イオン交換樹脂を酸触媒として利用する利点

酸触媒は、アルキル化、エーテル化など多くの重要な化学変換に広く使用されている。

しかし、従来の液体酸（塩酸、硫酸、フッ酸など）は、通常、機器の腐食や環境汚染の原因となる。ゼオライト、酸化物、リン酸塩、ヘテロポリ酸、有機無機複合体などの固体酸は、回収が容易で汚染が少なく、腐食性がないため、ここ数十年で液体酸の代替品として台頭してきた。

一般に、固体酸の触媒活性は水溶媒によって悪影響を受けるが、一部の有機固体酸のような例外もある。 多くの重要な化学変化において、水は加水分解やエステル化反応など、反応物または生成物として関与する。 例えば、バイオディーゼルの製造では、トリグリセリドと短鎖アルコールのトランスエステル化や、原料の遊離脂肪酸のエステル化などに、大量の水が使用されるのが一般的である。水系での触媒反応は、有機溶媒の代替という観点からも非常に魅力的な反応である。 水系での触媒反応は、有機溶媒の使用と比較して、低コスト、低毒性、安全性など多くの利点がある。 したがって、「水に強い」新しい酸触媒の合成や、水の存在下での酸触媒の安定性に関する理解を深めることが望まれる。

有機固体酸の中で最も研究されているのは、イオン交換樹脂と酸化物に担持されたスルホン酸である。

イオン交換樹脂

イオン交換樹脂は、スチレン系スルホン酸やパーフルオロスルホン酸系高分子触媒など、多くの分野で利用されてきた。また、シリカ担持アルキルスルホン酸やアレーンスルホン酸、ナフィオン/シリカナノコンポジットなど、従来のポストグラフト法やシラン共縮法によって調製されたスルホン酸機能化無機固体も広く研究されてきた。最近、表面開始型制御重合は、酸化物表面に高分子有機種を付与する新しい材料機能化技術として台頭してきた。例えば、表面開始型原子移動ラジカル重合（ATRP）は、固体表面に均一なポリマー層を導入するための最も強力かつ一般的な技術の一つである。開始剤を表面に固定化した後、ポリマー鎖を開始位置から成長させ、2008年に初めて触媒として記述された「ポリマーブラシ」材料を形成することで、活性部位への良好なアクセス性を確保しながら高い触媒担持量を達成することが可能である。最近の文献では、スチレンスルホン酸ナトリウムの ATRP を介した SBA-15および超大気孔 SBA-15へのポリ（スチレンスルホン酸ナトリウム）のグラフト化が検討されている。しかし、この2つのケースでは、低い有機物担持量と酸性度が達成された。また、ビニルスルホン酸の表面開始ラジカル重合によりポリビニルスルホン酸グラフトポリ（スチレン）樹脂が調製され、触媒的エステル化反応に使用されている。