JP2007069164A - マイクロキャピラリーを用いた反応装置及びそれによる接触水素化反応方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数のマイクロキャピラリーを用いた反応装置及びそれによる接触水素化反応方法を提供する。
【解決手段】 複数のマイクロキャピラリー２と、複数のマイクロキャピラリー２へ液相となる基質を溶解した溶液７を供給する溶液供給部１０ａと、マイクロキャピラリーへ気相となる気体を供給する気体供給部１０ｂと、反応生成物を回収する回収部１５と、を備え、マイクロキャピラリーは流路４を有し、流路４の内壁に固相となる金属触媒又は金属錯体触媒５を担持し、マイクロキャピラリーの一端を溶液供給部１０ａ及び気体供給部１０ｂへ接続し、他端を回収部１５へ接続し、基質を溶解した溶液７及び基質と反応する気体９を、マイクロキャピラリー２へ所定の流量で連続的に流すように制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マイクロキャピラリーを用いた反応装置及びこの反応装置による接触水素化反応方法に関する。

不均一系触媒を用いる接触水素化反応、所謂接触還元反応は化学工業の最も重要なプロセスの一つであり、芳香族ニトロ化合物や不飽和結合の水素化や水素化分解による脱ベンジル化反応などに広く利用されているが、しばしば収率の低下や反応の進行の遅れなどが認められる。これらの問題点は、触媒表面（固相）−溶液（液相）−水素ガス（気相）（以下、固相−液相−気相反応または３相系接触還元反応と呼ぶ。）の各相間の接触面積を増大させることにより改善されるため、激しく攪拌したり、水素ガスを細かい泡として吹き込むなどの工夫が試みられてきた。また、通常の反応容器（以下、適宜、フラスコ反応と呼ぶ。）による接触水素化反応では、系内に水素ガス、溶媒蒸気、高活性な金属触媒が共存するため発火や爆発が生じる可能性がある。

一方、近年、マイクロリアクターやマイクロキャピラリーを用いる有機合成が急速に発展しつつある。マイクロリアクターは、ガラスなどの不活性材料にその大きさが数μｍ〜数百μｍのマイクロ流路（以下、適宜マイクロチャンネルと呼ぶ。）を有する微小反応器の総称である。マイクロリアクターの反応器は小さいので、厳密な温度コントロールを容易に行なうことができる。
したがって、マイクロリアクターを用いる合成反応では、単位体積あたりの表面積が大きいため、（１）界面での反応効率が高い、（２）分子拡散による混合が効率的、（３）温度制御が容易である、などの利点を有している。
このように、マイクロリアクターによる合成反応は通常の反応容器による合成反応よりも反応時間が早く、取り扱う薬液も微少量で済むためにコストが低く、新規な化合物や薬品のために開発用反応器として注目されている。

さらに、反応生成物の収量の増大のために、マイクロチップを積層化することが非特許文献１に報告されている。

一方、マイクロキャピラリーはガラスや樹脂などからなる細管であり、このマイクロキャピラリーを用いた反応装置（以下、適宜、マイクロキャピラリーを用いた反応装置乃至はマイクロキャピラリーリアクター装置と呼ぶ）が種々報告されている。例えば、非特許文献２には、内径８００μｍ、長さ１３８ｍｍのガラスキャピラリーリアクターを使用したマイクロ波を用いる鈴木カップリング反応が報告されている。非特許文献３及び４には、内径３２０μｍ、長さ２０ｃｍのガラスキャピラリーリアクターを使用した光反応や酵素反応が報告されている。

非特許文献５には、内径５２０μｍあるいは２００μｍ、長さ５ｃｍのガラスキャピラリーリアクターを使用したメチレンブルーの還元反応が報告されている。非特許文献６では、内径４００μｍ、長さ５ｃｍのパイレックス（登録商標）からなるガラスキャピラリーリアクターを使用した金触媒によるグルコースの酸化が報告されている。非特許文献７には、内径２００〜１１５０μｍのガラスキャピラリーリアクターを使用した鈴木カップリング、閉環メタセシス、求核芳香族置換反応及びＷｉｔｔｉｇ反応が報告されている。

水素化反応としては、非特許文献８及び９には、内径２００〜１０００μｍ、長さ３〜１２ｍのフッ素樹脂であるＰＴＦＥからなるマイクロキャピラリーを用いた反応が報告されている。

