JP2009154074A - Catalyst immobilized reactor for carbon-carbon bond forming reaction - Google Patents

Catalyst immobilized reactor for carbon-carbon bond forming reaction Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a catalyst immobilized vessel or a catalyst immobilized tubular reactor of immobilizing a solid catalyst which can be used for carbon-carbon bond forming reaction between a compound having unsaturated bonds and a compound having active methylene or active methine onto an inner wall of the vessel or the tube. <P>SOLUTION: The reactor immobilizes the solid catalyst which is used for addition reaction or condensation reaction of forming carbon-carbon bond by using the compound (x1) having unsaturated bonds and the compound (x2) having active methylene or active methine, wherein the solid catalyst is a composite body prepared by covering a polymer (A) having a linear-chain polyethylene imine skeleton (a) with a metal oxide (B) and the composite body is immobilized onto the inner wall of the vessel or the tube. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、炭素−炭素結合形成反応に用いる有機・無機複合体である固体触媒が反応容器に固定されているリアクターに関し、詳しくは、不飽和結合を有する化合物と活性メチレン又は活性メチンを有する化合物とを付加反応または縮合反応させて、炭素−炭素結合を形成する際に用いる固体触媒を容器や管の内壁に固定したリアクターに関する。   The present invention relates to a reactor in which a solid catalyst, which is an organic / inorganic complex used in a carbon-carbon bond forming reaction, is fixed to a reaction vessel, and more specifically, a compound having an unsaturated bond and a compound having active methylene or active methine. And a reaction in which a solid catalyst used for forming a carbon-carbon bond is fixed to the inner wall of a container or a tube.

不飽和結合を有する化合物と活性メチレン又は活性メチンを有する化合物とが付加反応または縮合反応することにより、炭素−炭素結合を形成させる反応は、化学産業、特にファインケミストリー分野、医薬品用中間体の製造等には欠かせない反応であり、その反応には常に触媒が要求される。炭素−炭素結合形成反応の中でも、クネーフェナーゲル(Knoevenagel)反応やマイケル(Michael)反応は、塩基性を示す物質を触媒として用いることから、該触媒に関する技術開発も絶えず展開されている。一般的に、上記触媒として古くから塩基性を示す有機アミン化合物を用いることが多いが、反応系から該有機アミン化合物を完全に除くことが困難であるため、精製工程にかかるコストが高くなりやすく、更には精製工程で生じる廃棄物量も多くなり環境負荷を高めてしまうことになる。従って、触媒と生成物との分離や触媒の再利用などの視点から固体触媒の開発が多く行われてきた。例えば、ルイス塩基性を有する無機酸化物触媒(例えば、非特許文献1参照。)、有機アミンまたは有機塩基性残基がシリカ表面に化学結合で固定された触媒(例えば、非特許文献2および3参照。)、メソポーラスシリカ中にアミン残基が固定されてなる固体触媒(例えば、非特許文献4参照。)など、数多くの固体触媒が提案されている。   Reactions in which a compound having an unsaturated bond and a compound having active methylene or active methine undergo an addition reaction or condensation reaction to form a carbon-carbon bond are used in the chemical industry, particularly in the field of fine chemistry, production of pharmaceutical intermediates. It is an indispensable reaction, and a catalyst is always required for the reaction. Among the carbon-carbon bond forming reactions, the Knoevenagel reaction and the Michael reaction use a basic substance as a catalyst, and therefore, technical development relating to the catalyst is constantly being developed. Generally, an organic amine compound that exhibits basicity is often used as the catalyst for a long time, but it is difficult to completely remove the organic amine compound from the reaction system, so that the cost for the purification process tends to be high. Furthermore, the amount of waste generated in the refining process increases and the environmental load increases. Therefore, many developments of solid catalysts have been made from the viewpoint of separation of the catalyst and product and reuse of the catalyst. For example, an inorganic oxide catalyst having Lewis basicity (for example, see Non-patent Document 1), a catalyst in which an organic amine or an organic basic residue is fixed to a silica surface by a chemical bond (for example, Non-Patent Documents 2 and 3). Many solid catalysts have been proposed, such as a solid catalyst in which an amine residue is fixed in mesoporous silica (for example, see Non-Patent Document 4).

