JP2007326066A - Reaction apparatus - Google Patents

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昌男 信田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reaction apparatus capable of efficiently carrying out diffusion rate-controlling reaction and quickly stopping the proceeding of the reaction at proper timing. <P>SOLUTION: The reaction apparatus comprises a diffusing and mixing reaction part for introducing at least two or more kinds of reagents into a mixing channel 18 with a micro cross-sectional surface area and mixing the reagents by molecular diffusion and a reaction stopping part 20 for stopping the reaction by stirring and mixing the mixed reagents from the mixing reaction part and a reaction stopping chemical. After being mixed in the mixing reaction part by molecular diffusion in the mixing channel with a micro cross-sectional surface area, the reagents are mixed with the reaction stopping chemical in the reaction stopping part to quickly stop the reaction. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、反応装置に関し、特に、高速拡散反応、爆発性反応、発熱反応などの有機化学合成を行うための、フロー系反応用の反応装置に関する。   The present invention relates to a reaction apparatus, and more particularly, to a reaction apparatus for flow reaction for performing organic chemical synthesis such as high-speed diffusion reaction, explosive reaction, and exothermic reaction.

現在、化学合成を高効率で行うための機器として、図14に示すようなマイクロリアクタがある。マイクロリアクタは、導入流路100a、100bから反応試薬A,Bを例えば0.05mm以下の微小流路断面積の混合流路102に導き、ここで反応試薬を混合し、化学合成を行うことで、分子拡散による混合を利用して、高速・高収率や高選択性、高い反応温度制御性などを得ることができる。 Currently, there is a microreactor as shown in FIG. 14 as a device for performing chemical synthesis with high efficiency. The microreactor introduces the reaction reagents A and B from the introduction channels 100a and 100b to the mixing channel 102 having a microchannel cross-sectional area of 0.05 mm 2 or less, for example, and mixes the reaction reagent and performs chemical synthesis. By using mixing by molecular diffusion, high speed, high yield, high selectivity, high reaction temperature controllability, and the like can be obtained.

しかしながら、このような従来のマイクロリアクタで、目的生成物が高速で副生成物に変化するような拡散律速反応を実施する場合には、マイクロリアクタの微小混合用流路内で目的生成物が副生成物に変化してしまうため、効率良く目的生成物を得ることができない。また、爆発性反応のような拡散律速反応では、試薬混合後、最適な時間で反応停止を行う必要がある。   However, in such a conventional microreactor, when carrying out a diffusion-controlled reaction in which the target product is changed to a byproduct at high speed, the target product is a byproduct in the micromixing channel of the microreactor. Therefore, the target product cannot be obtained efficiently. In addition, in diffusion-controlled reactions such as explosive reactions, it is necessary to stop the reaction at an optimum time after mixing the reagents.

このような問題に対処するために、拡散律速反応をマイクロリアクタで実施する場合、以下の対策が考えられる。
図15に示すマイクロリアクタは、微小流路断面積の第1混合流路102aの後に大流路断面積の第2混合流路102bが設けられている。このマイクロリアクタでは、第1混合流路102aの微小流路内で高速分子拡散を利用する混合を行い、その後、比較的大断面積の第2混合流路102bに混合生成物を導くことにより、分子拡散速度を低下させ、副生成物の生成を抑制する。しかしながら、この方法では、第2混合流路内において、低速ながらも連続的な副生成物の生成が行われるため、確実な反応停止が不可能であり、その結果、目的生成物の収率が低くなる。また、第2混合用流路は断面積(容積)が大きいため、滞留時間が長くなり、副生成物の生成が助長される可能性もある。
In order to cope with such problems, the following measures can be considered when the diffusion-controlled reaction is performed in a microreactor.
The microreactor shown in FIG. 15 is provided with a second mixing channel 102b having a large channel cross-sectional area after a first mixing channel 102a having a micro channel cross-sectional area. In this microreactor, mixing using high-speed molecular diffusion is performed in the micro flow channel of the first mixing flow channel 102a, and then the mixed product is guided to the second mixing flow channel 102b having a relatively large cross-sectional area, whereby molecules Reduces the diffusion rate and suppresses the formation of by-products. However, in this method, since a by-product is continuously generated at a low speed in the second mixing channel, it is impossible to reliably stop the reaction, and as a result, the yield of the target product is reduced. Lower. In addition, since the second mixing channel has a large cross-sectional area (volume), the residence time becomes long, and the generation of by-products may be promoted.

図16に示すマイクロリアクタは、微小流路断面積の混合流路102に反応停止薬導入流路104が合流し、その下流に反応停止流路106が設けられている。このマイクロリアクタでは、混合流路102の微小流路内で高速分子拡散による混合を行い、その後、対象とする拡散律速反応に合わせた最適な位置において反応停止薬Eを導入し、副反応・副生成物の抑制を行うものである。   In the microreactor shown in FIG. 16, a reaction stoppage agent introduction flow path 104 is joined to a mixing flow path 102 having a micro flow path cross-sectional area, and a reaction stop flow path 106 is provided downstream thereof. In this microreactor, mixing is performed by high-speed molecular diffusion in the microchannel of the mixing channel 102, and then a reaction terminator E is introduced at an optimum position according to the target diffusion-controlled reaction, and side reactions and side products are generated. It suppresses things.