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しかしながら、これまでに複数のマイクロキャピラリーを用いた反応装置を効果的に実現できた例はない。

本発明は、上記課題に鑑み、固相−液相−気相の３相系接触水素化反応などを短時間で収率良く行なうことができる、複数のマイクロキャピラリーを用いた反応装置及びそれによる接触水素化反応方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明のマイクロキャピラリーを用いた反応装置は、複数のマイクロキャピラリーと、複数のマイクロキャピラリーへ液相となる基質を溶解した溶液を供給する溶液供給部と、マイクロキャピラリーへ気相となる気体を供給する気体供給部と、マイクロキャピラリーにおける反応生成物を回収する回収部と、を備え、複数のマイクロキャピラリーのそれぞれは流路を有し、流路の内壁に固相となる金属触媒又は金属錯体触媒を担持し、複数のマイクロキャピラリーの一端が溶液供給部及び気体供給部に接続されると共に、他端が回収部へ接続され、基質を溶解した溶液及び基質と反応する気体が、複数のマイクロキャピラリーへ所定の流量で連続的に流すように制御することを特徴とする。
上記構成において、好ましくは、さらに制御部を有しており、この制御部は、溶液供給部及び気体供給部を、複数のマイクロキャピラリーの流路へ所定の流量で連続的に流すように制御する。

本発明の接触水素化反応方法は、流路の内壁に固相となる金属触媒または金属錯体触媒を担持した複数のマイクロキャピラリーを用い、マイクロキャピラリーのチャンネルに、液相となる被還元物質を溶解した溶液及び気相となる水素を流し、溶液と水素との反応を金属触媒または金属錯体触媒により促進される固相−液相−気相の３相系接触水素化反応で行なうことを特徴とする。

上記構成によれば、複数のマイクロキャピラリーからなる反応装置において、３相系接触水素化反応などを短時間で行なうことができる。さらに、生成物と触媒との分離や触媒の回収などの煩雑な操作も不要となるので、長時間の連続運転が可能である。

金属触媒又は金属錯体触媒は、好ましくは、高分子に取り込まれている。この金属触媒は、好ましくは、パラジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、タングステン、オスミウム、イリジウム、白金のいずれかである。
また、金属錯体触媒は、好ましくは、パラジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、タングステン、オスミウム、イリジウム、白金のいずれかの金属錯体触媒である。
これらの触媒によれば、マイクロキャピラリーの内壁部に触媒を担持して、３相系接触水素化反応を短時間で行なうことができる。さらに、生成物と触媒との分離や触媒の回収などの煩雑な操作も不要となるので、長時間の連続運転が可能である。

本発明のマイクロキャピラリーを用いた反応装置によれば、被還元物質の水素化などの反応を短時間にかつ収率よく実施することができる。
また、本発明のマイクロキャピラリーを用いた反応装置による接触水素化反応方法によれば、被還元物質、気体等の原料とその供給や撹拌などに必要な電気などの動力の消費量が極めて小さいので、従来の反応容器を用いた反応に比べて低コストである。したがって、薬剤やファインケミカルの探索などに必要な３相系接触水素化反応を低コストで行なうことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。各図において同一又は対応する部材には同一符号を用いる。
図１は本発明の実施の形態に用いるマイクロキャピラリーを用いた反応装置の構成を模式的に示している。マイクロキャピラリーを用いた反応装置１は、不活性材料であるガラスなどからなるマイクロキャピラリーを複数本用いたマイクロキャピラリー２と、このマイクロキャピラリー２の入力部２ａに基質を溶解した溶液７及び気体９を注入する溶液及び気体注入部１０と、回収容器などからなる回収部１５と、を含み構成されている。溶液及び気体注入部１０は、マイクロキャピラリー２へ液相となる基質を溶解した溶液７を供給する溶液供給部１０ａと、マイクロキャピラリー２へ気相となる気体９を供給する気体供給部１０ｂと、から構成されている。