前記非特許文献1〜4で提案された固体触媒は、何れの場合も触媒機能を有する化合物の一部が固体表面に化学的に結合されていることを特徴とする。該固体触媒を再利用しようとする場合には、固体表面に結合されている触媒機能を有する化合物の構造変化が起こりやすいために触媒活性の低下が避けられなく、使用する固体触媒量を増やすことが必要となる。従って前記非特許文献1〜4等で提案されている塩基性固体触媒での工業化は通常、困難である。   In any case, the solid catalysts proposed in Non-Patent Documents 1 to 4 are characterized in that a part of the compound having a catalytic function is chemically bonded to the solid surface. When the solid catalyst is to be reused, the structure of the compound having a catalytic function that is bonded to the solid surface is likely to change. Therefore, the catalytic activity is inevitably lowered, and the amount of the solid catalyst to be used is increased. Is required. Therefore, industrialization with the basic solid catalyst proposed in Non-Patent Documents 1 to 4 is usually difficult.

触媒を固体表面に固定することとは反対に、触媒として機能する化合物の分子をポリマーカプセル中に閉じ込める方法も開示されている(例えば、非特許文献5参照。)。この方法は触媒活性を低下させることはないが、繰り返し使用を考えた場合、固体触媒に比べると回収などの作業は簡便ではない。   In contrast to fixing the catalyst to the solid surface, a method of confining the molecule of the compound functioning as the catalyst in the polymer capsule is also disclosed (for example, see Non-Patent Document 5). This method does not reduce the catalytic activity, but when repeated use is considered, operations such as recovery are not simpler than solid catalysts.

不飽和結合を有する化合物と活性メチレン又は活性メチンを有する化合物とが関わる炭素−炭素結合形成反応において、塩基性を示す有機アミン化合物を触媒とする場合、その触媒が分子触媒的に機能し、しかも、それが固体中に閉じ込まれていることになれば、触媒の活性向上、分離回収の簡便化、再利用効率の向上など多くの利点をもたらすことが予想され、それが更に環境負荷の低減、コスト削減を達成させることにも繋がると考えられる。しかしながら、反応液から固体触媒の分離回収は古典的な合成プロセスでも捉える手法であり、それなりの作業プロセスが要求される。化学合成の全プロセスを革新させるには、触媒機能を有する組成を反応容器または反応管にナノレベルで固定し、反応終了後は反応液を取り出し、次の反応物質を反応容器または管に取り入れることができる触媒機能型リアクターが最も望ましい。   In a carbon-carbon bond forming reaction involving a compound having an unsaturated bond and a compound having active methylene or active methine, when an organic amine compound showing basicity is used as a catalyst, the catalyst functions as a molecular catalyst. If it is confined in a solid, it is expected to bring many advantages such as improved catalyst activity, simplified separation and recovery, and improved recycling efficiency, which further reduces the environmental burden. This is thought to lead to cost reduction. However, the separation and recovery of the solid catalyst from the reaction solution is a technique that can be grasped even in a classic synthesis process, and a certain work process is required. To innovate the whole process of chemical synthesis, fix the composition having a catalytic function to the reaction vessel or reaction tube at the nano level, take out the reaction solution after the completion of the reaction, and introduce the next reactant into the reaction vessel or tube. Catalytic functional reactors are most desirable.

A.Corma et al.,J.Catal.,1990年、126巻、192頁A. Corma et al. , J .; Catal. 1990, 126, 192. J.L.Defreese et al.,Chem.Mater.,2005年、17巻、6503頁J. et al. L. Defreese et al. , Chem. Mater. 2005, 17: 6503. C.Paun et al.,J.Mol.Cat.A:Chem.,2007年、269巻、6頁C. Paun et al. , J .; Mol. Cat. A: Chem. 2007, 269, 6 E.DeOliveira et al.,J.Mol.Cat.A:Chem.,2007年、271巻、63頁E. DeOliveira et al. , J .; Mol. Cat. A: Chem. , 2007, 271, 63 Sarah L.Poe et al.,J.AM.CHEM.SOC.,2006年,128巻,15586頁Sarah L. Poe et al. , J .; AM. CHEM. SOC. 2006, 128, 15586.