本手法の問題点は、反応停止薬Eの導入手法を検討する必要があることである。図17(a),(b)や図18(a),(b)に示すように、反応停止薬をいずれの方向から導入して、副反応を停止・抑制するのかを適切に設計しなければ、確実な反応停止ができない。   The problem with this method is that it is necessary to study the method of introducing the reaction terminator E. As shown in FIGS. 17 (a) and 17 (b) and FIGS. 18 (a) and 18 (b), it is necessary to design appropriately from which direction the reaction terminator is introduced to stop / suppress side reactions. If this is the case, the reaction cannot be stopped reliably.

また、反応停止薬による反応停止プロセス(反応種)が反応律速の反応の場合、反応停止のために極めて長い距離の反応停止流路を設置する必要があり、長時間を要することに加え、確実に反応停止流路の範囲内で反応停止が行われる保証がない。よって、目的生成物を高収率で入手することができない可能性が大きい。加えて、流路長の増大は圧力損失の増加につながり、より高圧用の送液装置を用いる必要があり、エネルギ効率が低くなるデメリットがある。なお、本手法は、反応停止の化学反応プロセスが拡散律速か反応律速かを事前に知らなければならず、極めて柔軟性にも欠けるものである。   In addition, when the reaction termination process (reactant species) by the reaction terminator is a reaction-controlled reaction, it is necessary to install a very long reaction stop channel to stop the reaction. There is no guarantee that the reaction will be stopped within the range of the reaction stop channel. Therefore, there is a high possibility that the target product cannot be obtained in high yield. In addition, an increase in the flow path length leads to an increase in pressure loss, and it is necessary to use a higher-pressure liquid feeding device, which has a demerit that energy efficiency is lowered. In addition, this method needs to know in advance whether the chemical reaction process for stopping the reaction is diffusion-controlled or reaction-controlled, and is extremely inflexible.

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、拡散律速反応を効率的に実施するとともに、その進行を適切なタイミングで迅速に停止することができる反応装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a reaction apparatus capable of efficiently performing a diffusion-controlled reaction and quickly stopping the progress at an appropriate timing. .

前記目的を達成するために、請求項1に記載の反応装置は、少なくとも2種以上の試薬を微小断面積混合流路に導き、分子拡散による試薬の混合を行う混合反応部と、該拡散混合反応部の下流側に配置され、前記拡散混合反応部からの混合試薬と反応停止薬とを撹拌混合させて反応を停止させる反応停止部とを有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, the reaction apparatus according to claim 1, wherein at least two or more kinds of reagents are introduced into a micro cross-sectional area mixing flow path, and a mixing reaction section that mixes the reagents by molecular diffusion, and the diffusion mixing. It is arranged downstream of the reaction part, and has a reaction stop part for stirring and mixing the mixed reagent from the diffusion mixing reaction part and the reaction stop agent to stop the reaction.

請求項1に記載の発明においては、試薬は混合反応部において微小断面積混合流路における分子拡散によって混合した後、反応停止部において反応停止薬とを撹拌混合して、迅速に反応を停止する。   In the first aspect of the present invention, the reagent is mixed by molecular diffusion in the micro cross-sectional area mixing channel in the mixing reaction portion, and then the reaction stopping agent is stirred and mixed in the reaction stopping portion to quickly stop the reaction. .

請求項2に記載の反応装置は、請求項1に記載の発明において、前記混合反応部と前記反応停止部とは、互いに対向する平板状部材の間に形成されていることを特徴とする。
請求項2に記載の発明においては、混合反応部と反応停止部は、互いに対向する平板状部材の間に形成されており、全体がコンパクトにかつシール性良く構成される。
According to a second aspect of the present invention, the reaction apparatus according to the first aspect is characterized in that the mixed reaction portion and the reaction stop portion are formed between flat plate members facing each other.
In the invention described in claim 2, the mixing reaction part and the reaction stop part are formed between the flat plate members facing each other, and the whole is compact and has a good sealing property.

請求項3に記載の反応装置は、請求項2に記載の発明において、前記混合反応部は、前記平板状部材の一方を変えることにより流路の形状および/または寸法を変更可能となっていることを特徴とする。
請求項2に記載の発明においては、必要な流路構成を形成した平板状部材を用意しておき、これを交換することで、種々の反応に対応させることができる。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the reaction apparatus according to the second aspect of the invention, wherein the mixed reaction section can change the shape and / or size of the flow path by changing one of the flat plate-like members. It is characterized by that.
In invention of Claim 2, it can respond to various reaction by preparing the flat member which formed the required flow-path structure, and replacing this.

請求項4に記載の反応装置は、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の発明において、前記反応停止部には軸線上に開口する導出流路が形成され、該導出流路の開口部とこれに対向する前記回転子の表面の間には、流体が短絡的に流出するのを防止する狭隘部が形成されていることを特徴とする。
請求項3に記載の発明においては、導出流路の開口部とこれに対向する回転子の表面の間に形成した狭隘部により、流体が短絡的に流出するのを防止され、高い撹拌効率が達成される。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the reaction apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein an outlet channel that opens on an axis is formed in the reaction stop portion, and the outlet channel is opened. A narrow portion for preventing fluid from flowing out in a short circuit is formed between the portion and the surface of the rotor facing the portion.
In the third aspect of the present invention, the narrow portion formed between the opening of the outlet channel and the surface of the rotor facing the opening prevents the fluid from flowing out in a short-circuit, and high stirring efficiency is achieved. Achieved.