図２は、図１に示すマイクロキャピラリーのＹ−Ｙ方向の断面を示す断面図である。図２には、マイクロキャピラリー３が４本並列して配置されている例が示されている。各マイクロキャピラリー３ａ〜３ｄは、所定の肉厚を有する中空チューブであり、その内壁４ｃには金属などからなる触媒５が担持されている。各マイクロキャピラリー３ａ〜３ｄの中空部４が、基質を溶解した溶液７及び気体９の流路、即ちマイクロキャピラリーのチャンネルとなる。これらの各マイクロキャピラリー３ａ〜３ｄは、ガラスや樹脂からなる中空チューブを用いることができる。各マイクロキャピラリー３ａ〜３ｄは、一体となるように、接着剤などを用いて所定箇所が固定されている。

溶液供給部１０ａにおいて、基質を溶解した溶液７は、シリンジポンプなどの送液ポンプを用いた溶液流量調整部６を介して供給される。送液ポンプからの配管６ａとマイクロキャピラリーの入力部２ａとは、コネクタ１２を介して接続されている。この配管６ａには、ステンレスやテフロン（登録商標）チューブなどを用いることができる。

気体供給部１０ｂにおいて、気体９は、例えばガスボンベ９ａなどの容器からガス流量制御手段８を介して供給される。このガス流量制御手段８は、マスフローコントローラーのような流量制御器と気体のオンオフを行なうガスバルブなどから構成されている。ガス流量制御手段８からの配管８ａとマイクロキャピラリーの入力部２ａとは、コネクタ１２を介して接続されている。この配管８ａには、ステンレスやテフロン（登録商標）チューブなどを用いることができる。

図３は、図１に示すマイクロキャピラリー２と溶液及び気体注入部１０の接続を示す拡大図である。図３に示すように、気体９の配管８ａと、基質を溶解した溶液７の配管６ａと、マイクロキャピラリー２と、がコネクタ１２に、それぞれ気密及び液密を保つように、第１，第２，第３の接続部１３ａ〜１３ｃにより接続されている。図示のコネクタ１２の場合には、コネクタ１２の内部に、点線で示すＴ字状の配管１２ａ，１２ｂが配設されている。この配管１２ａのほぼ中央部において、マイクロキャピラリー２側の配管１２ｂが接続されている。
これにより、配管１２ａの両端部側から気体９及び基質を溶解した溶液７が注入され、この気体９及び基質を溶解した溶液７からなる流体が、配管１２ｂを通過してマイクロキャピラリー２へ注入されるようになっている。

図４は、図３に示すマイクロキャピラリー２と第１の接続部１３ａとの接続を示す模式図である。図４に示すように、マイクロキャピラリー２は、第１の接続部１３ａに挿入され、さらに、その最先端部２ｃへシール部１４が挿入されて、コネクタ１２の配管１２ｂに接続されている。

次に、気体９及び基質を溶解した溶液７からマイクロキャピラリー２への別の接続例を示す。
図５は、マイクロキャピラリー２と溶液及び気体注入部１０の別の接続例を示す拡大図である。図５に示すように、気体９の配管８ａと基質を溶解した溶液７の配管６ａとがコネクタ１２に接続されている。このコネクタ１２で混合された気体９及び基質を溶解した溶液７からなる流体が、分配用コネクタ１６（１６ａ〜１６ｇ）を介してマイクロキャピラリーの先端部２ａの各マイクロキャピラリー３ａ〜３ｈに分配される。この場合、コネクタ１２及び分配用コネクタ１６ａ〜１６ｇ間は配管１７で接続している。

図６は、マイクロキャピラリー２と溶液及び気体注入部１０のさらに別の接続例を示す拡大図である。図６に示すように、気体９の配管８ａと基質を溶解した溶液７の配管６ａとがコネクタ１２に接続されている。このコネクタ１２で混合された気体９及び基質を溶解した溶液７からなる流体が、分配器１８を介して、マイクロキャピラリーの先端部２ａの９本の各マイクロキャピラリー３ａ〜３ｉに分配される。この場合、分配器本体１８ｂには、点線で示す流路１８ｃが設けられている。この流路１８ｃは、その左端が分配器のコネクタ部１８ａに接続した後に複数の流路となり、複数の流路の右端が各マイクロキャピラリー３ａ〜３ｉに接続される。このため、各マイクロキャピラリー３ａ〜３ｉが接続される流路は、略各マイクロキャピラリーが挿入される大きさにしておけばよい。このような分配器を用いる場合には、分配器１８の右端側の流路に各マイクロキャピラリー３ａ〜３ｉを挿入した後で、接着剤等で固定すればよい。