上記実情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、不飽和結合を有する化合物と活性メチレン又は活性メチンを有する化合物との、炭素−炭素結合形成反応に用いることができる固体触媒が容器や管の内壁に固定されている、触媒固定型容器または触媒固定型管状のリアクターを提供することにある。   In view of the above circumstances, the problem to be solved by the present invention is that a solid catalyst that can be used in a carbon-carbon bond forming reaction between a compound having an unsaturated bond and a compound having active methylene or active methine is used in a container or tube. It is an object to provide a catalyst-fixed vessel or a catalyst-fixed tubular reactor fixed to the inner wall of the catalyst.

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーを金属酸化物が被覆してなる複合体は、ガラスまたはプラスチック等からなる容器または管の内壁表面に固定することが可能であり、その複合体が、炭素−炭素結合形成反応時に使用する塩基性の固体触媒として好適に用いることができること、更に、反応終了後、反応液を取り出し、新しい反応液を入れ替えることで繰り返し使用可能で、再利用時にも触媒活性の機能低下がないことを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that a composite formed by coating a metal oxide with a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton is a container made of glass or plastic or the like. It can be fixed to the inner wall surface of the tube, and the composite can be suitably used as a basic solid catalyst used in the carbon-carbon bond forming reaction. Further, after the reaction is completed, the reaction solution is taken out. The present invention has been completed by finding that it can be used repeatedly by replacing a new reaction solution, and that there is no decrease in the catalytic activity even when it is reused.

即ち、本発明は、不飽和結合を有する化合物(x1)と、活性メチレン又は活性メチンを有する化合物(x2)とを用いて炭素−炭素結合を形成する付加反応又は縮合反応に用いる固体触媒が固定されたリアクターであって、該固体触媒が、直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)を金属酸化物(B)が被覆してなる複合体であり、且つ該複合体が容器又は管の内壁に固定されていることを特徴とする炭素−炭素結合形成反応用触媒固定型リアクターを提供するものである。   That is, in the present invention, the solid catalyst used in the addition reaction or condensation reaction in which a carbon-carbon bond is formed using the compound (x1) having an unsaturated bond and the compound (x2) having an active methylene or active methine is fixed. The solid catalyst is a complex formed by coating a polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton (a) with a metal oxide (B), and the complex is a container. Alternatively, the present invention provides a catalyst-fixed reactor for carbon-carbon bond forming reaction, which is fixed to an inner wall of a pipe.

本発明の触媒固定型リアクターは、容器または管の内壁表面に非常に高い比表面積を有する複合体が形成され、その複合体中に触媒として機能する直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーが閉じ込められていることを特徴とする。従って、このリアクターは炭素−炭素結合反応における触媒として用いることができる。このような触媒固定型リアクターは化学産業上の有用な化合物、医薬用中間体製造プロセスを一新させることができる。特に、全体合成プロセスを簡易化し、触媒効率を飛躍的に向上させることで、環境負荷低減に大きく貢献できる。   In the catalyst-fixed reactor of the present invention, a complex having a very high specific surface area is formed on the inner wall surface of a container or tube, and a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton functioning as a catalyst is confined in the complex. It is characterized by. Therefore, this reactor can be used as a catalyst in a carbon-carbon bond reaction. Such a catalyst-fixed reactor can renew the process for producing a useful compound in the chemical industry and a pharmaceutical intermediate. In particular, simplification of the overall synthesis process and dramatic improvement in catalyst efficiency can greatly contribute to reducing environmental impact.

