JP7647063B2 - 4-Ammoniopiperidinium salts and uses thereof - Google Patents
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Description
本開示は、新規な4-アンモニオピぺリジニウム塩及びその用途に関する。 This disclosure relates to novel 4-ammoniopiperidinium salts and their uses.
ゼオライト製造用の構造指向剤として、4-アンモニオピぺリジニウム塩化合物が報告されている(例えば、特許文献1及び2、非特許文献1乃至3)。これら公知文献の4-アンモニオピぺリジニウム塩化合物は、ITQ-39およびMFI型ゼオライト製造用の構造指向剤として開示されている。しかしながら、これら4-アンモニオピぺリジニウム塩化合物は、小細孔ゼオライトを製造することはできなかった。 4-Ammoniopiperidinium salt compounds have been reported as structure directing agents for the production of zeolites (e.g., Patent Documents 1 and 2, Non-Patent Documents 1 to 3). The 4-ammoniopiperidinium salt compounds in these known documents are disclosed as structure directing agents for the production of ITQ-39 and MFI-type zeolites. However, these 4-ammoniopiperidinium salt compounds were not able to produce small pore zeolites.
本開示では、小細孔ゼオライト製造用の構造指向剤となり得る、新規の4-アンモニオピぺリジニウム塩及びその製造方法、並びに、これを含むゼオライト製造用の有機構造指向剤及びこれを用いた小細孔ゼオライトの製造方法、の少なくともいずれかを提供することを目的とする。 The objective of this disclosure is to provide at least one of a novel 4-ammoniopiperidinium salt that can be used as a structure directing agent for producing small pore zeolites and a method for producing the same, as well as an organic structure directing agent for producing zeolites that contains the same and a method for producing small pore zeolites using the same.
発明者らは、一般式(1)で表される4-アンモニオピぺリジニウム塩が上記課題を解決できることを見出し、本開示に係る発明を完成させるに至った。 The inventors discovered that 4-ammoniopiperidinium salt represented by general formula (1) can solve the above problems, and thus completed the invention disclosed herein.
すなわち、本発明は特許請求項の範囲に示すとおりであり、本開示の要旨は以下のとおりである。
[1] 一般式(1)で表される4-アンモニオピぺリジニウム塩。
That is, the present invention is as set forth in the claims, and the gist of the present disclosure is as follows.
[1] A 4-ammoniopiperidinium salt represented by general formula (1):
(式中、R1、R2、R3、R4、及びR5は、各々独立して、メチル基、エチル基、又は炭素数3~4の直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基(これらの基は、各々独立して、ハロゲン基、ヒドロキシ基、-ORで表されるアルコキシ基(Rは、メチル基、エチル基、又は炭素数3~4の直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基を表す)、アミノ基、及びフェニル基の群から選択される1つ以上で置換されていてもよい)を表す。なお、R1、R2、及びR3については、相互に結合することは無い。Y-は、同一又は相異なって、任意の陰イオンを表す。)
[2] 前記の式(1)において、R1、R2、R3、R4、及びR5が、各々独立して、メチル基又はエチル基(これらの基は、ハロゲン基、ヒドロキシ基、-ORで表されるアルコキシ基(Rは、メチル基、エチル基、又は炭素数3~4の直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基を表す)、アミノ基、及びフェニル基の群から選択される1つ以上で置換されていてもよい)である、上記[1]に記載の4-アンモニオピぺリジニウム塩。
[3] 前記の式(1)において、R1、R2、R3、R4、及びR5が、メチル基である、上記[1]に記載の4-アンモニオピぺリジニウム塩。
[4] 前記の式(1)において、Y-が、Cl-(塩化物イオン)、Br-(臭化物イオン)、I-(ヨウ化物イオン)、C6H5SO2O-(ベンゼンスルホン酸イオン)、p-CH3C6H4SO2O-(p-トルエンスルホン酸イオン)、CH3SO2O-(メタンスルホン酸イオン)、CF3SO2O-(トリフルオロメタンスルホン酸イオン)、又はOH-(水酸化物イオン)である、[1]乃至[3]のいずれかに記載の4-アンモニオピぺリジニウム塩。
[5] 上記[1]乃至[4]のいずれかに記載の4-アンモニオピぺリジニウム塩を含む有機構造指向剤源、シリカ源、アルミナ源、アルカリ源及び水を含む組成物を結晶化させる結晶化工程、を有することを特徴とするゼオライトの製造方法。
(In the formula, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , and R 5 each independently represent a methyl group, an ethyl group, or a linear, branched, or cyclic alkyl group having 3 to 4 carbon atoms (each of these groups may be independently substituted with one or more selected from the group consisting of a halogen group, a hydroxy group, an alkoxy group represented by -OR (R represents a methyl group, an ethyl group, or a linear, branched, or cyclic alkyl group having 3 to 4 carbon atoms), an amino group, and a phenyl group). R 1 , R 2 , and R 3 are not mutually bonded. Y - may be the same or different and represents any anion.)
[2] The 4-ammoniopiperidinium salt according to the above [1], wherein in the formula (1), R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , and R 5 are each independently a methyl group or an ethyl group (which may be substituted with one or more selected from the group consisting of a halogen group, a hydroxy group, an alkoxy group represented by -OR (R represents a methyl group, an ethyl group, or a linear, branched, or cyclic alkyl group having 3 to 4 carbon atoms), an amino group, and a phenyl group).
[3] The 4-ammoniopiperidinium salt according to the above [1], wherein in the formula (1), R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 are methyl groups.
[4] The 4-ammoniopiperidinium salt according to any one of [1] to [3], wherein in the formula ( 1), Y − is Cl − (chloride ion), Br − (bromide ion), I − (iodide ion), C 6 H 5 SO 2 O − (benzenesulfonate ion), p-CH 3 C 6 H 4 SO 2 O − (p-toluenesulfonate ion), CH 3 SO 2 O − (methanesulfonate ion), CF 3 SO 2 O − (trifluoromethanesulfonate ion), or OH − (hydroxide ion).
[5] A method for producing a zeolite, comprising: a crystallization step of crystallizing a composition containing an organic structure directing agent source containing the 4-ammoniopiperidinium salt according to any one of [1] to [4] above, a silica source, an alumina source, an alkali source, and water.
本開示により、新規な4-アンモニオピぺリジニウム塩及びその製造方法、並びに、これを含むゼオライト製造用の有機構造指向剤及びこれを用いた小細孔ゼオライトの製造方法、の少なくともいずれかを提供することができる。 The present disclosure provides at least one of a novel 4-ammoniopiperidinium salt and a method for producing the same, an organic structure directing agent for producing zeolites containing the same, and a method for producing small pore zeolites using the same.
以下、本開示について、実施形態の一例を示して説明する。 The following describes this disclosure by showing an example of an embodiment.
まず一般式(1)中のR1、R2、R3、R4、R5及びY-の定義について詳細に説明する。 First, the definitions of R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and Y − in general formula (1) will be explained in detail.
R1、R2、R3、R4、及びR5は、各々独立して、メチル基、エチル基、又は炭素数3~4の直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基(これらの基は、各々独立して、ハロゲン基、ヒドロキシ基、-ORで表されるアルコキシ基(Rは、メチル基、エチル基、又は炭素数3~4の直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基を表す)、アミノ基、及びフェニル基の群から選択される1つ以上で置換されていてもよい)を表す。 R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , and R 5 each independently represent a methyl group, an ethyl group, or a linear, branched, or cyclic alkyl group having 3 to 4 carbon atoms (each of these groups may be independently substituted with one or more selected from the group consisting of a halogen group, a hydroxy group, an alkoxy group represented by -OR (R represents a methyl group, an ethyl group, or a linear, branched, or cyclic alkyl group having 3 to 4 carbon atoms), an amino group, and a phenyl group).
R1、R2、R3、R4及びR5で表される炭素数3~4の直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基は、特に限定するものではないが、例えば、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、1-メチルプロピル基、2-メチルプロピル基、シクロプロピル基、tert-ブチル基、又はシクロブチル基が例示できる。 The linear, branched, or cyclic alkyl group having 3 to 4 carbon atoms represented by R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , and R 5 is not particularly limited, and examples thereof include a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, a 1-methylpropyl group, a 2-methylpropyl group, a cyclopropyl group, a tert-butyl group, and a cyclobutyl group.
R1、R2、R3、R4及びR5で表される、メチル基、エチル基、又は炭素数3~4の直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基については、上記の通り、各々独立に、ハロゲン基、ヒドロキシ基、-ORで表されるアルコキシ基(Rは、メチル基、エチル基、又は炭素数3~4の直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基を表す)、アミノ基、及びフェニル基の群から選択される1つ以上で置換されていてもよい。 The methyl group, ethyl group, or linear, branched, or cyclic alkyl group having 3 to 4 carbon atoms represented by R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , and R 5 may each be independently substituted with one or more groups selected from the group consisting of a halogen group, a hydroxy group, an alkoxy group represented by -OR (R represents a methyl group, an ethyl group, or a linear, branched, or cyclic alkyl group having 3 to 4 carbon atoms), an amino group, and a phenyl group, as described above.
上記のRにおける、炭素数3~4の直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基については、R1、R2、R3、R4及びR5で表される炭素数3~4の直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基と同義である。 The linear, branched, or cyclic alkyl group having 3 to 4 carbon atoms in R is synonymous with the linear, branched, or cyclic alkyl group having 3 to 4 carbon atoms represented by R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , and R 5 .
前記の-ORで表されるアルコキシ基としては、特に限定するものではないが、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、2-メチルプロポキシ基、シクロプロポキシ基、tert-ブトキシ基、又はシクロブトキシ基等が例示できる。 The alkoxy group represented by -OR is not particularly limited, but examples thereof include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, an isopropoxy group, a butoxy group, a 2-methylpropoxy group, a cyclopropoxy group, a tert-butoxy group, and a cyclobutoxy group.
