのフェニルホスホン酸を、４５ｍｌの水に溶解させて、溶液Ｂを調製した。これに、８４．６ｍｌの高濃度リン酸を加えた。溶液Ａを、２５℃で１時間かけてゆっくりと溶液Ｂに加えた。溶液Ａが含まれた空ビーカーを、２８ｍｌの水で洗浄し、内容物を上記反応混合物に加えた。反応混合物の全体量は約２００ｍｌであった。この混合物を、７０℃のオイルバスで２日間の間、全ての溶剤が蒸発し、固体が生成するまで加熱した。固体を２Ｌの水で洗浄して、９０℃のオーブン中で１６時間乾燥させた。この物質を５５０℃で２時間焼成した。酸点密度＝０．０９ｍｍｏｌ／ｍ２、塩基度＝０．２０ｍｍｏｌ／ｇ、比表面積＝２００ｍ２／ｇ、水分吸着容量＝０．７重量％であった。
【００４５】
（実施例５）
本実施例は、実施例１に記載の焼成触媒を用いた炭酸ジメチルの調製を例示する。５．２ｇ（１６４ｍｍｏｌ）のメタノール、０．１０２ｇの触媒、１０ｍｌのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（溶剤）及び０．５ｇのモレキュラーシーブ３Ａを、１００ｍｌのステンレススチール製パールオートクレーブに入れた。この反応器を、二酸化炭素（９８体積％で、残りがＣＯ、ＣＨ４、水素及びＨ２Ｏである）で、４０ｂａｒ（１６４ｍｍｏｌ）まで加圧した。反応器の温度を１７０℃まで上昇させて、１２時間反応させた。その後、未反応のガスを排出した。ろ過により、触媒を液体生成物から分離した。ガスクロマトグラフィ（バリアン社製３４００型）を用いて、液体生成物を分析した。内部標準として、ノナン−１−オールを用いた。炭酸ジメチル収率＝２．２９ｇ／ｇ−触媒であった。ガス部分には、検出可能なジメチルエーテル又は一酸化炭素化合物は含まれていなかった。物質収支＞９５重量％であった。
【００４６】
（実施例６）
本実施例は、実施例１に記載の焼成触媒を用いた炭酸ジメチルの調製を例示する。５．２ｇ（１６４ｍｍｏｌ）のメタノール、０．１６０ｇの触媒、１０ｍｌのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（溶剤）及び０．５ｇのモレキュラーシーブ３Ａを、１００ｍｌのステンレススチール製パールオートクレーブに入れた。この反応器を、二酸化炭素（９８体積％で、残りがＣＯ、ＣＨ４、水素及びＨ２Ｏである）で、４０ｂａｒ（１６４ｍｍｏｌ）まで加圧した。反応器の温度を１７０℃まで上昇させて、１２時間反応させた。その後、未反応のガスを排出した。ろ過により、触媒を液体生成物から分離した。ガスクロマトグラフィ（バリアン社製３４００型）を用いて、液体生成物を分析した。内部標準として、ノナン−１−オールを用いた。炭酸ジメチル収率＝１．６２ｇ／ｇ−触媒であった。ガス部分には、検出可能なジメチルエーテル又は一酸化炭素化合物は含まれていなかった。物質収支＞９５重量％であった。
【００４７】
（実施例７）
本実施例は、ＣＯ２圧力を３０ｂａｒとし、メタノール：ＣＯ２のモル比を２：１とした場合の、実施例１に記載の焼成触媒を用いた炭酸ジメチルの調製を例示する。８ｇ（２５０ｍｍｏｌ）のメタノール、０．１６０２ｇの触媒、１０ｍｌのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（溶剤）及び０．５ｇのモレキュラーシーブ３Ａを、１００ｍｌのステンレススチール製パールオートクレーブに入れた。この反応器を、二酸化炭素（９８体積％で、残りがＣＯ、ＣＨ４、水素及びＨ２Ｏである）で、３０ｂａｒ（１２５ｍｍｏｌ）まで加圧した。反応器の温度を１７０℃まで上昇させて、１２時間反応させた。その後、未反応のガスを排出した。ろ過により、触媒及びモレキュラーシーブを液体生成物から分離した。ガスクロマトグラフィ（バリアン社製３４００型）を用いて液体生成物を分析した。内部標準として、ノナン−１−オールを用いた。炭酸ジメチル収率＝１．１２ｇ／ｇ−触媒であった。物質収支＞９５重量％であった。