不飽和炭素結合を有する化合物に活性メチレン(メチン)を含む化合物が関わる炭素−炭素結合反応触媒には有機低分子アミンと高分子アミンを用いることができる。しかし、低分子アミンでは、そのアミンの構造が変性してしまうと、触媒は完全に失活してしまうし、また、低分子アミンを分子レベルで固体中に閉じ込むことはほとんど不可能である。分子触媒の効率的な閉じ込みのためには、高分子ポリアミンを用いることが前提となる。高分子ポリアミンには、ポリマー鎖に数多いアミンが含まれているので、アミン構造に部分変性が起こっても、触媒失活は基本的に起こらないと考えられる。高分子ポリアミン系では、ポリエチレンイミンは重要な塩基性分子触媒として知られている。ポリエチレンイミンはシリカを析出させる触媒としても有効であるが、それと同時にシリカとハイブリッドされ、容易にポリイミン・シリカ複合体になる。特に、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーをシリカ析出に使用する際には、該ポリマーの会合体がシリカ中にナノメートルオーダーで閉じ込められた構造のナノ複合体を得ることができる。これはまさに、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有する塩基性ポリマーがシリカ篭中に閉じ込まれたようなナノ複合体である。   An organic low molecular weight amine and a high molecular weight amine can be used as a carbon-carbon bond reaction catalyst in which a compound containing an active methylene (methine) is involved in a compound having an unsaturated carbon bond. However, in the case of low molecular amines, if the structure of the amine is modified, the catalyst is completely deactivated, and it is almost impossible to confine the low molecular amine in a solid at the molecular level. . For efficient confinement of the molecular catalyst, it is premised that a polymer polyamine is used. Since the polymer polyamine contains a large number of amines in the polymer chain, even if partial modification occurs in the amine structure, it is considered that catalyst deactivation basically does not occur. In polymeric polyamine systems, polyethyleneimine is known as an important basic molecular catalyst. Polyethyleneimine is effective as a catalyst for precipitating silica, but at the same time, it is hybridized with silica and easily becomes a polyimine-silica composite. In particular, when a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton is used for silica precipitation, a nanocomposite having a structure in which an aggregate of the polymer is confined in the order of nanometers in silica can be obtained. This is exactly a nanocomposite in which a basic polymer having a linear polyethyleneimine skeleton is confined in a silica gel.

本発明者らは既に、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーが水性媒体中で自己組織化的に成長する結晶性会合体を反応場にし、溶液中でその会合体表面にてアルコキシシランを加水分解的に縮合させ、シリカを析出させることで、形状変化に富んだ複雑なナノシリカ構造体およびそれらの製法を提供した(特開2005−264421号公報、特開2005−336440号公報、特開2006−063097号公報、特開2007−051056号公報)。この技術の基本原理は、溶液中で直鎖状ポリエチレンイミン骨格含有ポリマーの結晶性会合体を自発的に生長させることであり、一旦結晶性会合体ができたら、後は単に該結晶性会合体の分散液中にシリカソースを混合して、結晶性会合体表面上だけでのシリカの析出を自然に任せることになる(いわゆる、ゾルゲル反応)。溶液中でのポリエチレンイミン骨格含有ポリマーの結晶性会合体の生長を、任意形状の固体基材の表面にて進行させ、基材上にポリマーの結晶性会合体の層が形成できれば、その固体基材上にシリカとポリマーとが複合化された新しい界面を有するナノ構造物を構築することができると考えられる。この作業モデルをさらに拡張すれば、固体基材上に形成させる層がポリマーの結晶性会合体ではなく、ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーの非結晶性の分子会合体からなる安定な層であっても、同様に目的のシリカとポリマーとが複合化された新しいナノ界面を構築することができると考えられる。   The present inventors have already used a crystalline aggregate in which a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton grows in an aqueous medium in a self-organizing manner as a reaction field, and hydrolyzes alkoxysilane on the surface of the aggregate in a solution. By condensing decomposingly and precipitating silica, complex nanosilica structures rich in shape change and methods for producing them were provided (Japanese Patent Laid-Open Nos. 2005-264421, 2005-336440, 2006). No. -063097, JP 2007-051056 A). The basic principle of this technique is to spontaneously grow a crystalline aggregate of a linear polyethyleneimine skeleton-containing polymer in a solution. Once a crystalline aggregate is formed, the crystalline aggregate is then simply used. A silica source is mixed in the dispersion liquid, and the deposition of the silica only on the surface of the crystalline aggregate is allowed to leave naturally (so-called sol-gel reaction). If the growth of the crystalline association of the polyethyleneimine skeleton-containing polymer in the solution proceeds on the surface of a solid substrate of an arbitrary shape and the layer of the crystalline association of the polymer can be formed on the substrate, the solid group It is considered that a nanostructure having a new interface in which silica and a polymer are combined on a material can be constructed. If this working model is further expanded, even if the layer formed on the solid substrate is not a polymer crystalline aggregate, but a stable layer composed of a non-crystalline molecular aggregate of a polymer having a polyethyleneimine skeleton. Similarly, it is considered that a new nanointerface in which the target silica and polymer are combined can be constructed.

