モンサント法

モンサント法について

モンサント法（Monsanto process）は、有機合成における重要な化学プロセスの一つで、メタノールを基にして酢酸を生成します。この方法は、1960年にドイツの化学企業BASFによって初めて開発されました。当初は非常に厳しい条件、すなわち700気圧（atm）と300°Cという高温高圧での反応が求められました。しかし、1966年にアメリカのバイオ化学メーカー、モンサントによってこのプロセスは改良され、反応が行われる条件は30から60 atm、150から200°Cまで緩和されました。

この改良によって、モンサント法は、酢酸製造の主な方法の一つとなりましたが、その後、BPケミカルズによって開発されたカティバ法に取って代わられました。カティバ法は経済的かつ環境に配慮された手法であり、以降は主流となっていきました。

触媒サイクルの詳細

モンサント法における触媒サイクルは、活性種としてcis-[Rh(CO)₂I₂]⁻アニオンを利用し、6段階の反応から成り立っています。このプロセスでは、メタノールがヨウ化メチルに変換される反応や、ヨウ化アセチルの加水分解による酢酸の生成にはロジウム触媒は関与しません。

最初に、cis-[Rh(CO)₂I₂]⁻とヨウ化メチルが反応し、八面体形分子構造の[(CH₃)Rh(CO)₂I₃]⁻が形成されます。続いて、このアニオンは配位子のCO挿入反応によりカルボニル基を生成し、5配位のアセチル錯体[(CH₃CO)Rh(CO)I₃]⁻が生じます。次に、これが一酸化炭素と反応し、6配位のジカルボニル錯体に変化します。この反応が進むと、還元的脱離によりアセチルヨウ素が解放され、再び活性種であるcis-[Rh(CO)₂I₂]⁻に戻ります。遊離したアセチルヨウ素は加水分解されて酢酸とヨウ化水素になります。最後に、ヨウ化水素はメタノールと反応して再びヨウ化メチルを生成します。

この触媒サイクルにおいては、ヨウ化メチルとロジウム触媒との反応が重要な出発段階となり、この段階が律速段階として知られています。この反応の進行は、ヨウ化メチルの炭素がロジウム中心に対して求核攻撃を行うことにより起こるとされています。

イーストマンの無水酢酸プロセス

また、イーストマンの無水酢酸プロセスもモンサント法に影響を受けた手法です。このプロセスでは、酢酸メチルのカルボニル化を通じて無水酢酸を製造します。この反応では、ヨウ化リチウムと酢酸メチルが反応し、酢酸リチウムとヨウ化メチルを生成します。その後、ヨウ化アセチルに変換され、無水酢酸が得られます。この反応では、触媒としてヨウ化ロジウム及びリチウム塩が用いられるのが特徴です。

無水酢酸は水系で不安定性を示すため、モンサント法が加水分解を利用するのに対し、このプロセスは無水条件で実施される点も大きな違いです。

このように、モンサント法は化学合成の分野で重要な役割を果たしており、様々な改良や関連技術が開発されています。

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