上記分配器１８の流路１８ｃは、入力側から出力側へ分配を効率良く行なうためにテーパー部を設けてもよい。
図７は図６の分配器の流路の別の例を模式的に示す拡大図である。図７に示すように、分配器の流路は、入力側１８ｄがテーパー状に流路が形成されて分岐し、出力側１８ｅが各マイクロキャピラリーに接続される。

次に、マイクロキャピラリーを用いた反応装置の別の実施形態について説明する。
図８は本発明の実施の形態に用いるマイクロキャピラリーを用いた反応装置の別の構成を模式的に示す図であり、図９は、図８に示す分配器３２のＡ−Ａ方向に沿う部分断面図である。図に示すように、マイクロキャピラリーを用いた反応装置３０が、図１に示したマイクロキャピラリーを用いた反応装置１と異なるのは、溶液及び気体注入部１０とマイクロキャピラリー２との間に、さらに流体の分配器３２を備えている点である。

分配器３２は、不活性材料であるガラスなどからなる基板３３，３４と、この基板３３，３４内に蛇行して設けられるマイクロチャンネル（流路）３５と、送液ポンプ６と、ガスバルブ８と、を備えている。送液ポンプ６には、基質を溶解した溶液７が供給され、ガスバルブ８には、気体ガスボンベ９ａから気体９が供給される。

マイクロチャンネル３５は、その左側から入力部３５ａ，３５ｂと、合流部３５ｃと、分配部３５ｄとから構成されている。入力部３５ａ，３５ｂには、それぞれ、気体９及び基質を溶解した溶液７が注入される。マイクロチャンネル３５の中央部３５ｃは、入力部３５ａ及び３５ｂの合流する流路であり、気体９及び基質を溶解した溶液７からなる流体が通過する領域である。そして、分配部３５ｄは、合流部３５ｃからの流体を所定の複数の流路に分配するために複数（ｎ）の流路から構成される。分配器３２の分配部３５ｄには、各マイクロキャピラリー３ａ〜３ｎの任意にｎ本のマイクロキャピラリーが接続される。そして、これらの各マイクロキャピラリー３ａ〜３ｎが結束されて、マイクロキャピラリー２となっている。他の構成は、図１に示すマイクロキャピラリーを用いた反応装置１と同じであるので説明は省略する。

上記マイクロチャンネル３５は、エンドミルなどの工具による研削やマスクを用いたエッチングにより、その断面が円形などの形状に刻設される。図９に示すように、マイクロチャンネル３５が設けられる基板３３及び３４は、対向するようにして溶液７及び気体９が漏れないように密着固定されている。マイクロチャンネル３５を刻設する基板３３及び３４は、被還元物質や有機溶媒に侵されない材料であればよく、ガラスの他には樹脂や金属などの材料でもよい。他の構成は、図１に示すマイクロキャピラリーを用いた反応装置１と同じであるので説明は省略する。

本発明のマイクロキャピラリーを用いた反応装置３０によれば、ガラスなどからなる基板３３，３４により、微細加工でマイクロチャンネル３５を形成しているので、上記で説明した、コネクタ１２や分配コネクタ１６を用いた場合よりも反応装置の小型化と軽量化を図ることができる。

図１０は、本発明のマイクロキャピラリーを用いた反応装置１，３０を通過する溶液及び気体の状態を示す断面図であり、（Ａ）はパイプフローの場合を、（Ｂ）はスラグフローの場合を示している。
図１０（Ａ）に示すように、パイプフローにおいては、マイクロキャピラリーを通過する気体２４がマイクロキャピラリーのチャンネル４の中心部を通過し、基質を溶解した溶液、即ち反応溶液２２は、気体２４とマイクロキャピラリーのチャンネルの内壁に担持した触媒５との間を通過する。
また、図１０（Ｂ）に示すように、スラグフローにおいては、マイクロキャピラリーを通過する反応溶液２２と気体２４とが、マイクロキャピラリーのチャンネル４中を交互に通過する状態である。
マイクロキャピラリー内の反応溶液２２は気体２４からなる流体がスラグフロー及びパイプフローのいずれの形態をとるかは、マイクロキャピラリー３ａを通過する反応溶液２２と気体２４の流量などを調節することにより制御できる。
なお、上記では、２本のマイクロキャピラリー３ａ，３ｂで説明したが、複数本からなるマイクロキャピラリー２の各マイクロキャピラリーでも同様である。

