アンモ酸化

アンモ酸化：ニトリルの工業合成法

アンモ酸化は、アンモニアと酸素を用いてニトリル化合物を製造する重要な工業プロセスです。1957年にスタンダード・オイル・オブ・オハイオ社によって開発されたことから、ソハイオ法とも呼ばれています。この方法は、アルケンなどの不飽和炭化水素を原料とし、選択的にニトリルに変換することで、多様なニトリル化合物の効率的な合成を可能にしています。

アクリロニトリル合成：主要な応用例

アンモ酸化の最も重要な応用は、アクリロニトリルの合成です。アクリロニトリルは、アクリル繊維やABS樹脂などの様々な高分子材料の原料として、年間数百万トン規模で生産されています。この反応では、プロペン（プロピレン）がアンモニアと酸素と反応し、アクリロニトリルと水が生成します。


CH₃CH=CH₂ + 3/2O₂ + NH₃ → NCCH=CH₂ + 3H₂O


この反応は、高い選択性と収率でアクリロニトリルを生成するため、工業的に非常に重要なプロセスとなっています。副生成物としてアセトニトリルも少量生成されますが、これも有機溶媒として利用価値があります。

反応機構と触媒

アンモ酸化反応は、アルケンのアリル位またはベンジル位のC-H結合の反応性を利用しています。これらの結合は比較的弱いため、酸素とアンモニアによる酸化とニトリル化が効率的に進行します。触媒としては、バナジウムやモリブデンなどの遷移金属化合物が用いられ、反応を促進し、選択性を向上させます。反応中間体としてπ-アリル錯体の生成が考えられています。

その他の基質と生成物

アルケン以外にも、アルコールやアルデヒドなども基質として用いることができます。例えば、アクロレインやアリルアルコールからもアクリロニトリルを合成できますが、これらの基質はアルケンよりも高価なため、実際にはアルケンが主に用いられています。


O=CHCH=CH₂ + 1/2O₂ + NH₃ → NCCH=CH₂ + 2H₂O
HOCH₂CH=CH₂ + O₂ + NH₃ → NCCH=CH₂ + 3H₂O


さらに、アンモ酸化はニトリル化合物の多様な合成にも応用されています。例えば、シアノピリジン（ナイアシンの前駆体）やベンゾニトリルは、それぞれピコリンやトルエンのアンモ酸化によって合成されます。また、キシレンのアンモ酸化によってフタロニトリルやテレフタロニトリルといったジニトリル類も得られます。

関連する反応：アンドルソフ法

アンモ酸化と関連する反応として、アンドルソフ法があります。この方法は、メタン、アンモニア、酸素を白金触媒下で反応させることでシアン化水素を合成するプロセスです。


CH₄ + NH₃ + 3/2O₂ → HCN + 3H₂O


アンモ酸化は、多様なニトリル化合物を効率的に合成する重要な工業プロセスであり、現代社会の様々な産業に貢献しています。その反応機構や触媒、そして関連する反応の理解は、化学産業の更なる発展に不可欠です。

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