2023-11-14 九州大学
ポイント
- 硫化水素は毒性が高く、潤滑油添加剤として有用な硫黄化合物の製造コスト増加を招く
- 固体金属触媒を用いることで、硫化水素の代替として水素ガスの利用に成功
- 無溶媒条件や再利用可能な固体触媒を採用した環境にやさしい反応系
概要
九州大学大学院理学研究院の徳永信教授、山本英治助教、理学府修士課程2年髙城悠太氏、福岡工業大学工学部の蒲池高志教授、DIC株式会社 松枝宏尚氏らの研究グループは、コバルト酸化物を触媒として用いることで、アルケン、単体硫黄、水素と、シンプルで安価な原料からジアルキルポリスルファン類を効率的に合成することに成功しました。
ジアルキルポリスルファン類は、二つ以上の硫黄原子が連結した化合物で、切削加工において装置の摩耗を防止する目的で使用される潤滑油の極圧添加剤として広く利用されている重要な化合物です。工作機械による金属加工などで年間数万トンの需要があります。現在、この化合物はアルケン、単体硫黄に加え、還元剤として硫化水素を原料とする触媒的合成法で製造されていますが、この硫化水素は極めて高い毒性をもつため、入手経路が限られる上、高い管理コストが必要となるなどの問題がありました。
本研究では、無溶媒条件において、コバルト酸化物触媒存在下、単体硫黄、水素加圧下(3–5 MPa)でジイソブテン(DIB)と作用させることにより、対応するジアルキルポリスルファン類を高収率で得ることに成功しました。また、反応後、生成物と触媒は容易に分離回収可能で、回収生成物は、現行法の製品とほぼ同等の性能を示し、回収触媒は何度も再利用することが可能です。
これにより、従来の工業的製造法において還元剤として利用されてきた硫化水素に代わって、毒性が無く、安価な水素ガスを活用し、効率的にジアルキルポリスルファン類の合成が可能であることが示されました。今回、開発した手法では原子効率の高い反応剤である、単体硫黄と水素ガスを組み合わせた珍しい反応系で、今後、様々な有機硫黄化合物の効率的合成の開発が期待されます。本研究はアメリカ化学会の国際学術誌「ACS Catalysis」の電子版（投稿原稿）に10月19日(現地時間)に掲載されました。
硫化水素不要なアルケン、単体硫黄、水素を原料とするジアルキルポリスルファン類の新合成法
用語解説
(※1) 原子効率
ある化学反応において、無駄にならず使用される原子の割合のこと。化学変換プロセスの効率をあらわす指標としてしばしば利用される。原子効率(％) = 目的物の分子量/反応物の分子量 × 100
(※2) 塩基性ゼオライト
ゼオライトは、三次元網目上構造をもつアルミノケイ酸塩の総称であり、陽イオンとしてプロトン(H⁺)をもつゼオライトをイオン交換によってNaやKなどのアルカリ金属カチオンで置換することにより、塩基性を発現することが知られています(塩基性ゼオライト)。本研究では、Na置換型X型ゼオライト(Na-X)を塩基性ゼオライトとして添加することにより、C-S結合形成後のS-S結合交換反応が促進されると推測しています。
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論文情報
掲載誌：ACS Catalysis
タイトル：Heterogeneous Cobalt-Catalyzed H₂S-Reagent-Free Dialkylpolysulfane Synthesis from Alkenes, Elemental Sulfur, and Hydrogen
著者名：山本英治、髙城悠太、河合靖貴、高倉 慶、木村萌水、村山美乃、長尾幸文、蒲池高志、松枝宏尚、大槻周次郎、坂田 浩、徳永 信
DOI：10.1021/acscatal.3c03545
研究に関するお問い合わせ先
理学研究院 徳永 信 教授
理学研究院 ⼭本 英治 助教