この場合、マイクロキャピラリーの内部の流体の形態を測定して、溶液流量調整部６及びガス流量制御手段８を制御してもよい。後述する実施例の水素化反応では、パイプフロー状態が好ましい。このパイプフローであるか否かのような流体の形態判定のためには、マイクロキャピラリーの内部の流体の形態を計測するセンサーと、このセンサーからの出力が入力される制御部と、をさらにマイクロキャピラリーを用いた反応装置１，３０に備えるようにして、この制御部により、溶液流量調整部６及びガス流量制御手段８を制御するようにしてもよい。

マイクロキャピラリー２の材料としては、被還元物質や有機溶媒に侵されない材料であれば何でもよく、ガラスの他には樹脂や金属などの材料でもよい。マイクロキャピラリー２の材料としてガラスや樹脂を用いた場合には、同様の材料からなるマイクロチップと同様、チャンネルのガラス表面を化学修飾することが可能なため、触媒５を容易に固定化することができる。

このようなマイクロキャピラリーを用いた反応装置１，３０を用いて固相−液相−気相反応を行なうには、溶液流量調整部としての送液ポンプ６から液相反応液７を、ガスバルブ８から水素９をマイクロキャピラリー２にパイプフロー又はスラグフローで注入するか、あるいは、パイプフロー及びスラグフローの混合状態となるように注入する。そして、マイクロキャピラリー２を通過中に、その内壁４ｃに担持した触媒５の作用により、マイクロキャピラリー２のチャンネルを通過する反応溶液２２及び気体２４を反応させる。反応により生成した目的物を含む反応混合物は、マイクロキャピラリーの出力部２ｂから回収容器１５に集められ、必要に応じて外部に取り出される。

ここで、固相−液相−気相反応に用いる固相の触媒５としては、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、タングステン（Ｗ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）のいずれかの金属触媒または金属錯体触媒を用いることができる。

また、触媒５は、上記の金属触媒または金属錯体触媒をポリマー内に固定化したポリマー封入触媒（以下、ＰＩ触媒と呼ぶ。）５が好適である。ＰＩ触媒５は、マイクロキャピラリーの内壁４ｃから脱離しないように強固な接合とするために、共有結合で固定化、すなわち担持することが好ましい。そのためには、マイクロキャピラリーのチャンネルの内壁４ｃがガラスの場合には、後述するＰＩ触媒５のスペーサー４ｄの一端をトリアルコキシシラン構造で修飾して、ガラス表面のシラノール基と結合させる。また、スペーサー４ｄの他端をアミノ基等の官能基で修飾しておくことにより直接ＰＩ触媒５の高分子表面の例えばエポキシ基と結合させることができる。
また、マイクロキャピラリーのチャンネルの内壁４ｃが樹脂の場合には、樹脂表面をアミノ基等の官能基で修飾すれば、同様に上記のエポキシ基と結合させることができる。
これにより、ＰＩ触媒５をマイクロキャピラリーのチャンネルの内壁４ｃに強固に担持できるので、マイクロキャピラリーのチャンネルの内壁４ｃからの脱離が生じなくなり、繰り返しの使用ができる。

次に、ＰＩ触媒５の担持方法の一例を説明する。
図１１は、ＰＩ触媒５をマイクロキャピラリーのチャンネル４に担持する反応を模式的に示す図である。図示するように、ポリマーが適当な溶媒に溶解され、さらに触媒を含む材料が添加されることで、触媒がマイクロカプセル化される（図１１（ａ）参照）。このマイクロカプセル化された触媒５ａにおいては、金属あるいは金属錯体はカプセル内部だけでなく表面や表面近くに存在する。
次に、マイクロカプセル化した触媒５を含む溶液をマイクロキャピラリーのチャンネル４内に通して加熱することにより、アミノ基を有するスペーサーで修飾されたガラス表面４ｃと結合させる（図１１（ｂ）参照）。
図１１（ｃ）は、このようにして得られたＰＩ触媒５が担持されたマイクロキャピラリーのチャンネルの内壁を模式的に示す図であり、４ｄはマイクロキャピラリーのチャンネルの表面基と触媒とのスペーサーを示している。