R1、R2、R3、R4及びR5で表される基としては、特に限定するものではないが、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ターシャリーブチル基、シクロブチル基、トリフルオロメチル基、ジフルオロメチル基、ペルフルオロエチル基、2,2,2-トリフルオロエチル基、1,1-ジフルオロエチル基、2,2-ジフルオロエチル基、ペルフルオロプロピル基、2,2,3,3,3-ペンタフルオロプロピル基、2,2,3,3-テトラフルオロプロピル基、3,3,3-トリフルオロプロピル基、1,1-ジフルオロプロピル基、ペルフルオロ(1-メチルプロピル)基、2,2,2-トリフルオロ-1-(トリフルオロメチル)エチル基、ペルフルオロシクロプロピル基、2,2,3,3-テトラフルオロシクロプロピル基、ペルフルオロブチル基、2,2,3,3,4,4,4-ヘプタフルオロブチル基、3,3,4,4,4-ペンタフルオロブチル基、4,4,4-トリフルオロブチル基、1,2,2,3,3,3-ヘキサフルオロ-1-(トリフルオロメチル)プロピル基、1-(トリフルオロメチル)プロピル基、1-メチル-3,3,3-トリフルオロプロピル基、ペルフルオロシクロブチル基、2,2,3,3,4,4-ヘキサフルオロシクロブチル基、クロロメチル基、ブロモメチル基、ヨードメチル基、2-クロロエチル基、3-ブロモプロピル、ヒドロキシメチル基、2-ヒドロキシエチル基、2-ヒドロキシプロピル基、3-ヒドロキシプロピル基、4-ヒドロキシブチル基、メトキシメチル基、2-メトキシエチル基、2-メトキシプロピル基、3-メトキシプロピル、4-メトキシブチル基、エトキシメチル基、エトキシエチル基、2-エトキシプロピル基、3-エトキシプロピル、4-エトキシブチル基、アミノメチル基、2-アミノエチル基、2-アミノプロピル基、3-アミノプロピル基、4-アミノブチル基、ベンジル基、又はフェネチル基を挙げることができる。 R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R The group represented by 5 is not particularly limited, and examples thereof include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a cyclopropyl group, a butyl group, an isobutyl group, a tertiary butyl group, a cyclobutyl group, a trifluoromethyl group, a difluoromethyl group, a perfluoroethyl group, a 2,2,2-trifluoroethyl group, a 1,1-difluoroethyl group, a 2,2-difluoroethyl group, a perfluoropropyl group, a 2,2,3,3,3-pentafluoropropyl group, a 2,2,3,3-tetrafluoropropyl group, a 3,3,3-trifluoropropyl group, a 1,1-difluoropropyl group, a perfluoro(1-methylpropyl) group, a 2,2,2-trifluoro-1-(trifluoromethyl)ethyl group, a perfluorocyclopropyl group, a 2,2,3,3-tetrafluorocyclopropyl group, a perfluorobutyl group, a 2,2,3,3,4,4,4-heptafluorobutyl group, a 3,3,4,4,4-pentafluorobutyl group, a 4,4,4-trifluoropropyl group, a 5,5-trifluoropropyl group, a 6,6-trifluoropropyl group, a 7,7-trifluoropropyl group, a 8,8-trifluoropropyl group, a 9,9-trifluoropropyl group, a 10,1-trifluoropropyl group, a 11,1-trifluoropropyl group, a 12,1-trifluoropropyl group, a 13,1-trifluoropropyl group, a 14,1-trifluoropropyl group, a 15,1-trifluoropropyl group, a 16,1-trifluoropropyl group, a 17,1-trifluoropropyl group, a 18,1-trifluoropropyl group, a 19,1-trifluoropropyl group, a 21,1-trifluoropropyl group, a 22,1-trifluoropropyl group, a 23,1-trifluoropropyl group, a Examples of the alkyl group include a fluorobutyl group, a 1,2,2,3,3,3-hexafluoro-1-(trifluoromethyl)propyl group, a 1-(trifluoromethyl)propyl group, a 1-methyl-3,3,3-trifluoropropyl group, a perfluorocyclobutyl group, a 2,2,3,3,4,4-hexafluorocyclobutyl group, a chloromethyl group, a bromomethyl group, an iodomethyl group, a 2-chloroethyl group, a 3-bromopropyl group, a hydroxymethyl group, a 2-hydroxyethyl group, a 2-hydroxypropyl group, a 3-hydroxypropyl group, a 4-hydroxybutyl group, a methoxymethyl group, a 2-methoxyethyl group, a 2-methoxypropyl group, a 3-methoxypropyl group, a 4-methoxybutyl group, an ethoxymethyl group, an ethoxyethyl group, a 2-ethoxypropyl group, a 3-ethoxypropyl group, a 4-ethoxybutyl group, an aminomethyl group, a 2-aminoethyl group, a 2-aminopropyl group, a 3-aminopropyl group, a 4-aminobutyl group, a benzyl group, and a phenethyl group.
R1、R2、R3、R4及びR5は、ゼオライトの収率に優れる点で、各々独立して、メチル基又はエチル基(これらの基は、ハロゲン基、ヒドロキシ基、-ORで表されるアルコキシ基(Rは、メチル基、エチル基、又は炭素数3~4の直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基を表す)、アミノ基、及びフェニル基の群から選択される1つ以上で置換されていてもよい)であることが好ましく、各々独立して、メチル基又はエチル基(これらの基は、ハロゲン基、ヒドロキシ基、メトキシ基、アミノ基、及びフェニル基の群から選択される1つ以上で置換されていてもよい)であることがより好ましく、各々独立して、メチル基又はエチル基であることがより好ましく、メチル基であることがより好ましい。 From the viewpoint of excellent zeolite yield, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 are preferably each independently a methyl group or an ethyl group (which may be substituted with one or more selected from the group consisting of a halogen group, a hydroxy group, an alkoxy group represented by -OR (R represents a methyl group, an ethyl group, or a linear, branched or cyclic alkyl group having 3 to 4 carbon atoms), an amino group, and a phenyl group), more preferably each independently a methyl group or an ethyl group (which may be substituted with one or more selected from the group consisting of a halogen group, a hydroxy group, a methoxy group, an amino group, and a phenyl group), more preferably each independently a methyl group or an ethyl group, and more preferably a methyl group.
なお、R1、R2、及びR3については、相互に結合することは無い。例えば、仮に、R1=R2=エチル基でエチル基同士が結合した場合、R1、R2を有する窒素原子と共にピロリジン環が形成されることになるが、本願発明についてはそのような構造を含むものではない。 It should be noted that R 1 , R 2 , and R 3 are not mutually bonded. For example, if R 1 =R 2 =ethyl groups and the ethyl groups are bonded to each other, a pyrrolidine ring is formed together with the nitrogen atom carrying R 1 and R 2 , but the present invention does not include such a structure.
Y-は、同一又は相異なって、任意の陰イオンを表す。 Y 1 - may be the same or different and represents any anion.
当該任意の陰イオンとしては、特に限定するものではないが、例えば、ハロゲン化物イオン、スルホン酸化合物イオン、カルボン酸イオン、又は水酸化物イオン(OH-)を挙げることができる。 The arbitrary anion is not particularly limited, but may include, for example, a halide ion, a sulfonate compound ion, a carboxylate ion, or a hydroxide ion (OH − ).
前記のハロゲン化物イオンとしては、特に限定するものではないが、例えば、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン又はヨウ化物イオンを例示することができる。 The halide ion is not particularly limited, but examples thereof include fluoride ion, chloride ion, bromide ion, and iodide ion.
前記のスルホン酸化合物イオンとしては、特に限定するものではないが、例えば、R6SO2O-(R6は、水素原子、メチル基、エチル基、炭素数3~4のアルキル基、炭素数1~4のフルオロアルキル基、炭素数1~4のアルコキシ基、ハロゲン原子、フェニル基、又は4-メチルフェニル基を表す)で表されるスルホン酸化合物イオンを挙げることができ、例えば、スルホン酸イオン、メチルスルホン酸イオン、エチルスルホン酸イオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、ベンゼンスルホン酸イオン、p-トルエンスルホン酸イオン、フルオロスルホン酸イオン、メチル硫酸イオン、エチル硫酸イオン、フェニル硫酸イオン等を例示することができる。 The sulfonate compound ion is not particularly limited, and examples thereof include sulfonate compound ions represented by R 6 SO 2 O - (R 6 represents a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, an alkyl group having 3 to 4 carbon atoms, a fluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, a halogen atom, a phenyl group, or a 4-methylphenyl group), such as a sulfonate ion, a methylsulfonate ion, an ethylsulfonate ion, a trifluoromethanesulfonate ion, a benzenesulfonate ion, a p-toluenesulfonate ion, a fluorosulfonate ion, a methylsulfate ion, an ethylsulfate ion, and a phenylsulfate ion.
前記のカルボン酸イオンとしては、特に限定するものではないが、例えば、R7COO-(R7は、水素原子、メチル基、エチル基、炭素数3~4の直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基、炭素数1から4のフルオロアルキル基、又はフェニル基(該フェニル基は、メチル基、エチル基、炭素数3~4の直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基で置換されていてもよい)を表す)で表されるカルボン酸イオンを挙げることができ、例えば、蟻酸イオン、酢酸イオン、プロピオン酸イオン、トリフルオロ酢酸イオン、安息香酸イオン、又は4-メチル安息香酸イオン等を例示することができる。 The carboxylate ion is not particularly limited, and examples thereof include carboxylate ions represented by R 7 COO − (R 7 represents a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, a linear, branched, or cyclic alkyl group having 3 to 4 carbon atoms, a fluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or a phenyl group (the phenyl group may be substituted with a methyl group, an ethyl group, or a linear, branched, or cyclic alkyl group having 3 to 4 carbon atoms)), such as a formate ion, an acetate ion, a propionate ion, a trifluoroacetate ion, a benzoate ion, or a 4-methylbenzoate ion.
なお、Y-(R6及びR7)における炭素数3~4の直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基については、R1、R2、R3、R4及びR5における炭素数3~4の直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基と同義である。 The linear, branched, or cyclic alkyl group having 3 to 4 carbon atoms in Y - (R 6 and R 7 ) has the same meaning as the linear, branched, or cyclic alkyl group having 3 to 4 carbon atoms in R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , and R 5 .
R7における炭素数1から4のフルオロアルキル基については、直鎖状、分岐状又は環状のいずれかのフルオロアルキル基であればよく、特に限定するものではないが、例えば、トリフルオロメチル基、ジフルオロメチル基、ペルフルオロエチル基、2,2,2-トリフルオロエチル基、1,1-ジフルオロエチル基、2,2-ジフルオロエチル基、ペルフルオロプロピル基、2,2,3,3,3-ペンタフルオロプロピル基、2,2,3,3-テトラフルオロプロピル基、3,3,3-トリフルオロプロピル基、1,1-ジフルオロプロピル基、ペルフルオロ(1-メチルプロピル)基、2,2,2-トリフルオロ-1-(トリフルオロメチル)エチル基、ペルフルオロシクロプロピル基、2,2,3,3-テトラフルオロシクロプロピル基、ペルフルオロブチル基、2,2,3,3,4,4,4-ヘプタフルオロブチル基、3,3,4,4,4-ペンタフルオロブチル基、4,4,4-トリフルオロブチル基、1,2,2,3,3,3-ヘキサフルオロ-1-(トリフルオロメチル)プロピル基、1-(トリフルオロメチル)プロピル基、1-メチル-3,3,3-トリフルオロプロピル基、ペルフルオロシクロブチル基、又は2,2,3,3,4,4-ヘキサフルオロシクロブチル基が例示できる。 The fluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms in R7 may be any of linear, branched, and cyclic fluoroalkyl groups, and is not particularly limited. Examples of such fluoroalkyl groups include trifluoromethyl, difluoromethyl, perfluoroethyl, 2,2,2-trifluoroethyl, 1,1-difluoroethyl, 2,2-difluoroethyl, perfluoropropyl, 2,2,3,3,3-pentafluoropropyl, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl, 3,3,3-trifluoropropyl, 1,1-difluoropropyl, perfluoro(1-methylpropyl) group, 2,2,2- Examples include a trifluoro-1-(trifluoromethyl)ethyl group, a perfluorocyclopropyl group, a 2,2,3,3-tetrafluorocyclopropyl group, a perfluorobutyl group, a 2,2,3,3,4,4,4-heptafluorobutyl group, a 3,3,4,4,4-pentafluorobutyl group, a 4,4,4-trifluorobutyl group, a 1,2,2,3,3,3-hexafluoro-1-(trifluoromethyl)propyl group, a 1-(trifluoromethyl)propyl group, a 1-methyl-3,3,3-trifluoropropyl group, a perfluorocyclobutyl group, and a 2,2,3,3,4,4-hexafluorocyclobutyl group.
R6における炭素数1から4のアルコキシ基については、直鎖状、分岐状又は環状のいずれかのアルコキシ基であればよく、特に限定するものではないが、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、2-メチルプロポキシ基、シクロプロポキシ基、tert-ブトキシ基、又はシクロブトキシ基が例示できる。 The alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms for R6 may be any of linear, branched, and cyclic alkoxy groups, and is not particularly limited. Examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, an isopropoxy group, a butoxy group, a 2-methylpropoxy group, a cyclopropoxy group, a tert-butoxy group, and a cyclobutoxy group.
なお、Y-は、ゼオライトの収率に優れる点で、各々独立して、Cl-(塩化物イオン)、Br-(臭化物イオン)、I-(ヨウ化物イオン)、C6H5SO2O-(ベンゼンスルホン酸イオン)、p-CH3C6H4SO2O-(p-トルエンスルホン酸イオン)、CH3SO2O-(メタンスルホン酸イオン)、CF3SO2O-(トリフルオロメタンスルホン酸イオン)、又はOH-(水酸化物イオン)であることが好ましく、Br-(臭化物イオン)、Cl-(塩化物イオン)、又はOH-(水酸化物イオン)であることがより好ましい。 In addition, Y − is preferably each independently Cl − (chloride ion), Br − (bromide ion), I − (iodide ion), C 6 H 5 SO 2 O − (benzenesulfonate ion), p-CH 3 C 6 H 4 SO 2 O − (p-toluenesulfonate ion), CH 3 SO 2 O − (methanesulfonate ion), CF 3 SO 2 O − (trifluoromethanesulfonate ion), or OH − (hydroxide ion), and more preferably Br − (bromide ion), Cl − (chloride ion), or OH − (hydroxide ion), in terms of excellent zeolite yield.
本実施形態の4-アンモニオピぺリジニウム塩(1)の具体例としては、以下の(1-1)から(1-120)を例示できるが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。 Specific examples of the 4-ammoniopiperidinium salt (1) of this embodiment include the following (1-1) to (1-120), but this embodiment is not limited to these.
なお、本明細書中のMeはメチル基、Etはエチル基、Phはフェニル基、TsO-はp-トルエンスルホン酸イオン、TfO-はトリフルオロメタンスルホン酸イオンを表す。 In this specification, Me represents a methyl group, Et represents an ethyl group, Ph represents a phenyl group, TsO 4 -- represents a p-toluenesulfonate ion, and TfO 4 -- represents a trifluoromethanesulfonate ion.
(1-1)から(1-120)で示される化合物のうち、本実施形態の4-アンモニオピぺリジニウム塩としては1-4、1-7、1-8、1-9、1-39、1-40、1-44、1-45、1-111、1-112、1-116、及び1-117の群から選ばれる1以上で示される化合物が、合成が容易な点で好ましい。 Among the compounds represented by (1-1) to (1-120), the 4-ammoniopiperidinium salt of this embodiment is preferably one or more compounds selected from the group consisting of 1-4, 1-7, 1-8, 1-9, 1-39, 1-40, 1-44, 1-45, 1-111, 1-112, 1-116, and 1-117, in view of ease of synthesis.
次に、本実施形態の4-アンモニオピぺリジニウム塩(1)の製造方法について説明する。 Next, the method for producing the 4-ammoniopiperidinium salt (1) of this embodiment will be described.
<製造方法の実施形態1>
本実施形態の4-アンモニオピぺリジニウム塩(1)の製造方法として、一般式(2)で表される化合物と、一般式(3)で表される化合物とを反応させる工程(以下、「反応工程」ともいう)、を含む、一般式(1a)で表される4-アンモニオピぺリジニウム塩の製造方法(以下、「製法1」ともいう。)を挙げることができる。
<First embodiment of manufacturing method>
An example of a method for producing a 4-ammoniopiperidinium salt (1) of the present embodiment is a method for producing a 4-ammoniopiperidinium salt represented by general formula (1a) (hereinafter also referred to as "Production Method 1"), which includes a step of reacting a compound represented by general formula (2) with a compound represented by general formula (3) (hereinafter also referred to as a "reaction step").
(式中、R8及びR9は、同一又は相異なってよく、各々独立に、メチル基、エチル基、又は炭素数3~4の直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基(これらの基は、各々独立して、ハロゲン基、ヒドロキシ基、-ORで表されるアルコキシ基(Rは、メチル基、エチル基、又は炭素数3~4の直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基を表す)、アミノ基、及びフェニル基の群から選択される1つ以上で置換されていてもよい)を表す。)
上記のR8及びR9における基の定義及び好ましい範囲については、R1、R2、R3、R4、及びR5における基の定義及び好ましい範囲と同じである。
(In the formula, R 8 and R 9 may be the same or different and each independently represent a methyl group, an ethyl group, or a linear, branched, or cyclic alkyl group having 3 to 4 carbon atoms (each of these groups may be independently substituted with one or more selected from the group consisting of a halogen group, a hydroxy group, an alkoxy group represented by -OR (R represents a methyl group, an ethyl group, or a linear, branched, or cyclic alkyl group having 3 to 4 carbon atoms), an amino group, and a phenyl group).
The definitions and preferred ranges of the groups in R8 and R9 are the same as the definitions and preferred ranges of the groups in R1 , R2 , R3 , R4 , and R5 .
(式中、R10は、メチル基、エチル基、又は炭素数3~4の直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基(これらの基は、ハロゲン基、ヒドロキシ基、-ORで表されるアルコキシ基(Rはメチル基、エチル基、又は炭素数3~4の直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基を表す)、アミノ基、及びフェニル基の群から選択される1つ以上で置換されていてもよい)を表し、Yaは、ハロゲン原子、又はR6SO2O-で表される有機スルホニルオキシ基を表す。)
上記のR10における基の定義及び好ましい範囲については、R1、R2、R3、R4、及びR5における基の定義及び好ましい範囲と同じである。
(In the formula, R 10 represents a methyl group, an ethyl group, or a linear, branched, or cyclic alkyl group having 3 to 4 carbon atoms (these groups may be substituted with one or more selected from the group consisting of a halogen group, a hydroxy group, an alkoxy group represented by -OR (R represents a methyl group, an ethyl group, or a linear, branched, or cyclic alkyl group having 3 to 4 carbon atoms), an amino group, and a phenyl group), and Ya represents a halogen atom, or an organic sulfonyloxy group represented by R 6 SO 2 O-.)
The definitions and preferred ranges of the groups in R 10 are the same as the definitions and preferred ranges of the groups in R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 .
R6は、上記のY-におけるR6と同義であり、好ましい範囲も同じである。 R 6 has the same meaning as R 6 in the above Y 1 - , and the preferred range is also the same.
(式中、R8、及びR9は、一般式(2)におけるR8、及びR9と同義である。R10は、一般式(3)におけるR10と同義である。Ya-は、ハロゲン化物イオン又はR6SO2O-で表されるスルホン酸イオンを表す。R6は、一般式(3)におけるR6と同義である。)
上記のR8、R9及びR10で表される各置換基については、R1、R2、R3、R4、及びR5における各置換基の定義と同義であり、好ましい範囲も同じである。
(In the formula, R 8 and R 9 are the same as R 8 and R 9 in general formula (2). R 10 is the same as R 10 in general formula (3). Ya - represents a halide ion or a sulfonate ion represented by R 6 SO 2 O - . R 6 is the same as R 6 in general formula (3).)
The substituents represented by R 8 , R 9 and R 10 have the same definitions as those of the substituents represented by R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 , and the preferred ranges are also the same.
当該製造方法の実施形態1において、一般式(2)で表される化合物については、市販品をそのまま用いることもできるし、市販の4-アミノピペリジンを公然公知の方法でアルキル化して合成したものを用いることもできる。 In the first embodiment of the manufacturing method, the compound represented by the general formula (2) may be a commercially available product as is, or may be synthesized by alkylating commercially available 4-aminopiperidine by a publicly known method.
当該製法1において、一般式(3)で表される化合物については、は、市販のものを用いることができる。 In the manufacturing method 1, a commercially available compound represented by general formula (3) can be used.
当該製法1の反応において、一般式(2)で表される化合物に対する、一般式(3)で表される化合物の量は、反応収率に優れる点で、一般式(2)で表される化合物 1モルに対して、2~100モルであることが好ましく、2~10モルであることがより好ましい。 In the reaction of the manufacturing method 1, the amount of the compound represented by the general formula (3) relative to the compound represented by the general formula (2) is preferably 2 to 100 moles, and more preferably 2 to 10 moles, relative to 1 mole of the compound represented by the general formula (2) in terms of excellent reaction yield.
製法1の反応において、一般式(2)で表される化合物と一般式(3)で表される化合物は、溶媒中で反応させることが好ましい。該溶媒としては、反応を阻害しないものであれば制限は無く、例えば、芳香族炭化水素系溶媒、エーテル系溶媒、エステル系溶媒、ハロゲン系溶媒、アミド系溶媒、ウレア系溶媒、ケトン系溶媒、ニトリル系溶媒、スルホキシド系溶媒、アルコール系溶媒及び水が挙げられる。 In the reaction of Production Method 1, it is preferable to react the compound represented by General Formula (2) with the compound represented by General Formula (3) in a solvent. There are no limitations on the solvent as long as it does not inhibit the reaction, and examples of the solvent include aromatic hydrocarbon solvents, ether solvents, ester solvents, halogen solvents, amide solvents, urea solvents, ketone solvents, nitrile solvents, sulfoxide solvents, alcohol solvents, and water.
これらの溶媒の具体的なものとして、芳香族炭化水素系溶媒としてトルエン、及びキシレンが、エーテル系溶媒としてテトラヒドロフラン、1,2-ジメトキシエタン及び1,4-ジオキサンが、エステル系溶媒として酢酸エチル又は酢酸ブチルが、ハロゲン系溶媒としてクロロホルム、四塩化炭素、及びクロロベンゼンが、アミド系溶媒としてN,N-ジメチルホルムアミド又はN,N-ジメチルアセトアミドが、ウレア系溶媒として、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン又は1,3-ジメチル-3,4,5,6-テトラヒドロピリミジン-2(1H)-オンが、ケトン系溶媒としてアセトン又はメチルエチルケトンが、ニトリル系溶媒としてアセトニトリル、プロピオニトリル及びベンゾニトリルが、スルホキシド系溶媒としてジメチルスルホキシドが、アルコール系溶媒としてメタノール、エタノール及びプロパノールが、それぞれ、例示できる。 Specific examples of these solvents include toluene and xylene as aromatic hydrocarbon solvents, tetrahydrofuran, 1,2-dimethoxyethane, and 1,4-dioxane as ether solvents, ethyl acetate or butyl acetate as ester solvents, chloroform, carbon tetrachloride, and chlorobenzene as halogen solvents, N,N-dimethylformamide or N,N-dimethylacetamide as amide solvents, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone or 1,3-dimethyl-3,4,5,6-tetrahydropyrimidin-2(1H)-one as urea solvents, acetone or methyl ethyl ketone as ketone solvents, acetonitrile, propionitrile, and benzonitrile as nitrile solvents, dimethyl sulfoxide as sulfoxide solvent, and methanol, ethanol, and propanol as alcohol solvents.
前記の溶媒については、ハロゲン系溶媒及びアルコール系溶媒からなる群より選ばれる1種以上が好ましく、ジクロロメタン、エタノール及びメタノールからなる群より選ばれる1種以上がより好ましい。 The solvent is preferably at least one selected from the group consisting of halogen-based solvents and alcohol-based solvents, and more preferably at least one selected from the group consisting of dichloromethane, ethanol, and methanol.
製法1において、反応温度としては、0℃以上200℃以下の任意の温度が好ましく、20℃以上80℃以下がより好ましい。また、反応時間としては、1時間以上100時間以下が好ましい。 In the manufacturing method 1, the reaction temperature is preferably any temperature between 0°C and 200°C, more preferably between 20°C and 80°C. The reaction time is preferably between 1 hour and 100 hours.
製法1については、前記の反応工程に加えて、前記の反応工程で得られた一般式(1a)で表される4-アンモニオピぺリジニウム塩を単離する工程(以下、「単離工程」ともいう。)を含んでいてもよく、更に必要に応じて、前記の単離工程で単離された4-アンモニオピぺリジニウム塩をイオン交換する工程(以下、「イオン交換工程」ともいう。)を含んでいてもよい。 In addition to the reaction step, Production Method 1 may include a step of isolating the 4-ammoniopiperidinium salt represented by general formula (1a) obtained in the reaction step (hereinafter also referred to as the "isolation step"), and may further include a step of ion-exchanging the 4-ammoniopiperidinium salt isolated in the isolation step (hereinafter also referred to as the "ion exchange step"), if necessary.
前記の単離工程において、4-アンモニオピぺリジニウム塩(1a)が反応混合物から単離できればその単離方法については任意であるが、当該単離方法としては、当業者が通常用いる一般的な精製方法を適用することが出来、特に限定するものではないが、例えば、溶媒抽出、カラムクロマトグラフィー、分取薄層クロマトグラフィー、分取液体クロマトグラフィー、再結晶などが例示できる。 In the isolation step, any isolation method can be used as long as the 4-ammoniopiperidinium salt (1a) can be isolated from the reaction mixture. As the isolation method, any purification method commonly used by those skilled in the art can be applied, and examples of the isolation method include, but are not limited to, solvent extraction, column chromatography, preparative thin layer chromatography, preparative liquid chromatography, and recrystallization.
イオン交換工程では、単離工程で単離した4-アンモニオピぺリジニウム塩(1a)をイオン交換する工程を表す。当該イオン交換工程により、一般式(1b)で表される4-アンモニオピぺリジニウム塩を得ることができる。 The ion exchange step is a step of ion-exchanging the 4-ammoniopiperidinium salt (1a) isolated in the isolation step. The ion exchange step can produce a 4-ammoniopiperidinium salt represented by general formula (1b).
イオン交換の方法としては、当業者が四級アンモニウム塩のイオン交換に用いる一般的な方法を用いることが出来、例えば4-アンモニオピぺリジニウム塩(1a)と、イオン交換樹脂とを接触させればよい。イオン交換樹脂として、交換基Yb-を有するイオン交換樹脂であればよく、例えば、ダイヤイオンSA10A、ダイヤイオンSA12A、又はダイヤイオンSA11Aが例示でき、好ましくはダイヤイオンSA10Aが例示できる。 The ion exchange method can be a general method used by those skilled in the art for ion exchange of quaternary ammonium salts, for example, by contacting 4-ammoniopiperidinium salt (1a) with an ion exchange resin. The ion exchange resin may be any ion exchange resin having an exchange group Yb- , for example, Diaion SA10A, Diaion SA12A, or Diaion SA11A, and preferably Diaion SA10A.
イオン交換は、イオン交換を阻害しない溶媒中で実施すればよい。該溶媒として、エーテル系溶媒、エステル系溶媒、ケトン系溶媒、ニトリル系溶媒、アルコール系溶媒及び水の群から選択される1つ以上が挙げられる。具体的な溶媒は、それぞれ、前述の製法1の説明で例示した具体的な溶媒と同じものが例示できる。 The ion exchange may be carried out in a solvent that does not inhibit the ion exchange. The solvent may be one or more selected from the group consisting of ether solvents, ester solvents, ketone solvents, nitrile solvents, alcohol solvents, and water. Specific examples of the solvents are the same as those exemplified in the explanation of Production Method 1 above.
<一般式(2)で表される4-ジアルキルアミノピペリジンの製造方法>
製法1に供する4-ジアルキルアミノピペリジン(2)の製造方法の実施形態の一例として、一般式(4)で表される4-アミノピペリジンと、還元剤と、一般式(5)で表されるカルボニル化合物から選ばれる1種以上の化合物とを反応させる工程、を有することを特徴とする、4-ジアルキルアミノピペリジン(2)の製造方法(以下、「原料製法1」ともいう。)、を挙げることができる。
<Method for producing 4-dialkylaminopiperidine represented by formula (2)>
An example of an embodiment of the method for producing 4-dialkylaminopiperidine (2) to be subjected to Production Method 1 includes a method for producing 4-dialkylaminopiperidine (2) (hereinafter also referred to as "Starting Material Production Method 1"), which is characterized by having a step of reacting 4-aminopiperidine represented by general formula (4), a reducing agent, and one or more compounds selected from carbonyl compounds represented by general formula (5).
(式中、R9は、一般式(2)におけるR9と同義であり、好ましい範囲についても同様である。) (In the formula, R 9 has the same meaning as R 9 in general formula (2), and the preferred range is also the same.)
前記の炭素数3~4の直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基については、特に限定するものではないが、例えば、R1、R2、R3、R4、及びR5の説明で例示した炭素数3~4の直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基と同じ基が例示できる。Xは、各々独立に、水素原子、メチル基、又はエチル基であることが好ましく、殊更、水素原子であることがより好ましい。 The linear, branched, or cyclic alkyl group having 3 to 4 carbon atoms is not particularly limited, and examples thereof include the same linear, branched, or cyclic alkyl groups having 3 to 4 carbon atoms as exemplified in the explanation of R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , and R 5. Each X is preferably a hydrogen atom, a methyl group, or an ethyl group, and more preferably a hydrogen atom.
前記の還元剤については、特に限定するものではないが、原料製法1の中間生成物であるイミニウムカチオン化合物を還元しうるものであれば特に限定するものではないが、例えば、ギ酸、ギ酸アンモニウム、水素化トリアセトキシホウ素ナトリウム、ピリジンボラン、2-ピコリンボラン、又は5-エチル-2-メチルピリジンボラン等を例示することができる。 The reducing agent is not particularly limited as long as it can reduce the iminium cation compound, which is the intermediate product of Raw Material Production Method 1. For example, formic acid, ammonium formate, sodium triacetoxyborohydride, pyridine borane, 2-picoline borane, or 5-ethyl-2-methylpyridine borane can be used.
原料製法1において、4-アミノピペリジン(4)に対する、還元剤の添加量は、2~50モル当量であることが好ましく、4~10モル当量であることがより好ましい。 In the raw material preparation method 1, the amount of reducing agent added relative to 4-aminopiperidine (4) is preferably 2 to 50 molar equivalents, and more preferably 4 to 10 molar equivalents.
原料製法1において、4-アミノピペリジン(4)に対する、カルボニル化合物(5)の添加量は、2~50モル当量であることが好ましく、4~10モル当量であることがより好ましい。 In the raw material preparation method 1, the amount of carbonyl compound (5) added relative to 4-aminopiperidine (4) is preferably 2 to 50 molar equivalents, and more preferably 4 to 10 molar equivalents.
原料製法1は、4-アミノピペリジン(4)と、還元剤と、カルボニル化合物(5)とを溶媒中で反応させればよい。該溶媒は反応を阻害しないものであればよく、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系溶媒、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテルなどのエーテル系溶媒、及びメタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール系溶媒及び水が例示でき、好ましい溶媒としてアルコール系溶媒又は水が、より好ましい溶媒としてメタノール又は水が、例示できる。 In the raw material preparation method 1, 4-aminopiperidine (4), a reducing agent, and a carbonyl compound (5) are reacted in a solvent. The solvent may be any solvent that does not inhibit the reaction, and examples of the solvent include aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, toluene, and xylene, ether solvents such as tetrahydrofuran, diethyl ether, and diisopropyl ether, and alcohol solvents such as methanol, ethanol, and isopropyl alcohol, and water. Preferred examples of the solvent include alcohol solvents and water, and more preferred examples of the solvent include methanol and water.