【００４８】
（実施例８）
本実施例は、ＣＯ２圧力を３０ｂａｒとし、メタノール：ＣＯ２のモル比を４：１とし、捕水剤を用いない場合の、実施例１に記載の焼成触媒を用いた炭酸ジメチルの調製を例示する。１６．０２ｇ（５００ｍｍｏｌ）のメタノール、０．１６０２ｇの触媒及び１０ｍｌのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（溶剤）を、１００ｍｌのステンレススチール製パールオートクレーブに入れた。この反応器を、二酸化炭素（９８体積％で、残りがＣＯ、ＣＨ４、水素及びＨ２Ｏである）で、３０ｂａｒまで加圧した。反応器の温度を１７０℃まで上昇させて、１２時間反応させた。その後、未反応のガスを排出した。ろ過により、触媒を液体生成物から分離した。ガスクロマトグラフィ（バリアン社製３４００型）を用いて液体生成物を分析した。内部標準として、ノナン−１−オールを用いた。炭酸ジメチル収率＝０．８４ｇ／ｇ−触媒であった。物質収支＞９５重量％であった。
【００４９】
（実施例９）
本実施例は、ＣＯ２圧力を３０ｂａｒとし、メタノール：ＣＯ２のモル比を４：１とし、溶剤及び捕水剤を用いない場合の、実施例１に記載の焼成触媒を用いた炭酸ジメチルの調製を例示する。１６．０２ｇ（５００ｍｍｏｌ）のメタノール及び０．１６０２ｇの触媒を、１００ｍｌのステンレススチール製パールオートクレーブに入れた。この反応器を、二酸化炭素（９８体積％で、残りがＣＯ、ＣＨ４、水素及びＨ２Ｏである）で、３０ｂａｒまで加圧した。反応器の温度を１７０℃まで上昇させて、１２時間反応させた。その後、未反応のガスを排出した。ろ過により、触媒を液体生成物から分離した。ガスクロマトグラフィ（バリアン社製３４００型）を用いて液体生成物を分析した。内部標準として、ノナン−１−オールを用いた。炭酸ジメチル収率＝０．７２ｇ／ｇ−触媒であった。物質収支＞９５重量％であった。
【００５０】
（実施例１０）
本実施例は、ＣＯ２圧力を３０ｂａｒとし、メタノール：ＣＯ２のモル比を４：１とし、溶剤を用いず、捕水剤（モレキュラーシーブ）を用いた場合の、実施例１に記載の焼成触媒を用いた炭酸ジメチルの調製を例示する。１６．０２ｇ（５００ｍｍｏｌ）のメタノール、０．１６０２ｇの触媒及び０．５ｇのモレキュラーシーブ３Ａを、１００ｍｌのステンレススチール製パールオートクレーブに入れた。この反応器を、二酸化炭素（９８体積％で、残りがＣＯ、ＣＨ４、水素及びＨ２Ｏである）で、３０ｂａｒまで加圧した。反応器の温度を１７０℃まで上昇させて、１２時間反応させた。その後、未反応のガスを排出した。ろ過により、触媒及びモレキュラーシーブを液体生成物から分離した。ガスクロマトグラフィ（バリアン社製３４００型）を用いて液体生成物を分析した。内部標準として、ノナン−１−オールを用いた。炭酸ジメチル収率＝０．９１ｇ／ｇ−触媒であった。物質収支＞９５重量％であった。
【００５１】
（実施例１１）
本実施例は、ＣＯ２圧力を２０ｂａｒとし、触媒を１重量％とし、溶剤及び捕水剤を用いない場合の、実施例１に記載の焼成触媒を用いた炭酸ジメチルの調製を例示する。１６．０２ｇ（５００ｍｍｏｌ）のメタノール及び０．１６０ｇの触媒を、１００ｍｌのステンレススチール製パールオートクレーブに入れた。この反応器を、二酸化炭素（９８体積％で、残りがＣＯ、ＣＨ４、水素及びＨ２Ｏである）で、２０ｂａｒ（８３ｍｍｏｌ）まで加圧した。反応器の温度を１７０℃まで上昇させて、８時間反応させた。その後、未反応のガスを排出した。ろ過により、触媒を液体生成物から分離した。ガスクロマトグラフィ（バリアン社製３４００型）を用いて液体生成物を分析した。内部標準として、ノナン−１−オールを用いた。炭酸ジメチル収率＝０．４６ｇ／ｇ−触媒であった。物質収支＝９９重量％であった。図４に、生成混合物のガスクロマトグラフを示す。
【００５２】
（実施例１２）
本実施例は、ＣＯ２圧力を２０ｂａｒとし、触媒を１重量％とし、溶剤及び捕水剤を用いない場合の、実施例２に記載の焼成触媒を用いた炭酸ジメチルの調製を例示する。１６．０２ｇ（５００ｍｍｏｌ）のメタノール及び０．１６０ｇの触媒を、１００ｍｌのステンレススチール製パールオートクレーブに入れた。この反応器を、二酸化炭素で２０ｂａｒ（８３ｍｍｏｌ）まで加圧した。反応器の温度を１７０℃まで上昇させて、８時間反応させた。その後、未反応のガスを排出した。ろ過により、触媒を液体生成物から分離した。ガスクロマトグラフィ（バリアン社製３４００型）を用いて液体生成物を分析した。内部標準として、ノナン−１−オールを用いた。炭酸ジメチル収率＝０．０４５ｇ／ｇ−触媒であった。物質収支＝９９重量％であった。
【００５３】
（実施例１３）
本実施例は、ＣＯ２圧力を２０ｂａｒとし、触媒を１重量％とし、溶剤及び捕水剤を用いない場合の、実施例３に記載の焼成触媒を用いた炭酸ジメチルの調製を例示する。１６．０２ｇ（５００ｍｍｏｌ）のメタノール及び０．１６０ｇの触媒を、１００ｍｌのステンレススチール製パールオートクレーブに入れた。この反応器を、二酸化炭素で２０ｂａｒ（８３ｍｍｏｌ）まで加圧した。反応器の温度を１７０℃まで上昇させて、８時間反応させた。その後、未反応のガスを排出した。ろ過により、触媒を液体生成物から分離した。ガスクロマトグラフィ（バリアン社製３４００型）を用いて液体生成物を分析した。内部標準として、ノナン−１−オールを用いた。炭酸ジメチル収率＝０．０５ｇ／ｇ−触媒であった。物質収支＝９９重量％であった。図４に、生成混合物のガスクロマトグラフを示す。
【００５４】
（実施例１４）
本実施例は、ＣＯ２圧力を２０ｂａｒとし、触媒を１重量％とし、溶剤及び捕水剤を用いない場合の、実施例４に記載の焼成触媒を用いた炭酸ジメチルの調製を例示する。１６．０２ｇ（５００ｍｍｏｌ）のメタノール及び０．１６０ｇの触媒を、１００ｍｌのステンレススチール製パールオートクレーブに入れた。この反応器を、二酸化炭素で２０ｂａｒ（８３ｍｍｏｌ）まで加圧した。反応器の温度を１７０℃まで上昇させて、８時間反応させた。その後、未反応のガスを排出した。ろ過により、触媒を液体生成物から分離した。ガスクロマトグラフィ（バリアン社製３４００型）を用いて液体生成物を分析した。内部標準として、ノナン−１−オールを用いた。炭酸ジメチル収率＝０．１６ｇ／ｇ−触媒であった。物質収支＝９９重量％であった。
【００５５】
（実施例１５）