本発明のマイクロキャピラリーを用いた反応装置１，３０によれば、多数のマイクロキャピラリーを束ねるだけで、反応装置のスケールアップは容易である。このため、マイクロチップによるマイクロリアクターより省スペースですみ、かつ安価で取り扱いが容易となる。したがって、望ましい生成物を容易に迅速に、且つ必要量だけ得られ、原料消費量、所要時間、空間が少なく、分離精製のような処理を要しないほど純粋な形で生成物を得ることができる。
これにより、本発明の３相系接触水素化反応方法によれば、医薬とその製造工程開発用に極めて好適である。また、グリーン化学（環境適合化学）にも好適である。

本発明の３相系接触水素化反応方法によれば、被還元物質を含む溶液７を触媒が担持されたマイクロキャピラリーのチャンネルの内壁４ｃに接するように流し、水素９がマイクロキャピラリーのチャンネル４の中央部を流れる、所謂パイプフロー状態で３相系接触反応を短時間に行なうことができる。この際、マイクロキャピラリーのチャンネル内壁４ｃに金属触媒５が担持されているので、例えば高価なパラジウム触媒の回収再生の手間が不要となり、さらに、マイクロキャピラリーを用いた反応装置１による反応であるので、反応に用いる被還元物質、溶媒、水素９の使用量も激減することから、低コストである。

次に、本発明の実施例について説明する。
最初に、実施例に用いるマイクロキャピラリー用の反応装置１について説明する。９本のマイクロキャピラリーの作製は以下のようにした。まず９本分の長さを有し、内径が２００μｍ、外径３５０μｍの溶融石英からなるガラスチューブの内壁にパラジウム触媒を以下の工程により固定化した。
先ず、ガラスチューブの内壁を、１Ｎの水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）とエタノールとの混液（容積比が１：１）、水、エタノール、メタノールの順で洗浄し、ガラスチューブの内面を活性化した。
続いて、ガラスチューブ中に３−アミノプロピルトリエトキシシランのメタノール溶液（１０％）を満たし、１５時間放置した後メタノールで洗浄した。
次に、図１１（ａ）に示すように、共重合体（スチレン：２−［（２−フェニルアリルオキシ）メチル］オキシラン：テトラエチレングリコールモノ−２−フェニル−２−プロペニルエーテル＝９２：５：３）１０ｍｇと、Ｐｄ（ＰＰｈ₃ ）₄ （テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０））１０ｍｇと、を室温において塩化メチレン（０．２ｃｍ³ ）及びアミルアルコール（１ｃｍ³ ）に溶解させ、この温度で一晩中撹拌し、Ｐｄ溶液とした。
このＰｄ溶液をガラスチューブに満たし、室温で２日放置した。ガラスチューブの内壁以外の余分のＰｄ溶液を圧縮空気の吹き付けにより除去した後、ガラスチューブを１５０℃で 5時間加熱した。
これにより、パラジウム触媒を固定ポリマー上に固定化したポリマー封入パラジウム（以下、ＰＩパラジウム触媒と呼ぶ。）５を、ガラスチューブの内壁４ｃに、アミノ基を介して固定化した（図１１（ｃ）参照）。ガラスチューブへの触媒の固定は、上記工程を繰り返し、６回行なった。

このガラスチューブを長さ４０ｃｍずつに切断し、９本のガラスチューブを束ねてマイクロキャピラリー２を製作した。マイクロキャピラリーの内部体積は、９本の合計で０．１１ｃｍ³ であり、全体積は約０．４ｃｍ³ である。そして、各端部を束ねて接着剤で固定し、一端をコネクタ１２に接続した。

マイクロキャピラリー２には、被還元物質として１−フェニルシクロヘキセンのＴＨＦ（テトラヒドロフラン）溶液（濃度８×１０^-4モル／１ｃｍ³ ）７及び水素ガスを、それぞれ、各マイクロキャピラリーに０．４ｃｍ³ ／時間及び１ｃｍ³ ／分の流量で供給し、被還元物質７溶液及び水素９をマイクロキャピラリー内をパイプフロー状態で通過させ、１−フェニルシクロヘキセンの水素化反応を、室温下で１７分間行った。この場合、１−フェニルシクロヘキセンのＴＨＦ溶液７及び水素ガスの全供給量は、上記１本の流量の９倍となり、それぞれ、３．６ｃｍ³ ／時間及び９ｃｍ³ ／分である。

そして、回収部１５で回収した反応液から溶質のＴＨＦを真空蒸発させて、反応生成物を分離し、１２４．３ｍｇの反応生成物を得た。この場合、単位時間あたりに生成する生成物で定義される生産性は、４３０ｍｇ／時間となる。なお、実施例で回収した反応液の一部をプラズマ発光分析（ＩＣＰ分析）したが、Ｐｄは検出されなかった。

次に、反応生成物をプロトンを用いたＮＭＲ（核磁気共鳴装置、以下、 ¹Ｈ−ＮＭＲと呼ぶ。）により分析した。その結果、１−フェニルシクロヘキセンがほぼ完全に水素化され、収率良く、フェニルシクロヘキサンが得られた。図１２は、実施例の１−フェニルシクロヘキセンの水素化反応を示す図である。

実施例のマイクロキャピラリーを用いた反応装置における生産性は、長さが４０ｃｍのマイクロチャンネルを有するマイクロリアクターを用いた場合の１．６ｍｇ／時間に対して、２８０倍に向上した。このマイクロリアクターにおいては、実施例１と同じ被還元物質溶液（濃度１０^-4モル／１ｃｍ³ ）及び水素ガスを、それぞれ、０．１ｃｍ³ ／時間及び１ｃｍ³ ／分の流量で供給した。

上記実施例に用いたマイクロキャピラリーは、内部体積は９本でわずか０．１１ｃｍ³ であり、同じ内部体積を有する板状のマイクロリアクターであるマイクロチップよりも占有体積が小さく、場所をとらないため、実際の大量合成に適していることが判明した。また、マイクロキャピラリーからのパラジウムの漏れだしは観察されず、マイクロキャピラリーは活性を失うこと無く、繰り返しの使用が可能であった。

次に、比較例について説明する。
実施例で用いたマイクロキャピラリーを１本だけ使用した反応装置を比較例とした。但し、マイクロキャピラリーへの触媒の固定化は、４回行なった。
比較例のマイクロキャピラリーを用いて実施例と同様に、１−フェニルシクロヘキセンのＴＨＦ溶液（濃度８×１０^-4モル／１ｃｍ³ ）の水素化反応を行なった。この場合の溶液及び水素ガスの流量は、それぞれ、０．４ｃｍ³ ／時間及び１ｃｍ³ ／分の流量とし、１−フェニルシクロヘキセンの水素化反応を、室温下で１７分間行った。そして、回収部１５で回収した反応液から溶質のＴＨＦを真空蒸発させて反応生成物を分離し、反応生成物を得た。

比較例のマイクロキャピラリーの反応装置におけるマイクロキャピラリー１本当たりの生産性は、実施例で比較した従来のマイクロリアクターに対して３２倍に向上した。また、比較例の一個の触媒が単位時間当たりに反応を触媒する回数（Ｔｕｒｎｏｖｅｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＴＯＦ）は、１時間当たり約１３００回であった。

上記結果から、本発明のマイクロキャピラリーを用いた反応装置１の生産性は、比較例の１本のマイクロキャピラリーを用いた場合の、２８０／３２＝８．８の約９倍となり、９本のマイクロキャピラリーを用いたことにより、反応装置のリアクターの大きさは変えずに、マイクロキャピラリーの本数に比例して生産量を増大させることができた。即ち、ナンバリングアップが実現できることが分かった。