原料製法1において、好ましい反応温度として20℃以上150℃以下の任意の温度が、より好ましい反応温度として40℃以上120℃以下が、好ましい反応時間として1時間以上100時間以下が、それぞれ、例示できる。 In the raw material production method 1, the preferred reaction temperature is any temperature between 20°C and 150°C, the more preferred reaction temperature is between 40°C and 120°C, and the preferred reaction time is between 1 hour and 100 hours.
なお、当該原料製法1においては、反応を促進させる触媒を添加して行ってもよい。当該触媒としては、特に限定するものではないが、例えば、ルテニウム錯体、ロジウム錯体、又はイリジウム錯体を挙げることができる。 In addition, in the raw material production method 1, a catalyst for promoting the reaction may be added. The catalyst is not particularly limited, but examples thereof include a ruthenium complex, a rhodium complex, and an iridium complex.
原料製法1は、上記反応によって得られた4-アミノピペリジン(4)を単離する工程、を含んでいてもよい。
単離方法その他の条件は、製法1の単離工程と同じ条件が例示できる。
The starting material production method 1 may include a step of isolating the 4-aminopiperidine (4) obtained by the above reaction.
The isolation method and other conditions may be the same as those in the isolation step of Production Method 1.
<小細孔ゼオライトの製造方法>
本実施形態の4-アンモニオピぺリジニウム塩(1)は、公知のアンモニウム塩の用途に適用できるが、遷移金属触媒の配位子及びゼオライトの製造用の有機構造指向剤(以下、「SDA」ともいう。)の少なくともいずれか、更にはゼオライト製造用のSDAとして使用することができる。本実施形態の4-アンモニオピぺリジニウム塩(1)は、特に小細孔ゼオライト製造用のSDA、更にはCHA型ゼオライトを指向するためのSDAとして使用することができる。
<Method of manufacturing small pore zeolite>
The 4-ammoniopiperidinium salt (1) of this embodiment can be used for known applications of ammonium salts, but can also be used as at least one of a ligand for a transition metal catalyst and an organic structure directing agent (hereinafter also referred to as "SDA") for the production of zeolites, and further as an SDA for the production of zeolites. The 4-ammoniopiperidinium salt (1) of this embodiment can be used particularly as an SDA for the production of small pore zeolites, and further as an SDA for directing CHA-type zeolites.
本実施形態のゼオライトの製造方法として、一般式(1)で表される4-アンモニオピぺリジニウム塩を含む有機構造指向剤源、シリカ源、アルミナ源、アルカリ源及び水を含む組成物を結晶化させる結晶化工程、を有することを特徴とするゼオライトの製造方法が挙げられる。 The method for producing zeolite in this embodiment is characterized by having a crystallization step of crystallizing a composition containing an organic structure directing agent source including a 4-ammoniopiperidinium salt represented by general formula (1), a silica source, an alumina source, an alkali source, and water.
以下、本実施形態の4-アンモニオピぺリジニウム塩(1)をSDAとして適用したゼオライトの製造方法として、小細孔ゼオライトであるCHA型ゼオライトの製造方法を一例に挙げ、説明する。 Below, we will explain the method for producing zeolite using the 4-ammoniopiperidinium salt (1) of this embodiment as an SDA, taking as an example the method for producing CHA-type zeolite, which is a small pore zeolite.
本実施形態のCHA型ゼオライトの製造方法は、一般式(1)で表される4-アンモニオピぺリジニウム塩を含む有機構造指向剤源、シリカ源、アルミナ源、アルカリ源及び水を含む組成物(以下、「原料組成物」ともいう。)を結晶化させる結晶化工程、を有することを特徴とするCHA型ゼオライトの製造方法である。 The method for producing CHA-type zeolite in this embodiment is characterized by having a crystallization step of crystallizing a composition (hereinafter also referred to as the "raw material composition") that contains an organic structure directing agent source containing 4-ammoniopiperidinium salt represented by general formula (1), a silica source, an alumina source, an alkali source, and water.
「アルミノシリケート」は、アルミニウム(Al)とケイ素(Si)とが酸素(O)を介したネットワークの繰返しからなる構造を有する複合酸化物である。アルミノシリケートのうち、その粉末X線回折(以下、「XRD」ともいう。)パターンにおいて、結晶性のXRDピークを有するものが「結晶性アルミノシリケート」であり、結晶性のXRDピークを有さないものが「非晶質アルミノシリケート」である。 An "aluminosilicate" is a complex oxide with a structure consisting of a repeating network of aluminum (Al) and silicon (Si) via oxygen (O). Among aluminosilicates, those that have a crystalline XRD peak in their powder X-ray diffraction (hereinafter also referred to as "XRD") pattern are "crystalline aluminosilicates", and those that do not have a crystalline XRD peak are "amorphous aluminosilicates".
本実施形態におけるXRDパターンはCuKα線を線源として測定され、測定条件として、以下の条件が挙げられる。
線源 : CuKα線(λ=1.5406Å)
測定モード : ステップスキャン
スキャン速度 : 毎分4.0°
測定範囲 : 2θ=3.0°~50.0°
In this embodiment, the XRD pattern is measured using CuKα radiation as a radiation source, and the measurement conditions include the following conditions.
Radiation source: CuKα radiation (λ=1.5406Å)
Measurement mode: Step scan Scan speed: 4.0° per minute
Measurement range: 2θ=3.0° to 50.0°
結晶性のXRDピークは、一般的な解析ソフト(例えば、SmartLab StudioII、リガク社製)を使用したXRDパターンの解析においてピークトップの2θが特定され検出されるピークである。特に限定されるものではないが、XRDピークの半値幅(半値全幅)としては、2θ=0.50°以下を例示できる。 A crystalline XRD peak is a peak that is detected by identifying the 2θ of the peak top in the analysis of an XRD pattern using general analysis software (e.g., SmartLab Studio II, manufactured by Rigaku Corporation). Although not particularly limited, the half-width (full width at half maximum) of the XRD peak can be, for example, 2θ = 0.50° or less.
「ゼオライト」とは、骨格原子(以下、「T原子」ともいう。)が酸素(O)を介した規則的構造を有する化合物であり、T原子が金属原子からなる化合物である。ゼオライトには、T原子として、2以上の金属原子が含有されていてもよい。なお、本実施形態において金属原子とは、金属元素からなる原子と半金属元素からなる原子の両方を含む概念である。 "Zeolite" is a compound in which the skeleton atoms (hereinafter also referred to as "T atoms") have a regular structure with oxygen (O) interposed therebetween, and the T atoms are metal atoms. Zeolite may contain two or more metal atoms as T atoms. In this embodiment, the concept of metal atoms includes both atoms of metal elements and atoms of metalloid elements.
「ゼオライト類似物質」とは、T原子が酸素を介した規則的構造を有する化合物であり、T原子として少なくとも金属以外の原子(以下、「非金属原子」ともいう)を含む化合物である。一例としては、ゼオライト類似物質には、T原子として、金属原子と非金属原子が含有される。具体的なゼオライト類似物質として、アルミノフォスフェート(AlPO)やシリコアルミノフォスフェート(SAPO)など、T原子としてリン(P)を含む複合リン化合物が例示できる。本実施形態におけるゼオライトは、T原子としてリンを含まないことが好ましく、リンを含まないことがより好ましい。 A "zeolite-like substance" is a compound having a regular structure in which T atoms are oxygen-mediated, and which contains at least an atom other than a metal (hereinafter also referred to as a "non-metal atom") as the T atom. As an example, a zeolite-like substance contains a metal atom and a non-metal atom as the T atom. Specific examples of zeolite-like substances include complex phosphorus compounds containing phosphorus (P) as the T atom, such as aluminophosphate (AlPO) and silicoaluminophosphate (SAPO). The zeolite in this embodiment preferably does not contain phosphorus as a T atom, and more preferably does not contain phosphorus.
ゼオライトやゼオライト類似物質における「規則的構造(以下、「ゼオライト構造」ともいう。)」とは、国際ゼオライト学会(International ZeoliteAssociation)のStructure Commissionが定めている構造コード(以下、単に「構造コード」ともいう。)で特定される骨格構造である。例えば、CHA構造は構造コード「CHA」、FAU構造は構造コード「FAU」として、それぞれ、特定される骨格構造である。Collection of simulated XRD powder patterns for zeolites,Fifth revised edition(2007)に記載された各構造のXRDパターン(以下、「参照パターン」ともいう。)との対比によって、ゼオライト構造は同定できる。ゼオライト構造に関し、骨格構造、結晶構造又は結晶相はそれぞれ同義で使用される。 The "regular structure" (hereinafter also referred to as "zeolite structure") in zeolites and zeolite-like substances is a skeletal structure specified by a structure code (hereinafter also referred to as "structure code") defined by the Structure Commission of the International Zeolite Association. For example, the CHA structure is specified by the structure code "CHA", and the FAU structure is specified by the structure code "FAU". The zeolite structure can be identified by comparing with the XRD pattern (hereinafter also referred to as "reference pattern") of each structure described in Collection of Simulated XRD Powder Patterns for Zeolites, Fifth Revised Edition (2007). With respect to zeolite structure, the framework structure, crystal structure, and crystal phase are used synonymously.
「類縁構造」とは、ゼオライト構造に含まれる構造ユニット(Building Unit)が連結して構成される構造であり、なおかつ、参照パターンとの対比においてゼオライト構造として同定されない構造である。 An "analogous structure" is a structure formed by linking structural units (building units) contained in a zeolite structure, and is a structure that cannot be identified as a zeolite structure when compared with a reference pattern.
本実施形態において、「CHA型ゼオライト」や「FAU型ゼオライト」など、「~型ゼオライト」は、当該構造コードのゼオライト構造を有するゼオライトを意味し、好ましくは当該構造コードのゼオライト構造を有する結晶性アルミノシリケートを意味する。 In this embodiment, "type zeolite", such as "CHA type zeolite" or "FAU type zeolite", means a zeolite having a zeolite structure of the corresponding structure code, and preferably means a crystalline aluminosilicate having a zeolite structure of the corresponding structure code.
シリカ源は、シリカ(SiO2)又はその前駆体となるケイ素化合物であり、例えば、コロイダルシリカ、無定型シリカ、珪酸ナトリウム、テトラエチルオルトシリケート、沈殿法シリカ、ヒュームドシリカ、結晶性アルミノシリケート及びアルミノシリケートゲルの群から選ばれる1以上が挙げられ、結晶性アルミノシリケート、アルミノシリケートゲル及び珪酸ナトリウムの少なくともいずれかであることが好ましい。 The silica source is silica (SiO 2 ) or a silicon compound that is a precursor thereof, and examples thereof include one or more selected from the group consisting of colloidal silica, amorphous silica, sodium silicate, tetraethyl orthosilicate, precipitated silica, fumed silica, crystalline aluminosilicate, and aluminosilicate gel, and is preferably at least one of crystalline aluminosilicate, aluminosilicate gel, and sodium silicate.
アルミナ源は、アルミナ(Al2O3)又はその前駆体となるアルミニウム化合物であり、例えば、硫酸アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、水酸化アルミニウム、塩化アルミニウム、アルミノシリケートゲル、結晶性アルミノシリケート及び金属アルミニウムの群から選ばれる1以上が挙げられ、結晶性アルミノシリケート及びアルミノシリケートゲルの少なくともいずれかであることが好ましい。 The alumina source is alumina (Al 2 O 3 ) or an aluminum compound that is a precursor thereof, and examples thereof include one or more selected from the group consisting of aluminum sulfate, sodium aluminate, aluminum hydroxide, aluminum chloride, aluminosilicate gel, crystalline aluminosilicate, and metallic aluminum, and is preferably at least one of crystalline aluminosilicate and aluminosilicate gel.
有機構造指向剤源は、一般式(1)で表される4-アンモニオピぺリジニウム塩を含む。4-アンモニオピぺリジニウム塩に含まれる4-アミノピペリジニウムカチオンが小細孔ゼオライトを指向するSDAとして機能する。4-アンモニオピぺリジニウム塩に含まれる陰イオンは塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン及び水酸化物イオンの群から選ばれる1以上、臭化物イオン、ヨウ化物イオン及び水酸化物イオンの群から選ばれる1以上、若しくは、ヨウ化物イオン及び水酸化物イオンの少なくともいずれかであることが好ましい。 The organic structure directing agent source contains a 4-ammoniopiperidinium salt represented by the general formula (1). The 4-aminopiperidinium cation contained in the 4-ammoniopiperidinium salt functions as an SDA that directs the small pore zeolite. The anion contained in the 4-ammoniopiperidinium salt is preferably at least one selected from the group consisting of chloride ions, bromide ions, iodide ions, and hydroxide ions, at least one selected from the group consisting of bromide ions, iodide ions, and hydroxide ions, or at least one selected from the group consisting of iodide ions and hydroxide ions.
有機構造指向剤源は、CHA型ゼオライトを指向する公知のSDAや他のアンモニウム塩を含んでいてもよい。例えば、CHA型ゼオライトを指向する公知のSDAとして、トリアルキルアダマンタンアンモニウムカチオン、トリアルキルシクロヘキシルアンモニウムカチオン及びキヌクリジンカチオンの群から選ばれる1以上、等が挙げられる。 The organic structure directing agent source may contain a known SDA or other ammonium salt that directs CHA-type zeolite. For example, known SDAs that direct CHA-type zeolite include one or more selected from the group consisting of trialkyladamantan ammonium cation, trialkylcyclohexyl ammonium cation, and quinuclidine cation.
アルカリ源は、アルカリ金属元素を含む化合物であればよく、アルカリ金属の水酸化物及びハロゲン化物の少なくともいずれかが挙げられる。アルカリ金属はナトリウム、カリウム、ルビジウム及びセシウムの群から選ばれる1以上、ナトリウム及びカリウムの少なくともいずれか、ナトリウム及びカリウム、若しくは、ナトリウムが好ましい。 The alkali source may be a compound containing an alkali metal element, and may be at least one of an alkali metal hydroxide and an alkali metal halide. The alkali metal is preferably at least one selected from the group consisting of sodium, potassium, rubidium, and cesium, at least one of sodium and potassium, sodium and potassium, or sodium.
本実施形態において、原料組成物は以下に示す組成のいずれかの組合せを有することが好ましい。
SiO2/Al2O3 : 5以上、又は10以上かつ
100以下、50以下又は30以下
OH/SiO2 : 0.10以上、0.20以上又は0.30以上、かつ、
1.0以下、0.80以下又は0.70以下
M/SiO2 : 0.06以上、0.10以上又は0.15以上、かつ、
1.0以下、0.80以下又は0.60以下
SDA/SiO2 : 0.01以上、0.02以上又は0.03以上、かつ、
2.0以下、0.50以下又は0.30以下
H2O/SiO2 : 5以上、8以上又は10以上、かつ、
60以下、40以下又は30以下
In this embodiment, the raw material composition preferably has any combination of the following compositions.
SiO2 / Al2O3 : 5 or more, or 10 or more and
OH/SiO 2 : 0.10 or more, 0.20 or more, or 0.30 or more; and
M/ SiO2 : 0.06 or more, 0.10 or more, or 0.15 or more; and
SDA/SiO 2 : 0.01 or more, 0.02 or more, or 0.03 or more, and
2.0 or less, 0.50 or less, or 0.30 or less; H 2 O/SiO 2 : 5 or more, 8 or more, or 10 or more; and
60 or less, 40 or less, or 30 or less
上記組成において、SiO2/Al2O3は原料組成物中のアルミナに対するシリカのモル比であり、OH/SiO2、M/SiO2、SDA/SiO2及びH2O/SiO2は、それぞれ、原料組成物中のシリカに対する、水酸化物イオン、アルカリ金属、SDA又は水のモル比である。Mはアルカリ金属であり、アルカリ金属がナトリウムである場合、又は、アルカリ金属がナトリウムとカリウムである場合、M/SiO2は、それぞれ、Na/SiO2、又は(Na+K)/SiO2となる。 In the above composition, SiO2 / Al2O3 is the molar ratio of silica to alumina in the raw material composition, and OH/ SiO2 , M / SiO2 , SDA/ SiO2 and H2O / SiO2 are the molar ratios of hydroxide ions, alkali metal, SDA or water to silica in the raw material composition, respectively. M is an alkali metal, and when the alkali metal is sodium or when the alkali metals are sodium and potassium, M/ SiO2 is Na/ SiO2 or (Na+K)/ SiO2 , respectively.
本実施形態において、原料組成物は種晶を含んでいてもよい。種晶を含む場合、原料組成物の種晶の含有量は、原料組成物(種晶を含まない)中のケイ素をシリカ(SiO2)換算した質量に対する種晶中のケイ素をシリカ換算した質量割合として、0質量%以上、0.5質量%以上であり、10.0質量%以下、5.0質量%以下又は3.5質量%以下であることが挙げられる。 In the present embodiment, the raw material composition may contain seed crystals. When the raw material composition contains seed crystals, the content of the seed crystals in the raw material composition is, for example, 0 mass% or more, 0.5 mass% or more, and 10.0 mass% or less, 5.0 mass% or less, or 3.5 mass% or less, expressed as a mass ratio of silicon in the seed crystals converted into silica (SiO 2 ) relative to the mass of silicon in the raw material composition (not including the seed crystals) converted into silica (SiO 2 ).
種晶は、結晶構造中に奇数員環を含まないゼオライトであればよく、例えば、FAU、CHA、AEI、LEV、AFX、ERI、OFF、LTL及びGMEの群から選ばれるいずれかゼオライトの構造を有するゼオライトであることが好ましく、CHA、AEI、LEV、AFX及びERIの群から選ばれるいずれかのゼオライト構造を有するゼオライトであることがより好ましく、CHA型ゼオライトであることが更に好ましい。 The seed crystals may be any zeolite that does not contain odd-numbered rings in the crystal structure, and are preferably zeolite having a structure selected from the group consisting of FAU, CHA, AEI, LEV, AFX, ERI, OFF, LTL, and GME, more preferably zeolite having a structure selected from the group consisting of CHA, AEI, LEV, AFX, and ERI, and even more preferably CHA-type zeolite.
本実施形態において、結晶化工程では原料組成物を結晶化するが、原料組成物を水熱処理することによって、これを結晶化すればよい。水熱処理は、原料組成物を密閉耐圧容器に入れ、これを加熱すればよい。水熱処理条件として以下のものを挙げることができる。
処理温度 :80℃以上又は140℃以上、かつ、190℃以下又は180℃以下
処理時間 :2時間以上500時間以下
処理圧力 :自生圧
In the present embodiment, the raw material composition is crystallized in the crystallization step, and the raw material composition may be crystallized by hydrothermal treatment. The hydrothermal treatment may be performed by placing the raw material composition in a sealed pressure-resistant container and heating it. The hydrothermal treatment conditions may include the following.
Treatment temperature: 80°C or higher or 140°C or higher and 190°C or lower or 180°C or lower Treatment time: 2 hours or more and 500 hours or less Treatment pressure: Autogenous pressure
結晶化における原料組成物の状態は任意であり、静置下又は攪拌下のいずれでもよいが、攪拌下であることが好ましい。 The state of the raw material composition during crystallization is arbitrary, and may be either static or stirred, but stirring is preferred.
本実施形態のゼオライト製造方法は、洗浄工程、乾燥工程、SDA除去工程、又は、アンモニウム処理工程などの後処理工程を含んでもよい。 The zeolite production method of this embodiment may include post-treatment steps such as a washing step, a drying step, an SDA removal step, or an ammonium treatment step.
洗浄工程は、ゼオライトを洗浄する。洗浄方法は任意であるが、ゼオライトを十分量の純水と接触させることが例示できる。 In the washing step, the zeolite is washed. Any washing method can be used, but an example is to bring the zeolite into contact with a sufficient amount of pure water.
乾燥工程は、ゼオライトから水分を除去する。乾燥方法は任意であるが、ゼオライトを、大気中、100℃以上、150℃以下で2時間以上処理することが例示できる。 The drying process removes moisture from the zeolite. Any drying method can be used, but an example is treating the zeolite in air at 100°C or higher and 150°C or lower for 2 hours or more.
SDA除去工程は、ゼオライトに残存するSDAを除去する。SDA除去方法として、大気中、400℃以上700℃以下で、1~2時間処理することが挙げられる。 The SDA removal process removes any SDA remaining in the zeolite. One method for removing SDA is to treat it in air at 400°C to 700°C for 1 to 2 hours.
アンモニウム処理工程は、ゼオライトからのアルカリ金属の除去、及び、カチオンタイプをアンモニウム型(以下、「NH4 +型」とする。)にする。アンモニウム処理方法は、アンモニウムイオンを含有する水溶液とゼオライトと接触させることが挙げられる。なお、NH4 +型のゼオライトを、熱処理し、カチオンタイプがプロトン型(以下、「H+型」とする。)のゼオライトとしてもよい。具体的な熱処理条件として、大気中、500℃、1~2時間が例示できる。 The ammonium treatment step removes alkali metals from the zeolite and changes the cation type to ammonium type (hereinafter referred to as "NH 4 + type"). The ammonium treatment method includes contacting the zeolite with an aqueous solution containing ammonium ions. The NH 4 + type zeolite may be heat-treated to change the cation type to proton type (hereinafter referred to as "H + type"). Specific heat treatment conditions include, for example, in air at 500°C for 1 to 2 hours.
本実施形態の製造方法により得られるゼオライト(以下、「本実施形態のゼオライト」ともいう。)は任意であるが、小細孔ゼオライトであることが好ましい。 The zeolite obtained by the manufacturing method of this embodiment (hereinafter also referred to as "the zeolite of this embodiment") may be any type, but is preferably a small pore zeolite.
本実施形態のゼオライトの一例として、CHA型ゼオライトが挙げられる。CHA型ゼオライトは、SiO2/Al2O3比は5以上又は8以上であり、50以下、30以下又は15以下であること、平均結晶粒径が0.05μm以上又は0.1μm以上であり、0.8μm以下、0.5μm以下又は0.35μm以下であること、が例示できる。 An example of the zeolite of this embodiment is CHA-type zeolite. CHA-type zeolite has a SiO2 / Al2O3 ratio of 5 or more or 8 or more and 50 or less, 30 or less, or 15 or less, and an average crystal grain size of 0.05 μm or more or 0.1 μm or more and 0.8 μm or less, 0.5 μm or less, or 0.35 μm or less.
本実施形態のゼオライトの製造方法により得られるゼオライトは、公知のゼオライトの用途に適用することができ、例えば、吸着剤、触媒、吸着剤の担体又は触媒担体など、公知のゼオライトの用途に使用することができる。また、窒素酸化物還元触媒、更にはSCR触媒、又は、これらの担体としても使用することができる。 The zeolite obtained by the zeolite manufacturing method of this embodiment can be used in known zeolite applications, such as an adsorbent, catalyst, adsorbent carrier, or catalyst carrier. It can also be used as a nitrogen oxide reduction catalyst, an SCR catalyst, or a carrier for these.
次に、本実施形態の実施例を示す。しかしながら、本実施形態はこれらに限定されるものではない。
(H1-NMRおよびC13-NMR)
JEOL ECZ400(400MHz、日本電子社製)を使用して、試料のH1-NMRおよびC13-NMRスペクトルを測定した。測定溶媒として、重クロロホルム(CDCl3)又は重水(D2O)を用い、内部標準物質としてテトラメチルシラン(TMS)を用いて、試料のH1-NMRスペクトルを測定した。測定データは、化学シフト、多重度、カップリング定数(Hz)及び積分値の順に記載した。
Next, examples of the present embodiment will be described, but the present embodiment is not limited to these.
(H 1 -NMR and C 13 -NMR)
The H 1 -NMR and C 13 -NMR spectra of the samples were measured using a JEOL ECZ400 (400 MHz, manufactured by JEOL Ltd.). The H 1 -NMR spectra of the samples were measured using deuterated chloroform (CDCl 3 ) or heavy water (D 2 O) as the measurement solvent and tetramethylsilane (TMS) as the internal standard. The measurement data are listed in the order of chemical shift, multiplicity, coupling constant (Hz), and integral value.
(粉末X線回折)
一般的なX線回折装置(装置名:Ultima IV、RIGAKU社製)を使用し、試料のXRDを測定した。測定条件は以下のとおりである。
線源 : CuKα線(λ=1.5405Å)
測定モード : ステップスキャン
スキャン幅 : 0.02°
発散スリット: 1.00deg
散乱スリット: 開放
受光スリット: 開放
計測時間 : 1.0分
測定範囲 : 2θ=3.0°~43.0°
試料測定の結果得られたXRDのパターンと参照パターンとを比較することによって、試料のゼオライト構造を同定した。
(組成分析、ケイ素、アルミニウムの定量)
一般的な誘導結合プラズマ発光分析装置(装置名:OPTIMA3300DV、PERKIN ELMER社製)を用いて、試料の組成分析を行った。試料をフッ酸と硝酸の混合溶液に溶解させ、測定溶液を調製した。得られた測定溶液を装置に投入して試料の組成を分析した。得られたケイ素(Si)、アルミニウム(Al)のモル濃度から、SiO2/Al2O3を算出した。
(Powder X-ray Diffraction)
The XRD of the sample was measured using a general X-ray diffraction device (device name: Ultima IV, manufactured by RIGAKU Corporation). The measurement conditions were as follows.
Radiation source: CuKα radiation (λ=1.5405Å)
Measurement mode: Step scan
Scan width: 0.02°
Divergence slit: 1.00 deg
Scattering slit: open
Receiving slit: Open
Measurement time: 1.0 min
Measurement range: 2θ=3.0° to 43.0°
The zeolite structure of the sample was identified by comparing the XRD pattern obtained from the sample with a reference pattern.
(Composition analysis, quantitative determination of silicon and aluminum)
A typical inductively coupled plasma emission spectrometer (OPTIMA3300DV, manufactured by PERKIN ELMER) was used to perform composition analysis of the samples. The samples were dissolved in a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid to prepare a measurement solution. The obtained measurement solution was put into the device to analyze the composition of the samples. SiO2 / Al2O3 was calculated from the obtained molar concentrations of silicon (Si) and aluminum (Al).
合成例1 Synthesis example 1
ホルムアルデヒド(38%水溶液,45g,0.55mol)を0℃に氷冷し、1-メチル-4-アミノピペリジン(東京化成社製,25g,0.22mol)を30分かけて滴下し、さらにギ酸(98%水溶液,55g,1.2mol)を30分かけて滴下した。滴下後、60℃に昇温し、24時間攪拌した。その間、二酸化炭素の発泡が観測された。得られた反応液について、氷浴を用いて冷却を行い、次いで、2.0Mの塩酸(250g,0.50mol)を30分時間かけて滴下した。その後、水蒸気蒸留によって余剰のギ酸及びホルムアルデヒドを除去した。残った淡橙色固体に純水50gを加えて溶解させ、氷浴を用いて冷却を行い、水溶液の液性がpHを11になるまで48%のNaOH水溶液を添加した。テトラヒドロフランおよび酢酸エチルで抽出した後に、抽出液に無水硫酸ナトリウムを添加し、撹拌した後、固形分をろ別し、液状組成物を得た。回転式エバポレーターで液状組成物からテトラヒドロフランおよび酢酸エチルを除去し、残った単黄色オイルを減圧蒸留することで、1-メチル-4-ジメチルアミノピペリジンを無色透明オイルとして得た(24.8g,収率79%)。 Formaldehyde (38% aqueous solution, 45 g, 0.55 mol) was ice-cooled to 0°C, 1-methyl-4-aminopiperidine (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., 25 g, 0.22 mol) was added dropwise over 30 minutes, and formic acid (98% aqueous solution, 55 g, 1.2 mol) was added dropwise over 30 minutes. After the addition, the temperature was raised to 60°C and the mixture was stirred for 24 hours. During this time, carbon dioxide foaming was observed. The resulting reaction solution was cooled using an ice bath, and then 2.0 M hydrochloric acid (250 g, 0.50 mol) was added dropwise over 30 minutes. After that, excess formic acid and formaldehyde were removed by steam distillation. 50 g of pure water was added to the remaining pale orange solid to dissolve it, and the mixture was cooled using an ice bath. A 48% aqueous NaOH solution was added until the pH of the aqueous solution reached 11. After extraction with tetrahydrofuran and ethyl acetate, anhydrous sodium sulfate was added to the extract, which was then stirred and the solids were filtered off to obtain a liquid composition. Tetrahydrofuran and ethyl acetate were removed from the liquid composition using a rotary evaporator, and the remaining pale yellow oil was distilled under reduced pressure to obtain 1-methyl-4-dimethylaminopiperidine as a colorless, transparent oil (24.8 g, yield 79%).
1,1-ジメチル-4-トリメチルアンモニオピぺリジニウム=ジヨージドのNMRスペクトル:1H-NMR(400MHz,D2O,20℃):δ2.59(brd,J=12.0Hz,2H),1.94(m,1H),1.93(s,6H),1.91(s,3H),1.74(brt,J=12.0Hz,2H),1.58(brd,J=12.0Hz,2H),1.13(ddd,J=12.0Hz,J=12.0Hz,J=2.8Hz,2H)。13C{1H}-NMR(100MHz,D2O):δ60.65(1C),53.81(2C),44.44(1C),40.29(2C),26.97(2C)。 NMR spectrum of 1,1-dimethyl-4-trimethylammoniopiperidinium diiodide: 1H -NMR (400 MHz, D2O , 20°C): δ 2.59 (brd, J = 12.0 Hz, 2H), 1.94 (m, 1H), 1.93 (s, 6H), 1.91 (s, 3H), 1.74 (brt, J = 12.0 Hz, 2H), 1.58 (brd, J = 12.0 Hz, 2H), 1.13 (ddd, J = 12.0 Hz, J = 12.0 Hz, J = 2.8 Hz, 2H). 13 C{ 1 H}-NMR (100 MHz, D 2 O): δ60.65 (1C), 53.81 (2C), 44.44 (1C), 40.29 (2C), 26.97 (2C).
(4-アンモニオピぺリジニウム塩の合成)
実施例1-1
(Synthesis of 4-ammoniopiperidinium salt)
Example 1-1
合成例1で得られた1-メチル-4-ジメチルアミノピペリジン(24.8g,0.174mol)のエタノール溶液(200mL)を0℃に氷冷し、ヨードメタン(150g,1.05mol)を30分かけて滴下した。滴下後、50℃に昇温し、24時間攪拌した。次いで、得られた反応液について、氷浴を用いて冷却を行い、反応液中に析出した白色固体をろ取した。ろ取物をエタノールで洗浄することで、白色固体状の1,1-ジメチル-4-トリメチルアンモニオピぺリジニウム=ジヨージド(66.4g,収率89.5%)を得た。 An ethanol solution (200 mL) of 1-methyl-4-dimethylaminopiperidine (24.8 g, 0.174 mol) obtained in Synthesis Example 1 was ice-cooled to 0°C, and iodomethane (150 g, 1.05 mol) was added dropwise over 30 minutes. After the addition, the temperature was raised to 50°C and stirred for 24 hours. The resulting reaction solution was then cooled using an ice bath, and the white solid precipitated in the reaction solution was filtered off. The filtered product was washed with ethanol to obtain 1,1-dimethyl-4-trimethylammoniopiperidinium diiodide (66.4 g, yield 89.5%) in the form of a white solid.
