ゼオライトの細孔構造を利用した新たなオレフィンのカルボニル化反応(Zeolite Pore Architecture Unlocks New Olefin Carbonylation Reactions)

2026-10-22 中国科学院(CAS)

中国科学院大連化学物理研究所の研究チームは、ゼオライトの細孔構造を活用し、貴金属触媒や有機配位子を使用せずに、オレフィンのカルボニル化反応を実現した。具体的には、プロペンからイソ酪酸を、エチレンからプロピオン酸を合成する2種類の反応を開発した。従来のカルボニル化反応では、ロジウムなどの貴金属触媒が用いられ、コストや触媒の分離が課題となっていた。今回、ゼオライトの微細な細孔が反応に適した空間を形成し、目的反応を促進するとともに、オレフィンの重合などの副反応を抑制することを明らかにした。また、細孔の大きさや活性点の位置を調整することで、反応対象となる分子を選択できることを示した。本成果は、触媒の選択性を合理的に設計する新たな指針となり、化学原料の製造コスト削減や製造工程の簡素化につながると期待される。

<関連情報>

空間的閉じ込めを調整することに基づくゼオライト触媒によるオレフィンカルボニル化 Zeolite-catalysed olefin carbonylation based on tuning spatial confinement

Liang Qi, Yingying Sheng, Wenna Zhang, Youming Ni, Linhai He, Bin Li, Anjie Wang, Wenliang Zhu, Alexis T. Bell & Zhongmin Liu
Nature  Published:21 October 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-026-11183-2

ゼオライトの細孔構造を利用した新たなオレフィンのカルボニル化反応(Zeolite Pore Architecture Unlocks New Olefin Carbonylation Reactions)

Abstract

Carbonylation is an important process used to produce aldehydes, carboxylic acids and esters1,2,3,4,5 that is usually catalysed by homogeneous metal complexes with ligands and iodide promoters6,7,8,9,10,11,12. Koch has reported that protons of mineral acids can also catalyse carbonylation13. Previous studies have demonstrated that Brønsted acidic zeolites can act as a heterogeneous, Koch-type catalyst for carbonylation of alcohols and olefins, but the products in this case are limited to tertiary carboxylic acids14,15,16,17,18. Here we show that targeted use of spatial confinement in a zeolite together with a high CO/olefin ratio can help break this limitation. We report that, with FER zeolite and a CO/olefin ratio of 360, olefin carbonylation can produce primary and secondary carboxylic acids as the main products; ethylene carbonylation to propanoic acid (PA) is achieved with 80% selectivity over 100 h and propylene carbonylation to isobutyric acid (IBA) is achieved with 95% selectivity over 750 h. The propylene and ethylene carbonylation selectivities decrease to 61% and 57%, respectively, as the CO/olefin ratio decreases to 24 and 90, respectively. Experiments in combination with theoretical calculations suggest that T2-O5 in eight-membered ring (8-MR) cavities of FER zeolite are the primary active sites for ethylene carbonylation and T3-O1 in ten-membered rings (10-MRs) are the primary active sites for propylene carbonylation. Our findings open new directions for olefin carbonylation and provide critical insights into the prerequisites for developing new zeolite-based carbonylation processes.

0500化学一般
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました