モンサント法（酢酸合成）—メタノールのカルボニル化と触媒プロセス解説

モンサント法の酢酸合成をわかりやすく解説：メタノールのカルボニル化、触媒反応、高選択性とCativaとの比較で工業的意義と環境性を紹介

モンサント法とは、酢酸の製造方法の一つです。触媒を使用してメタノールにカルボニル基を付加する方法で、高収率・高選択性で酢酸を合成します。典型的には30〜60気圧の圧力と150〜200℃の温度で作動し、99%以上の選択性が得られることが知られています。1960年にBASF社のドイツ人化学者によって開発された。モンサント社の化学者は、1966年に新しい触媒システムを導入しました。現在、化学者はCativaプロセスで酢酸を製造していますが、これはBP Chemicals Ltdが開発したイリジウムベースの同様のプロセスで、より経済的で環境に優しいものです。そのため、モンサントプロセスは産業界ではあまり使われていない。

基本的な反応と触媒サイクル

モンサント法は、メタノールの直接カルボニル化というよりも、メタノールを一旦ヨウ化メチル（CH3I）に変換してからこれを一酸化炭素（CO）と反応させる「メチルヨウ化物のカルボニル化」を利用します。代表的な触媒はロジウムを中心とした均一系触媒で、活性種は一般にヨウ化物で修飾されたロジウム錯体（活性種としては例えば cis-[Rh(CO)2I2]^- に相当する種）が関与します。

反応の概略は次の通りです：

• メタノール（CH3OH）はヨウ化水素（HI）と反応してヨウ化メチル（CH3I）を生成する。
• CH3Iがロジウム触媒と反応して有機金属中間体（Rh–CH3）を形成する（酸化付加）。
• 中間体にCOが挿入してアセチル基を持つ錯体（Rh–COCH3）となる（CO挿入）。
• 還元的脱離によりアセチルヨウ化物（CH3COI）が生成し、これを加水分解して酢酸（CH3COOH）とHIを得る。HIは触媒サイクルを回すために再利用される。

特徴と利点

• 高選択性・高収率：副生成物が少なく、効率的に酢酸を得られる。
• 低温・低圧に近い条件が使用可能：従来の酸化法に比べて好条件で運転できることが多い（ただし産業運転では数十気圧の加圧が必要）。
• 均一系触媒のため高活性：触媒活性が高く、反応速度や選択性の制御が容易。

欠点と実務上の課題

• 触媒回収・耐久性：均一系ロジウム触媒は高価であるため、触媒回収や長寿命化が重要。触媒失活（硫黄化合物などによる毒性）に敏感。
• ヨウ化物の腐食性：ヨウ化物やHIは装置材料に対して腐食性があるため、耐食性の高い設備が必要。
• COの取り扱い：一酸化炭素は有毒・可燃性ガスであり、安全対策が必須。

Cativaプロセスとの比較と現在の採用状況

近年は、より経済的・環境負荷の小さいプロセスとしてBP Chemicals Ltdが開発したイリジウムベースのCativaプロセスが工業的に広く採用されています。Cativa触媒は水の影響に対して耐性が高く、ロジウム系よりも低い副反応率で高効率に酢酸を生産できるため、世界の多くの新設プラントではCativaが選ばれています。そのため、モンサント法（ロジウム触媒）は多くの現場で置き換えられつつありますが、既存プラントや特定条件下では今なお用いられることがあります。

産業プロセスの実務ポイント

• 原料：メタノールおよび高純度のCO（合成ガス由来）。
• 触媒管理：触媒の補充・再生や不純物管理（特に硫黄・塩素系不純物の除去）が重要。
• 安全対策：高圧・高温条件、COの毒性およびヨウ化物の腐食対策を含む総合的なプロセス安全管理が必要。

まとめ

モンサント法はロジウム触媒を用いた高選択性のメタノールカルボニル化法で、工業的に重要な酢酸合成法の一つとして長く使われてきました。現在は、同じ原理に基づくより効率的・経済的なCativa（イリジウム触媒）プロセスが主流になりつつありますが、モンサント法の基本的な反応機構と触媒化学は化学工業における均一系触媒反応の代表例として重要です。

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