カティバ法

カティバ法：高効率な酢酸製造プロセス

カティバ法は、メタノールと一酸化炭素から酢酸を製造する工業的な化学プロセスです。BPケミカルズ社によって開発され、モンサント法に続く重要な酢酸製造技術として広く利用されています。モンサント法と類似したプロセスながら、イリジウム錯体を触媒として用いることで、いくつかの点で改良が加えられています。

モンサント法との比較と利点

カティバ法とモンサント法は、どちらもメタノールのカルボニル化反応を利用しますが、触媒系に違いがあります。モンサント法ではロジウム錯体が触媒として用いられていましたが、カティバ法ではイリジウム錯体が用いられています。初期の研究では、イリジウムはロジウムに比べて触媒活性は低いと考えられていました。しかし、後の研究で、ルテニウムの添加によりイリジウム触媒の活性が飛躍的に向上し、ロジウム系触媒を凌駕する性能を持つことが判明しました。

このイリジウム触媒の採用により、カティバ法はモンサント法に比べていくつかの利点があります。まず、反応系における水の使用量を大幅に削減できる点が挙げられます。水の存在は反応を阻害する可能性があり、乾燥工程のコスト増加や副生成物の増加につながります。カティバ法では水の使用量を減らすことで、これらの問題を解決し、コスト削減と効率向上を実現しています。さらに、プロピオン酸などの副生成物の生成も減少させる効果があります。

また、カティバ法では水性ガスシフト反応（WGS反応）の抑制にも効果があります。WGS反応は、一酸化炭素と水から二酸化炭素と水素を生成する反応で、酢酸製造プロセスにとっては不要な反応です。カティバ法では、水の使用量を削減することでWGS反応を抑制し、目的生成物である酢酸の収率向上に貢献しています。モンサント法とカティバ法はプラントの互換性も高く、設備投資の面でもメリットがあります。

反応メカニズム

カティバ法の反応メカニズムは、以下のステップで説明できます。

1. 酸化付加: 反応は、平面四角形型の[イリジウム][錯体]] [Ir(CO)2I2]− から始まります。この錯体にヨウ化メチル(CH3I)が配位し、酸化付加反応が起こり、八面体型のイリジウム][錯体 fac-[Ir(CO)2(CH3)I3]− が生成します。これは、[[イリジウム]中心がヨウ化メチルのC-I結合に挿入されることで起こります。

2. 配位子交換: 次に、配位子交換反応が起こり、ヨウ化物イオン(I-)がー酸化炭素(CO)と置き換わります。

3. CO挿入: 生成した[錯体]]に一酸化炭素]が挿入され、[[アセチル基がイリジウムに結合した中間体が生成します。

4. 還元的脱離: [アセチル基]]を持つ錯体からヨウ化アセチル(CH3COI)が還元的脱離し、触媒であるイリジウム][[錯体が再生されます。

5. [加水分解]]: 生成したヨウ化アセチルは水と反応し、[[酢酸]と[ヨウ化水素]になります。

6. 再生: 生成したヨウ化水素はメタノールと反応し、ヨウ化メチルを再生します。これは触媒サイクルを継続するために重要です。

このように、カティバ法は効率的で環境負荷の低い酢酸製造プロセスとして、現在も世界中で広く利用されています。

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