請求項1ないし請求項3に記載の発明によれば、拡散律速反応を効率的に実施するとともに、その進行を適切なタイミングで迅速に停止することができる反応装置を提供することができる。   According to the first to third aspects of the invention, it is possible to provide a reaction apparatus capable of efficiently carrying out the diffusion-controlled reaction and quickly stopping the progress at an appropriate timing.

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
図1ないし図3に、本発明による反応装置の第1の実施の形態の外観図および機構断面図を示す。この反応装置は、ほぼ円盤状に形成された一対の平板状部材であるカバー10と底板12の内部に構成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
1 to 3 show an external view and a mechanism sectional view of a first embodiment of a reaction apparatus according to the present invention. This reaction apparatus is configured inside a cover 10 and a bottom plate 12 which are a pair of flat members formed in a substantially disc shape.

カバー10と底板12は、パッキン14を介して接合され、その間に原料試薬の導入流路16a,16b(この例では2本)と、それらが合流してなる微小断面の混合流路18、およびその下流側の撹拌混合室20が形成されている。混合流路18は拡散混合反応部を構成し、撹拌混合室20は反応停止部を構成する。この実施の形態では、導入流路16a,16bは底板12の上面に溝状に形成され、カバー10内を挿通して導入ポート22に連絡し、この導入ポート22はチューブ24等を介して試薬源に連絡している。   The cover 10 and the bottom plate 12 are joined via the packing 14, and the raw material reagent introduction channels 16 a and 16 b (two in this example) between them, a micro-channel mixing channel 18 formed by joining them, and A stirring and mixing chamber 20 on the downstream side is formed. The mixing flow path 18 constitutes a diffusion mixing reaction part, and the stirring and mixing chamber 20 constitutes a reaction stop part. In this embodiment, the introduction flow paths 16a and 16b are formed in a groove shape on the upper surface of the bottom plate 12, and are inserted into the cover 10 to communicate with the introduction port 22. The introduction port 22 is connected to the reagent via the tube 24 and the like. Contact the source.

撹拌混合室20には、回転子26が配置され、これはカバー10に隣接して配置された磁気駆動部28により遠隔駆動される。撹拌混合室20には、混合流路18の他に、反応停止薬を導入する停止薬導入流路30および反応後の生成物を導出する導出流路34が設けられ、それぞれ停止薬導入ポート32、導出ポート35およびチューブ24を介して停止薬供給源や貯留容器(図示略)に連絡している。カバー10、底板12、パッキン14、回転子26その他の構成部品の少なくとも接液部は、有機系試薬に対し耐腐食性を有するものを使用する。また、カバー10、底板12、パッキン14はネジ止めなどの方法にて一体化されている。   A rotor 26 is disposed in the stirring and mixing chamber 20 and is remotely driven by a magnetic drive unit 28 disposed adjacent to the cover 10. In addition to the mixing flow path 18, the stirring and mixing chamber 20 is provided with a stop drug introduction flow path 30 for introducing a reaction stop drug and a discharge flow path 34 for deriving a product after the reaction. The stop medicine supply source and the storage container (not shown) are communicated via the outlet port 35 and the tube 24. For the cover 10, the bottom plate 12, the packing 14, the rotor 26, and other components, at least the wetted parts are those that have corrosion resistance against organic reagents. The cover 10, the bottom plate 12, and the packing 14 are integrated by a method such as screwing.

この実施の形態では、撹拌混合室20は、カバー10と底板12にそれぞれ凹部を形成することにより、これらと同軸の円筒状に形成されている。混合流路18は径方向に延びるように、導入流路16a,16bは導入ポートからそれぞれ周方向に延びて混合流路18との交点で合流するように形成されている。また、混合流路18と、停止薬導入流路30は水平面内で所定の角度(この例では90度)隔てて配置されている。このように流路を配置することにより、全体の形状をコンパクトにすることができるが、導入流路16a,16bおよび混合流路18の形状は、これに限られるものではない。   In this embodiment, the stirring and mixing chamber 20 is formed in a cylindrical shape coaxial with these by forming recesses in the cover 10 and the bottom plate 12 respectively. The introduction channels 16a and 16b are formed so as to extend in the circumferential direction from the introduction port so as to extend in the radial direction so that the mixing channel 18 extends at the intersection with the mixing channel 18. Further, the mixing channel 18 and the stopping agent introduction channel 30 are arranged at a predetermined angle (90 degrees in this example) in a horizontal plane. By arranging the flow paths in this way, the overall shape can be made compact, but the shapes of the introduction flow paths 16a and 16b and the mixing flow path 18 are not limited thereto.