本発明は上記実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。

本発明の実施の形態に用いるマイクロキャピラリーを用いた反応装置の構成を模式的に示す概略図である。 図１に示すマイクロキャピラリーのＹ−Ｙ方向の断面図である。 図１に示すマイクロキャピラリーと溶液及び気体注入部の接続を示す拡大図である。 図３に示すマイクロキャピラリーと第１の接続部との接続を示す模式図である。 マイクロキャピラリーと溶液及び気体注入部の別の接続例を示す拡大図である。 マイクロキャピラリーと溶液及び気体注入部のさらに別の接続例を示す拡大図である。 図６の分配器の流路の別の例を模式的に示す拡大図である。 マイクロキャピラリーを用いた反応装置の別の構成を模式的に示す図である。 図８に示す分配器のＡ−Ａ方向に沿う部分断面図である。 本発明のマイクロキャピラリーを用いた反応装置を通過する溶液及び気体の状態を示す断面図であり、（Ａ）がパイプフローの場合を、（Ｂ）がスラグフローの場合を示している。 ＰＩ触媒をマイクロキャピラリーのチャンネルに担持する反応を模式的に示す図である。 実施例の１−フェニルシクロヘキセンの水素化反応を示す図である。

符号の説明

１，３０：マイクロキャピラリーを用いた反応装置
２：複数本からなるマイクロキャピラリー
２ａ：マイクロキャピラリーの入力部
２ｂ：マイクロキャピラリーの出力部
３：マイクロキャピラリー
４：マイクロキャピラリーの流路
４ｃ：マイクロキャピラリーの内壁
４ｄ：ＰＩ触媒のスペーサー
５：触媒
５ａ：マイクロカプセル化された触媒
６：溶液流量調整部
６ａ，８ａ，１７：配管
７：基質を溶解した溶液
８：ガス流量制御手段
９：気体
９ａ：ガスボンベ
１０：溶液及び気体注入部
１０ａ：溶液供給部
１０ｂ：気体供給部
１２：コネクタ
１２ａ，１２ｂ：Ｔ字配管
１３：コネクタの接続部
１４：シール部
１５：回収部（回収容器）
１６：分配用コネクタ
１８：分配器
１８ａ：コネクタ部
１８ｂ：分配器本体
１８ｃ：流路
１８ｄ：分配器の入力側
１８ｅ：分配器の出力側
２２：マイクロキャピラリーを通過する反応溶液
２４：マイクロキャピラリーを通過する気体
３２：分配器
３３，３４：基板
３５：マイクロチャンネル（流路）
３５ａ，３５ｂ：入力部
３５ｃ：合流部
３５ｄ：分配部

Claims (6)

1. 複数のマイクロキャピラリーと、
   該複数のマイクロキャピラリーへ液相となる基質を溶解した溶液を供給する溶液供給部と、
   上記マイクロキャピラリーへ気相となる気体を供給する気体供給部と、
   マイクロキャピラリーにおける反応生成物を回収する回収部と、を備え、
   上記複数のマイクロキャピラリーのそれぞれは流路を有し、該流路の内壁に固相となる金属触媒又は金属錯体触媒を担持し、
   上記複数のマイクロキャピラリーは一端が上記溶液供給部及び気体供給部へ接続され、他端が上記回収部へ接続され、
   上記基質を溶解した溶液及び基質と反応する気体を、上記複数のマイクロキャピラリーへ所定の流量で連続的に流すことを特徴とする、マイクロキャピラリーを用いた反応装置。
2. さらに制御部を有し、該制御部は、前記溶液供給部及び前記気体供給部を、前記複数のマイクロキャピラリーの流路へ所定の流量で連続的に流すように制御することを特徴とする、請求項１に記載のマイクロキャピラリーを用いた反応装置。
3. 前記金属触媒又は金属錯体触媒が、高分子に取り込まれていることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロキャピラリーを用いた反応装置。
4. 前記金属触媒は、パラジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、タングステン、オスミウム、イリジウム、白金のいずれかであることを特徴とする、請求項１又は３に記載のマイクロキャピラリーを用いた反応装置。
5. 前記金属錯体触媒は、パラジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、タングステン、オスミウム、イリジウム、白金のいずれかの金属錯体触媒であることを特徴とする、請求項１又は３に記載のマイクロキャピラリーを用いた反応装置。
6. 流路の内壁に固相となる金属触媒又は金属錯体触媒を担持した複数のマイクロキャピラリーを用いた接触水素化反応方法であって、
   上記マイクロキャピラリーのチャンネルに、液相となる被還元物質を溶解した溶液及び気相となる水素を流し、
   上記溶液と上記水素との反応を上記金属触媒または金属錯体触媒により促進される固相−液相−気相の３相系接触水素化反応で行なうことを特徴とする、マイクロキャピラリーを用いた反応装置による接触水素化反応方法。
   

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