本実施例は、実施例１で報告した触媒の再利用性を、４回の再利用実験で例示する。この研究では、１６．０２ｇ（５００ｍｍｏｌ）のメタノール、０．１６０２ｇの触媒及び５ｍｌのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（溶剤）を、１００ｍｌのステンレススチール製パールオートクレーブに入れた。この反応器を、二酸化炭素で３０ｂａｒ（１２５ｍｍｏｌ）まで加圧した。反応器の温度を１７０℃まで上昇させて、１２時間反応させた。その後、未反応のガスを排出した。ろ過により、触媒を液体生成物から分離した。ガスクロマトグラフィ（バリアン社製３４００型）を用いて液体生成物を分析した。内部標準として、ノナン−１−オールを用いた。アセトン（５ｍｌ）で洗浄し、２５０℃で２時間乾燥させて再生させた触媒を用いて、上述した方法と同じようにして再利用実験を行った。こうした触媒再利用研究を、４回行った。炭酸ジメチル収率＝０．８０５ｇ／ｇ−触媒（未使用又は再利用０回目）、０．８０５ｇ／ｇ−触媒（再利用１回目）、０．８０３ｇ／ｇ−触媒（再利用２回目）、０．８０４ｇ／ｇ−触媒（再利用３回目）、０．７８８ｇ／ｇ−触媒（再利用４回目）であった。
【００５６】
（例１６）
本例は、Yoshiki Ikeda、Tomohiro Sakaihori、Keiichi Tomishige及びKaoru Fujimoto（Catalysis Letters, Vol. 66, Year 2000, pp. 59-62）によって、従来技術において報告された通りに調製した、焼成されたＨ３ＰＯ４／ＺｒＯ２触媒の性能と、実施例１で報告した本発明の触媒の性能とを比較する。この比較実験は、実施例６で説明した実験条件と同様の条件で行った。５．２ｇ（１６４ｍｍｏｌ）のメタノール、０．１６０ｇの焼成Ｈ３ＰＯ４／ＺｒＯ２触媒、１０ｍｌのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（溶剤）及び０．５ｇのモレキュラーシーブ３Ａを、１００ｍｌのステンレススチール製パールオートクレーブに入れた。この反応器を、二酸化炭素（９８体積％で、残りがＣＯ、ＣＨ４、水素及びＨ２Ｏである）で、４０ｂａｒ（１６４ｍｍｏｌ）まで加圧した。反応器の温度を１７０℃まで上昇させて、１２時間反応させた。その後、未反応のガスを排出した。ろ過により、触媒を液体生成物から分離した。ガスクロマトグラフィ（バリアン社製３４００型）を用いて液体生成物を分析した。内部標準として、ノナン−１−オールを用いた。ＤＭＣ収率＝０．１７ｇ／ｇ−触媒であった。ガス部分には、検出可能なジメチルエーテル又は一酸化炭素化合物は含まれていなかった。物質収支＞９５重量％であった。同様の条件での実施例１の焼成触媒の炭酸ジメチル収率は、１．６２ｇ／ｇ−触媒であった。したがって、本発明の触媒は、従来技術の触媒に比べて約１０倍も活性が高く、効率的である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の利点は以下のとおりである。
１．不均一であり、二元機能を有し、疎水性である触媒を用いた方法。
２．再利用可能な触媒による方法。
３．環境に優しい方法。
４．１００重量％の炭酸ジメチル選択率。
５．反応は、バッチ又は連続固定床反応モードで行うことが可能。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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