例えば、図4(a)〜(c)に示すように、導入流路16a,16bが混合流路18に合流する部分をT字状からY字状にすることにより、導入流路16a,16bの全体的配置を変えることなく、混合流路18の長さLを調整することができる。例えば、導入流路16a,16bと混合流路18を底板12側に形成することにより、予め各種の反応に適合した距離Lを持つ底板12を用意しておき、実施する反応に適した底板を取り付けることで、各種の反応を簡単に実行することができる。なお、図4(d)では導入流路16a,16bの水平部を直線状に形成しており、加工が容易である利点が有る。   For example, as shown in FIGS. 4A to 4C, the introduction flow paths 16a and 16b are formed by changing the portion where the introduction flow paths 16a and 16b join the mixing flow path 18 from a T shape to a Y shape. It is possible to adjust the length L of the mixing flow path 18 without changing the overall arrangement. For example, by forming the introduction channels 16a and 16b and the mixing channel 18 on the bottom plate 12 side, the bottom plate 12 having a distance L suitable for various reactions is prepared in advance, and a bottom plate suitable for the reaction to be performed is prepared. By attaching, various reactions can be performed easily. In addition, in FIG.4 (d), the horizontal part of the introduction flow paths 16a and 16b is formed in linear form, and there exists an advantage which is easy to process.

図2の例では、混合流路18や停止薬導入流路30はそれぞれ1本であるが、図5(a)〜(c)に示すように、複数の混合流路18や停止薬導入流路30を撹拌混合室20に接続するようにしてもよい。停止薬導入流路30および導出流路34はカバー10内を経由してそれぞれのポートに開口している。各流路の個数は、実施対象とする化学反応に応じて最適な個数を設定すればよい。   In the example of FIG. 2, each of the mixing channel 18 and the stopping agent introduction channel 30 is one, but as shown in FIGS. The channel 30 may be connected to the stirring and mixing chamber 20. The stop medicine introduction flow path 30 and the discharge flow path 34 are opened to the respective ports via the inside of the cover 10. What is necessary is just to set the optimal number of each flow path according to the chemical reaction made into implementation.

混合流路18の流路断面積は、0.1mm以下、好ましくは0.05mm以下、より好ましくは0.01mm以下であることが良い。また、混合流路18の幅をW、深さをHとした場合、W≦Hの条件であることが好ましい。なお、上記流路断面積の条件を満たした上で、W/Hが、より小さいほど、分子拡散混合における分子間距離が短くなり反応性が向上する。W/Hは0.2以下、好ましくは0.1以下、より好ましくは0.05以下であることが良い。反応停止薬導入流路30の流路断面積は、混合流路18の流路断面積よりも大きいことが好ましく、1.5倍以上、好ましくは10倍以上、さらには100倍以上が好ましい。 The cross-sectional area of the mixing channel 18 is 0.1 mm 2 or less, preferably 0.05 mm 2 or less, more preferably 0.01 mm 2 or less. Further, when the width of the mixing channel 18 is W and the depth is H, it is preferable that W ≦ H. In addition, after satisfy | filling the conditions of the said flow-path cross-sectional area, the W / H becomes smaller, the intermolecular distance in molecular diffusion mixing becomes short, and the reactivity improves. W / H is 0.2 or less, preferably 0.1 or less, more preferably 0.05 or less. The cross-sectional area of the reaction terminator introduction flow path 30 is preferably larger than the cross-sectional area of the mixing flow path 18, 1.5 times or more, preferably 10 times or more, and more preferably 100 times or more.

撹拌混合室20の実容積(撹拌混合室20の容積から回転子26体の体積を差し引いたもの)を、微小化することで撹拌採用を高めることができ、短時間の反応停止が可能になる。この実容積は、0.3mL以下、好ましくは0.05mL以下、より好ましくは0.01mL以下であることが望ましい。   By reducing the actual volume of the stirring and mixing chamber 20 (the volume of the stirring and mixing chamber 20 minus the volume of the rotor 26 body), the adoption of stirring can be increased and the reaction can be stopped for a short time. . The actual volume is desirably 0.3 mL or less, preferably 0.05 mL or less, more preferably 0.01 mL or less.

回転子26の材質は、例えば磁性体もしくは金属にテトラフルオロエチレン重合体やセラミック、ガラスをはじめとする耐有機系試薬の特性を有する材料をコーティングしたものを使用する。回転子26の形状は、図6(a)〜(f)に示すように、円筒形状、直方体形状、フットボール形状、円盤形状、球状、ヒトデ状、羽根車形状など、適時選択することができる。この実施の形態では、4方に放射状に延びる十字状である。   As the material of the rotor 26, for example, a magnetic material or a metal coated with a material having characteristics of an organic-resistant reagent such as tetrafluoroethylene polymer, ceramic, and glass is used. As shown in FIGS. 6A to 6F, the shape of the rotor 26 can be selected as appropriate, such as a cylindrical shape, a rectangular parallelepiped shape, a football shape, a disk shape, a spherical shape, a starfish shape, and an impeller shape. In this embodiment, it has a cross shape extending radially in four directions.

この実施の形態では、図7に示すように、回転子26と混合室の天井壁の間の隙間は、導出流路34との間に狭隘部gを形成している。これにより、混合室が準密閉空間となり、回転子26により強い対流が起きても、未混合の流体が短絡的に導出流路34へ流れてしまうような事態が回避され、結果として充分な撹拌混合を経て、反応が確実に停止した試薬が流出する。   In this embodiment, as shown in FIG. 7, the gap between the rotor 26 and the ceiling wall of the mixing chamber forms a narrow portion g between the outlet channel 34. As a result, the mixing chamber becomes a semi-enclosed space, and even if strong convection occurs by the rotor 26, a situation in which the unmixed fluid flows in a short circuit to the outlet channel 34 is avoided, resulting in sufficient agitation. After mixing, the reagent whose reaction has stopped reliably flows out.

磁気駆動部28は、交流または直流電源により回転駆動する電動機(モータ)36と電動機36の回転数を制御する機能を有するコントローラ、および電動機36の出力軸に連結され、永久磁石38が搭載される円盤40により構成される。ここでは、電動機36が動作すると、永久磁石38が搭載される円盤40が回転し、その動作に伴い、(磁性体を内蔵する、)回転子26が回転する構成となっている。回転子26駆動用の磁気駆動部28は、カバー10上部にネジ止めなどの方法にて設置固定されているが、もちろん底板12の下方に設置してもよい。   The magnetic drive unit 28 is connected to an electric motor (motor) 36 that is rotationally driven by an AC or DC power source, a controller having a function of controlling the rotational speed of the electric motor 36, and an output shaft of the electric motor 36, and a permanent magnet 38 is mounted thereon. It is constituted by a disk 40. Here, when the electric motor 36 is operated, the disk 40 on which the permanent magnet 38 is mounted rotates, and the rotor 26 (which incorporates a magnetic body) rotates along with the operation. The magnetic drive unit 28 for driving the rotor 26 is installed and fixed to the upper portion of the cover 10 by screws or the like, but may be installed below the bottom plate 12 as a matter of course.

以下、上記のように構成された第1の実施の形態の反応装置の動作を説明する。
まず、反応試薬を、例えば、シリンジポンプなどの薬液送液用のポンプを用いて、チューブ24を介して、カバー10に形成したポートを介して導入流路16a,16bへ導入する。また、反応停止薬を、例えば、シリンジポンプなどの薬液送液用のポンプを用いて、カバー10に形成したポートを介して反応停止薬導入流路へ導入する。
The operation of the reactor according to the first embodiment configured as described above will be described below.
First, the reaction reagent is introduced into the introduction flow paths 16a and 16b through a port formed in the cover 10 through the tube 24 using a pump for feeding a chemical solution such as a syringe pump. In addition, the reaction terminator is introduced into the reaction terminator introduction channel through a port formed in the cover 10 by using, for example, a pump for feeding a chemical solution such as a syringe pump.

導入された反応試薬は、導入流路16a,16bを経て混合流路18に合流し、微小断面積の混合流路18で距離Lを流れる間に分子拡散により混合し、反応する。反応後の生成物を含む液は、混合流路18に連通する撹拌混合室20へ流入する。   The introduced reaction reagent merges into the mixing channel 18 via the introducing channels 16a and 16b, and is mixed and reacted by molecular diffusion while flowing the distance L in the mixing channel 18 having a small cross-sectional area. The liquid containing the product after the reaction flows into the stirring and mixing chamber 20 that communicates with the mixing channel 18.

一方、導入された反応停止薬は、導入流路30を経由して撹拌混合室20へ流入する。撹拌混合室20では、生成物を含む混合試薬と反応停止薬が、回転子26の回転動作による強制撹拌により均一に混合され、反応停止が行われる。反応停止した後の目的生成物を含む試薬は、導出流路を通じ、導出ポートより継手、チューブ24を介して出力される。なお、反応停止薬の導入流量は、反応試薬の総流量の2倍以上、好ましくは10倍以上、より好ましくは20倍以上である。   On the other hand, the introduced reaction terminator flows into the stirring and mixing chamber 20 via the introduction channel 30. In the stirring and mixing chamber 20, the mixed reagent containing the product and the reaction stopping agent are uniformly mixed by forced stirring by the rotating operation of the rotor 26, and the reaction is stopped. The reagent containing the target product after stopping the reaction is output from the outlet port through the joint and the tube 24 through the outlet channel. The introduction flow rate of the reaction terminator is at least twice the total flow rate of the reaction reagent, preferably at least 10 times, more preferably at least 20 times.

このように、この実施の形態の反応装置においては、拡散律速反応の実施において、微小流路断面積の混合流路18内で分子拡散を利用した高速混合が実現すると同時に、微小実容積の撹拌混合室20での反応停止薬との強制撹拌を利用する急速混合により、副反応、副生成物の発生を適切なタイミングで停止することが可能である。
すなわち、以下の反応例における、副生成物Dの発生を完全に停止することが可能になる。
A+B→C+D (A,B:反応試薬 C:目的生成物 D:副生成物)
なお、本発明により、
A+B→C+D+E+F+… (A,B:反応試薬 C:目的生成物 D〜:副生成物)
のような、連続的かつ高速で異なる副生成物へ次々に変化するタイプの拡散律速反応も混合流路18の距離(L)を、対象とする反応に合わせて、Cが最も高収率で入手できるように設計することで、上記同様、副生成物の発生を停止し、高速高収率で目的生成物Cを効果的に得ることが可能になる。
As described above, in the reaction apparatus of this embodiment, in the diffusion-controlled reaction, high-speed mixing using molecular diffusion is realized in the mixing channel 18 having a micro-channel cross-sectional area, and at the same time, a minute actual volume is stirred. By rapid mixing using forced stirring with a reaction terminator in the mixing chamber 20, it is possible to stop the generation of side reactions and by-products at an appropriate timing.
That is, it is possible to completely stop the generation of the by-product D in the following reaction example.
A + B → C + D (A, B: Reagent C: Target product D: By-product)
According to the present invention,
A + B → C + D + E + F + ... (A, B: Reagent C: Target product D ~: By-product)
As for the diffusion-controlled reaction of the type that changes continuously to different by-products at a high speed continuously, the distance (L) of the mixing channel 18 is adjusted to the target reaction with the highest yield of C. By designing so that it can be obtained, it is possible to stop the generation of by-products and to effectively obtain the target product C at high speed and high yield, as described above.

また、本発明は、反応試薬AおよびBによるA+Bの混合が、爆発性を有する反応においても有用性がある。例えば、混合流路18の距離Lを極めて小さく設定し、混合直後に撹拌混合室20に導き、該撹拌混合室20で急速に反応停止薬による反応停止を行えば、極めて安全に爆発性反応を実施することが可能となる。   The present invention is also useful in a reaction in which mixing of A + B with the reaction reagents A and B has explosive properties. For example, if the distance L of the mixing channel 18 is set to be extremely small, the mixture is led to the stirring and mixing chamber 20 immediately after mixing, and the reaction is stopped rapidly by the reaction stopping agent in the stirring and mixing chamber 20, an explosive reaction can be performed extremely safely It becomes possible to carry out.

なお、上記の実施の形態では、反応装置の形状は円形であるが、図8に示すような矩形としてもよく、流路の形状や数、その他の条件に応じて適宜に設定することができる。   In the above embodiment, the shape of the reaction apparatus is circular, but it may be rectangular as shown in FIG. 8, and can be appropriately set according to the shape and number of flow paths and other conditions. .

図9は、この発明のさらに他の実施の形態であって、導入流路16a,16bおよび撹拌混合室20の温度を一体として温度制御する温度制御装置42を設置したものである。温度制御装置42は、底板12の下方に設置された加熱器(又は冷却器)44と、底板12に埋設し温度センサ46と、温度センサ46の出力に基づいて加熱器44の出力を調整するコントローラ48を備えている。もちろん、加熱器44を他の箇所に設置してもよく、熱媒体を導入するような形式でもよい。   FIG. 9 shows still another embodiment of the present invention, in which a temperature control device 42 for controlling the temperatures of the introduction channels 16a and 16b and the stirring and mixing chamber 20 as a unit is installed. The temperature control device 42 adjusts the output of the heater 44 based on the heater (or cooler) 44 installed below the bottom plate 12, the temperature sensor 46 embedded in the bottom plate 12, and the output of the temperature sensor 46. A controller 48 is provided. Of course, the heater 44 may be installed in another location, or a heat medium may be introduced.

図10は、この発明のさらに他の実施の形態であって、導入流路16a,16b、撹拌混合室20および停止薬導入流路30の温度を個別に温度制御する加熱器(又は冷却器)44a,44b,44cや温度センサ(図示略)を設置したものである。試薬どうしを反応させるための温度と、反応を停止させるための温度が異なる場合に好適に用いられる。個々の加熱器(又は冷却器)44a,44bを制御するための構成は先の実施の形態と同様に、適宜のものが採用できる。   FIG. 10 shows still another embodiment of the present invention, and a heater (or a cooler) that individually controls the temperatures of the introduction flow paths 16a and 16b, the stirring and mixing chamber 20, and the stop drug introduction flow path 30. 44a, 44b, 44c and a temperature sensor (not shown) are installed. It is preferably used when the temperature for reacting reagents differs from the temperature for stopping the reaction. As the configuration for controlling the individual heaters (or coolers) 44a and 44b, an appropriate one can be adopted as in the previous embodiment.

図11は、この発明のさらに他の実施の形態であって、反応停止薬の供給速度を調整する手段が設けられている。すなわち、撹拌混合室20の下流側に混合液から反応停止薬を分離除去する分離精製装置50と、分離後の目的生成物を含む液の成分の分析を行う分析装置52と、分析装置52の出力に基づいて、最適な反応達成率を得ることができるように、反応停止薬の送液ポンプ53の回転数を制御するコントローラ54が設けられている。分析装置52としては、反応生成物の対象に応じて適宜の手段が採用されるが、例えば、応答の速いpH計や、クロマトグラフィ装置のような生成物の成分を直接分析する装置などがある。もちろん、このような分析装置52のデータを基に、他のパラメータ、例えば、反応試薬の供給ポンプの速度、反応温度、回転子26の回転速度等を制御するようにしてもよい。   FIG. 11 shows still another embodiment of the present invention, which is provided with means for adjusting the supply rate of the reaction terminator. That is, a separation and purification device 50 that separates and removes the reaction terminator from the liquid mixture on the downstream side of the stirring and mixing chamber 20, an analysis device 52 that analyzes the components of the liquid containing the target product after separation, Based on the output, a controller 54 is provided for controlling the number of revolutions of the reaction stopping liquid feed pump 53 so that an optimum reaction achievement rate can be obtained. As the analyzer 52, an appropriate means is adopted depending on the target of the reaction product, and examples thereof include a pH meter having a quick response and a device for directly analyzing product components such as a chromatography device. Of course, other parameters such as the speed of the reaction reagent supply pump, the reaction temperature, the rotational speed of the rotor 26, and the like may be controlled based on the data of the analyzer 52.

図12および図13は、この発明のさらに他の実施の形態であって、反応、反応停止の工程を複数組み合わせて1つの全体工程を構成するようにしたものである。なお、図12においては、カバー10を省略して示している。この実施の形態では、3つの混合流路と3つの撹拌混合室が組み合わせられている。すなわち、試薬A,Bは導入流路16a,16bから流入して第1の混合流路18aで反応し、中間生成物Hを生成し、第1の撹拌混合室20aで反応停止薬Cと合流して反応停止する。試薬E,Fは導入流路16e,16fから流入して第2の混合流路18bで反応し、中間生成物Iを生成し、第2の撹拌混合室20bで反応停止薬Gと撹拌混合して反応停止する。これらは、それぞれ第1および第2の分離精製装置50a,50bで反応停止薬を分離した後、導入流路16jと合流する第3の混合流路18cにおいて他の試薬Jと合流してさらに反応し、目的生成物Mを生成する。これは第3の撹拌混合室20cにおいて反応停止薬Kと撹拌混合して反応停止し、第3の分離精製装置50cで反応停止薬を分離した後、排出される。   12 and 13 show still another embodiment of the present invention, in which a plurality of reaction and reaction stop processes are combined to constitute one overall process. In FIG. 12, the cover 10 is omitted. In this embodiment, three mixing channels and three stirring and mixing chambers are combined. That is, the reagents A and B flow from the introduction flow paths 16a and 16b and react in the first mixing flow path 18a to generate the intermediate product H, and merge with the reaction terminator C in the first stirring and mixing chamber 20a. To stop the reaction. Reagents E and F flow from the introduction flow paths 16e and 16f, react in the second mixing flow path 18b, generate an intermediate product I, and stir and mix with the reaction terminator G in the second stirring and mixing chamber 20b. To stop the reaction. These are separated by the first and second separation / purification devices 50a and 50b, respectively, and then merged with another reagent J in the third mixing channel 18c that merges with the introduction channel 16j, and further reacted. To produce the target product M. This is stirred and mixed with the reaction terminator K in the third stirring and mixing chamber 20c to stop the reaction, and after the reaction terminator is separated by the third separation and purification device 50c, it is discharged.

このように、この発明の反応装置は、適宜に組み合わせることによって、種々の連続的な反応に対応することができる。このような複合反応装置は、一対のカバー10と底板12の間に形成するようにしてもよいし、適当な基板上に複数のユニットを配列して構成するようにしてもよい。このように、一体化した構成とすることで、チューブ24等の配管を使用することなく、安定稼動可能な装置をコンパクトに設計することができる。   Thus, the reaction apparatus of this invention can respond to various continuous reactions by combining appropriately. Such a composite reaction apparatus may be formed between the pair of covers 10 and the bottom plate 12, or may be configured by arranging a plurality of units on an appropriate substrate. In this way, by adopting an integrated configuration, an apparatus capable of stable operation can be designed in a compact manner without using piping such as the tube 24.

図1および図2に示す形状の反応装置を用いて、次式に示すようなジイソプロピルフェノールのアセチル化反応を実施した。

Figure 2007326066
すなわち、拡散混合部に、
A: 1M 2,6 Diisopropylphenol 1M 1,3 Dimethoxybenzene/Pyridine
B: neat Acetic Anhydride
の供給流体をシリンジにより供給し、反応停止部には、飽和炭酸水素ナトリウムを供給した。 Using the reactor having the shape shown in FIGS. 1 and 2, acetylation reaction of diisopropylphenol as shown in the following formula was performed.
Figure 2007326066
That is, in the diffusion mixing section,
A: 1M 2,6 Diisopropylphenol 1M 1,3 Dimethoxybenzene / Pyridine
B: neat Acetic Anhydride
The supply fluid was supplied by a syringe, and saturated sodium hydrogen carbonate was supplied to the reaction stopper.

装置の各部の寸法は、下記の通りである。
拡散混合部寸法:幅0.3mm、深さ2.0mm、長さ12mm
反応停止部 :導入流路 幅2.0mm、深さ2.0mm、長さ12mm
反応停止室実容積 0.2mL
回転子回転数 2000rpm
流量条件を下記に設定し、生成物導出直後の収率と放置後(15min)の収率を比較した。
流量条件 反応試薬(A,B)流量:0.007mL/min
反応停止薬流量:0.07mL/min
The dimensions of each part of the apparatus are as follows.
Diffusion mixing unit dimensions: width 0.3mm, depth 2.0mm, length 12mm
Reaction stop part: Introduction channel width 2.0mm, depth 2.0mm, length 12mm
Reaction stop chamber actual volume 0.2mL
Rotor speed 2000rpm
The flow rate conditions were set as follows, and the yield immediately after product derivation was compared with the yield after standing (15 min).
Flow rate conditions Reagent (A, B) flow rate: 0.007mL / min
Reaction stopping agent flow rate: 0.07mL / min

結果を以下に示す。ここにおいて、もし反応停止機能が機能しない場合は、放置後の生成物収率が導出直後の生成物収率より大きくなる。
<結果1:20℃>
導出直後の生成物収率=5%
放置後の生成物収率=5%
→反応停止が機能している。
<結果2:60℃>
導出直後の生成物収率=15%
放置後の生成物収率=15%
→反応停止が機能している。
以上より、本発明による反応装置の目的である、反応停止が確実に行われていることがわかる。
The results are shown below. Here, if the reaction stop function does not function, the product yield after standing is larger than the product yield immediately after derivation.
<Result 1: 20 ° C>
Product yield immediately after derivation = 5%
Product yield after standing = 5%
→ The reaction stop is functioning.
<Result 2: 60 ° C>
Product yield immediately after derivation = 15%
Product yield after standing = 15%
→ The reaction stop is functioning.
From the above, it can be seen that the reaction stop, which is the purpose of the reaction apparatus according to the present invention, is reliably performed.

この発明の1つの実施の形態の反応装置の外観を示す図である。It is a figure which shows the external appearance of the reaction apparatus of one embodiment of this invention. 図1の実施の形態の反応装置の流路、撹拌混合室を示す図である。It is a figure which shows the flow path and stirring stirring chamber of the reaction apparatus of embodiment of FIG. 図1の実施の形態の反応装置の断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the reactor of embodiment of FIG. (a)〜(d)は、導入流路と混合流路の変形例を示す図である。(A)-(d) is a figure which shows the modification of an introduction flow path and a mixing flow path. (a)〜(c)は、流路、撹拌混合室の他の実施の形態を示す図である。(A)-(c) is a figure which shows other embodiment of a flow path and a stirring mixing chamber. (a)〜(f)は、回転子の各種の変形例を示す図である。(A)-(f) is a figure which shows the various modifications of a rotor. 撹拌混合室の断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of a stirring mixing chamber. この発明の他の実施の形態の反応装置の外観を示す図である。It is a figure which shows the external appearance of the reaction apparatus of other embodiment of this invention. この発明の他の実施の形態の反応装置の断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the reaction apparatus of other embodiment of this invention. 温度調整装置に関する変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification regarding a temperature control apparatus. 分析装置を有する他の実施の形態の反応装置を示す図である。It is a figure which shows the reaction apparatus of other embodiment which has an analyzer. 組合せタイプの反応装置の外観図である。It is an external view of a combination type reactor. 組合せタイプの反応装置の平面図である。It is a top view of a combination type reaction apparatus. 従来の反応装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the conventional reaction apparatus. 従来の反応装置の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the conventional reactor. 従来の反応装置のさらに他の例を示す図である。It is a figure which shows the further another example of the conventional reaction apparatus. 従来の反応装置の要部を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows the principal part of the conventional reactor. 従来の反応装置の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the conventional reactor.

符号の説明Explanation of symbols

10 カバー
12 底板
14 パッキン
16a,16b 導入流路
18,18a〜18c 混合流路(拡散混合反応部)
20,20a〜20c 撹拌混合室(反応停止部)
22 導入ポート
24 チューブ
26 回転子
28 磁気駆動部
30 停止薬導入流路
32 停止薬導入ポート
34 導出流路
35 導出ポート
36 電動機
38 永久磁石
40 円盤
42 温度制御装置
44,44a〜44c 加熱器
46 温度センサ
48 コントローラ
50,50a〜50c 分離精製装置
52 分析装置
53 送液ポンプ
54 コントローラ
10 Cover 12 Bottom plate 14 Packing 16a, 16b Introduction flow path 18, 18a-18c Mixing flow path (diffusion mixing reaction part)
20, 20a-20c stirring and mixing chamber (reaction stop unit)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 22 Introduction port 24 Tube 26 Rotor 28 Magnetic drive part 30 Stop medicine introduction flow path 32 Stop medicine introduction port 34 Derivation flow path 35 Derivation port 36 Electric motor 38 Permanent magnet 40 Disk 42 Temperature control apparatus 44, 44a-44c Heater 46 Temperature Sensor 48 Controller 50, 50a to 50c Separation and purification device 52 Analysis device 53 Liquid feed pump 54 Controller

Claims (4)

少なくとも2種以上の試薬を微小断面積混合流路に導き、分子拡散による試薬の混合を行う拡散混合反応部と、
該拡散混合反応部の下流側に配置され、前記拡散混合反応部からの混合試薬と反応停止薬とを撹拌混合させて反応を停止させる反応停止部と
を有することを特徴とする反応装置。
A diffusion mixing reaction section for introducing at least two kinds of reagents into the micro cross-sectional area mixing flow channel and mixing the reagents by molecular diffusion;
A reaction apparatus, comprising: a reaction stopping unit that is disposed downstream of the diffusion mixing reaction unit and stops the reaction by stirring and mixing the mixed reagent from the diffusion mixing reaction unit and the reaction terminator.
前記混合反応部と前記反応停止部とは、互いに対向する平板状部材の間に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の反応装置。   The reaction apparatus according to claim 1, wherein the mixing reaction part and the reaction stop part are formed between flat plate members facing each other. 前記混合反応部は、前記平板状部材の一方を変えることにより流路の形状および/または寸法を変更可能となっていることを特徴とする請求項2に記載の反応装置。   The reaction apparatus according to claim 2, wherein the mixing reaction section can change the shape and / or size of the flow path by changing one of the flat plate-like members. 前記反応停止部には軸線上に開口する導出流路が形成され、該導出流路の開口部とこれに対向する前記回転子の表面の間には、流体が短絡的に流出するのを防止する狭隘部が形成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の反応装置。
An outlet channel that opens on the axis is formed in the reaction stop portion, and fluid is prevented from flowing out in a short circuit between the opening portion of the outlet channel and the surface of the rotor facing the outlet channel. The reaction apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein a narrow portion is formed.
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