1,1-ジメチル-4-トリメチルアンモニオピぺリジニウム=ジヨージドのNMRスペクトル:1H-NMR(400MHz,D2O,20℃):δ3.87(tt,J=12.4Hz,J=3.6Hz,1H),3.80(ddd,J=12.8Hz,J=2.4Hz,J=2.4Hz,2H),3.59(ddd,J=13.2Hz,J=13.2Hz,J=2.4Hz,2H),3.30(s,3H),3.25(s,3H),3.24(s,9H),2.51(m,2H),2.36(m,2H)。13C{1H}-NMR(100MHz,D2O,20℃):δ68.21(1C),60.98(2C),56.38(1C),51.83(3C),47.88(1C),20.96(2C)。 NMR spectrum of 1,1-dimethyl-4-trimethylammoniopiperidinium diiodide: 1H -NMR (400 MHz, D2O , 20°C): δ 3.87 (tt, J = 12.4 Hz, J = 3.6 Hz, 1H), 3.80 (ddd, J = 12.8 Hz, J = 2.4 Hz, J = 2.4 Hz, 2H), 3.59 (ddd, J = 13.2 Hz, J = 13.2 Hz, J = 2.4 Hz, 2H), 3.30 (s, 3H), 3.25 (s, 3H), 3.24 (s, 9H), 2.51 (m, 2H), 2.36 (m, 2H). 13 C{ 1 H}-NMR (100 MHz, D 2 O, 20° C.): δ68.21 (1 C), 60.98 (2 C), 56.38 (1 C), 51.83 (3 C), 47.88 (1 C), 20.96 (2 C).
実施例1-2 Example 1-2
上記の実施例1-1で得られた1,1-ジメチル-4-トリメチルアンモニオピぺリジニウム=ジヨージド(25g,58.7mmol)の水溶液(100mL)に対し、陰イオン交換樹脂(三菱ケミカル社製,ダイヤイオン(登録商標)SA10A,OH-型,400cm3)を添加し、12時間静置した。ろ過により前記の陰イオン交換樹脂を分離した後、水溶液の総重量が50gになるまで回転式エバポレーターで濃縮を行うことで、1,1-ジメチル-4-トリメチルアンモニオピぺリジニウム=ジヒドロキシドを24%水溶液として得た(収率96%)。 An anion exchange resin (Mitsubishi Chemical Corporation, Diaion (registered trademark) SA10A, OH-type, 400 cm 3 ) was added to an aqueous solution (100 mL) of 1,1-dimethyl - 4 -trimethylammoniopiperidinium diiodide (25 g, 58.7 mmol) obtained in Example 1-1 above, and the mixture was allowed to stand for 12 hours. After separating the anion exchange resin by filtration, the aqueous solution was concentrated with a rotary evaporator until the total weight of the aqueous solution became 50 g, thereby obtaining 1,1-dimethyl-4-trimethylammoniopiperidinium dihydroxide as a 24% aqueous solution (yield 96%).
1,1-ジメチル-4-トリメチルアンモニオピぺリジニウム=ジヒドロキシドのNMRスペクトル:13C{1H}-NMR(100MHz,H2O,20℃):δ68.25(1C),60.82(2C),56.15(1C),51.36(3C),47.29(1C),20.63(2C)。 NMR spectrum of 1,1-dimethyl-4-trimethylammoniopiperidinium dihydroxide: 13 C{ 1 H}-NMR (100 MHz, H 2 O, 20° C.): δ 68.25 (1C), 60.82 (2C), 56.15 (1C), 51.36 (3C), 47.29 (1C), 20.63 (2C).
(CHA型ゼオライトの合成)
実施例2-1
実施例1-2で得られた1,1-ジメチル-4-トリメチルアンモニオピぺリジニウム=ジヒドロキシド(以下、「DMTMAPOH」ともいう。)、ゼオライトY(SiO2/Al2O3=11)、29%ケイ酸ナトリウム、48%水酸化ナトリウム及び水を混合し、以下のモル組成を有する原料組成物を得た。
(Synthesis of CHA-type zeolite)
Example 2-1
1,1-Dimethyl-4-trimethylammoniopiperidinium dihydroxide (hereinafter also referred to as "DMTMAPOH") obtained in Example 1-2, zeolite Y ( SiO2 / Al2O3 =11), 29% sodium silicate, 48% sodium hydroxide and water were mixed to obtain a raw material composition having the following molar composition.
SiO2/Al2O3 = 14.7
SDA/SiO2 = 0.125
Na/SiO2 = 0.35
OH/SiO2 = 0.60
H2O/SiO2 = 10
種晶含有量が2.0質量%となるようにCHA型ゼオライトを原料組成物に添加し、十分に撹拌混合した。攪拌混合後、原料組成物をステンレス製オートクレーブに密閉し、当該オートクレーブを回転させながら、140℃で84時間加熱して生成物を得た。得られた生成物を濾過、洗浄し、大気中110℃で一晩乾燥させ、本実施例のゼオライトを得た。本実施例のゼオライトは、CHA型ゼオライトの単一相であり、SiO2/Al2O3が10.2、Na/Alは0.22、及び平均結晶粒径が0.18μmであった。
SiO 2 /Al 2 O 3 = 14.7
SDA/ SiO2 = 0.125
Na/ SiO2 = 0.35
OH/ SiO2 = 0.60
H2O / SiO2 = 10
CHA type zeolite was added to the raw material composition so that the seed crystal content was 2.0 mass%, and thoroughly mixed and stirred. After mixing and stirring, the raw material composition was sealed in a stainless steel autoclave, and the autoclave was heated at 140°C for 84 hours while rotating to obtain a product. The obtained product was filtered, washed, and dried overnight at 110°C in air to obtain the zeolite of this example. The zeolite of this example was a single phase CHA type zeolite, with SiO2 / Al2O3 of 10.2, Na/Al of 0.22, and an average crystal grain size of 0.18 μm.
実施例2-2
以下のモル組成を有する原料組成物を得たこと以外は実施例2-1と同様な方法で本実施例のゼオライトを得た。
Example 2-2
The zeolite of this example was obtained in the same manner as in Example 2-1, except that a raw material composition having the following molar composition was obtained.
SiO2/Al2O3 = 16.3
SDA/SiO2 = 0.125
Na/SiO2 = 0.35
OH/SiO2 = 0.60
H2O/SiO2 = 10
本実施例のゼオライトは、CHA型ゼオライトの単一相であり、SiO2/Al2O3が11.3、Na/Alが0.16、及び平均結晶粒径が0.13μmであった。
SiO 2 /Al 2 O 3 = 16.3
SDA/ SiO2 = 0.125
Na/ SiO2 = 0.35
OH/ SiO2 = 0.60
H2O / SiO2 = 10
The zeolite of this example was a single phase CHA type zeolite, with a SiO 2 /Al 2 O 3 ratio of 11.3, a Na/Al ratio of 0.16, and an average crystal grain size of 0.13 μm.
実施例2-3
実施例1-2で得られたDMTMAPOH、48%水酸化ナトリウム、ゼオライトY及び水を混合して以下のモル組成を有する原料組成物を使用したこと以外は実施例2-1と同様な方法で本実施例のゼオライトを得た。
Example 2-3
The zeolite of this example was obtained in the same manner as in Example 2-1, except that a raw material composition having the following molar composition was used by mixing the DMTMAPOH obtained in Example 1-2, 48% sodium hydroxide, zeolite Y, and water.
SiO2/Al2O3 = 14.4
OH/SiO2 = 0.55
Na/SiO2 = 0.35
SDA/SiO2 = 0.10
H2O/SiO2 = 10
本実施例のゼオライトはCHA型ゼオライトの単一相であり、SiO2/Al2O3が10.0、Na/Alが0.28であり、平均粒子径は0.24μmであった。
SiO 2 /Al 2 O 3 = 14.4
OH/ SiO2 = 0.55
Na/ SiO2 = 0.35
SDA/ SiO2 = 0.10
H2O / SiO2 = 10
The zeolite of this example was a single phase CHA type zeolite, with SiO 2 /Al 2 O 3 of 10.0, Na/Al of 0.28, and an average particle size of 0.24 μm.
本実施例のCHA型ゼオライトのXRDパターンを図1、SEM観察図を図2に示す。 The XRD pattern of the CHA-type zeolite of this example is shown in Figure 1, and the SEM image is shown in Figure 2.
実施例2-4
実施例1-2で得られたDMTMAPOH、ゼオライトY(SiO2/Al2O3=11、48%水酸化ナトリウム及び水を混合し、以下のモル組成を有する原料組成物を得たこと以外は実施例2-1と同様な方法で本実施例のゼオライトを得た。
Example 2-4
The zeolite of this example was obtained in the same manner as in Example 2-1, except that the DMTMAPOH obtained in Example 1-2, zeolite Y (SiO 2 /Al 2 O 3 = 11, 48% sodium hydroxide, and water were mixed to obtain a raw material composition having the following molar composition.
SiO2/Al2O3 = 11.1
SDA/SiO2 = 0.1
Na/SiO2 = 0.3
OH/SiO2 = 0.5
H2O/SiO2 = 10
本実施例のゼオライトは、微量の不純物を含むがCHA型ゼオライトであり、SiO2/Al2O3が9.1、Na/Alが0.42であり、平均粒子径は0.30μmであった。
SiO 2 /Al 2 O 3 = 11.1
SDA/ SiO2 = 0.1
Na/ SiO2 = 0.3
OH/ SiO2 = 0.5
H2O / SiO2 = 10
The zeolite of this example contained a trace amount of impurities but was a CHA type zeolite, had a SiO 2 /Al 2 O 3 ratio of 9.1, a Na/Al ratio of 0.42, and an average particle size of 0.30 μm.
実施例2-5
実施例1-2で得られたDMTMAPOH、ゼオライトY(SiO2/Al2O3=11、48%水酸化ナトリウム及び水を混合し、以下のモル組成を有する原料組成物を得たこと以外は実施例2-1と同様な方法で本実施例のゼオライトを得た。
Example 2-5
The zeolite of this example was obtained in the same manner as in Example 2-1, except that the DMTMAPOH obtained in Example 1-2, zeolite Y (SiO 2 /Al 2 O 3 = 11, 48% sodium hydroxide, and water were mixed to obtain a raw material composition having the following molar composition.
SiO2/Al2O3 = 11.1
SDA/SiO2 = 0.15
Na/SiO2 = 0.3
OH/SiO2 = 0.6
H2O/SiO2 = 10
本実施例のゼオライトは、CHA型ゼオライトの単一相であり、SiO2/Al2O3が10.2、Na/Alが0.40であり、平均粒子径は0.34μmであった。
SiO 2 /Al 2 O 3 = 11.1
SDA/ SiO2 = 0.15
Na/ SiO2 = 0.3
OH/ SiO2 = 0.6
H2O / SiO2 = 10
The zeolite of this example was a single phase CHA type zeolite, with SiO 2 /Al 2 O 3 of 10.2, Na/Al of 0.40, and an average particle size of 0.34 μm.
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