従って、上記課題解決の根本的な問題は、如何に固体基材、即ち容器または管の内壁の表面に直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーの自己組織化会合体の安定な層(皮膜)を形成させるかだけになる。直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーの重要な特徴は、塩基性であること、そして極めて高い極性を有することである。従って、該ポリマーは金属基材、ガラス基材、無機金属酸化物基材、極性表面を有するプラスチック基材、セルロース基材など多くの電子受容体基材類や、ルイス酸性基材類、酸性基材類、極性基材類、水素結合性基材類等の様々な表面と強い相互作用力(吸着力)を有する。本発明者らは、該ポリマーのこの特徴を生かし、容器または管の内壁表面を、一定濃度、一定温度でポリマーの分子溶液と接触(浸漬)させることにより、溶液中の該ポリマーが該表面に吸引され、結果的には該ポリマーの分子会合体からなる層が、内壁表面の接触させた部分の全面に渡り容易に形成できることを見出した。更にこのようにして得られたポリマー層で被覆された内壁表面を金属酸化物のソース溶液中に浸漬させることで、内壁表面に金属酸化物/ポリマー複合体からなる複雑なナノ界面構造を構築でき、その内壁中に閉じ込められた直鎖状ポリエチレンイミン部分が、炭素−炭素結合反応の触媒として機能できることを見出した。以下、本発明を詳細に述べる。   Therefore, the fundamental problem of solving the above problem is how to form a stable layer (film) of a self-assembled assembly of a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton on the surface of a solid substrate, that is, the inner wall of a container or a tube. It will only be formed. An important feature of a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton is that it is basic and has a very high polarity. Therefore, the polymer is a metal substrate, a glass substrate, an inorganic metal oxide substrate, a plastic substrate having a polar surface, a cellulose substrate, many electron acceptor substrates, Lewis acidic substrates, acidic groups It has a strong interaction force (adsorption force) with various surfaces such as materials, polar substrates, hydrogen bonding substrates and the like. Taking advantage of this characteristic of the polymer, the present inventors contacted (immersed) the inner wall surface of the container or the tube with a molecular solution of the polymer at a constant concentration and at a constant temperature so that the polymer in the solution is brought into contact with the surface. As a result, it has been found that a layer composed of molecular aggregates of the polymer can be easily formed over the entire surface of the contacted portion of the inner wall surface. Furthermore, by immersing the inner wall surface coated with the polymer layer thus obtained in a metal oxide source solution, a complex nano-interface structure composed of metal oxide / polymer composite can be constructed on the inner wall surface. The present inventors have found that a linear polyethyleneimine moiety confined in the inner wall can function as a catalyst for a carbon-carbon bond reaction. The present invention will be described in detail below.

[容器または管]
本発明において使用する容器または管としては、後述する直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)が吸着できるものであれば特に限定されず、例えば、ガラス、金属、金属酸化物などの無機材料系基材、樹脂(プラスチック)、セルロースなどの有機材料系基材等、更にはガラス、金属、金属酸化物表面をエッチング処理した基材、樹脂基材の表面をプラズマ処理、オゾン処理、エッチング処理した基材などを使用できる。
[Container or tube]
The container or tube used in the present invention is not particularly limited as long as the polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton (a) described later can be adsorbed. For example, glass, metal, metal oxide, etc. Inorganic material base material, resin (plastic), organic material base material such as cellulose, etc. Furthermore, glass, metal, metal oxide surface etched substrate, resin substrate surface plasma treatment, ozone treatment Etching-treated substrates can be used.

無機材料系ガラス基材としては、特に限定することではないが、例えば、耐熱ガラス(ホウケイ酸ガラス)、ソーダライムガラス、クリスタルガラス、鉛や砒素を含まない光学ガラスなどのガラスを好適に用いることができる。ガラス基材の使用においては、必要に応じ、表面を水酸化ナトリウムなどのアルカリ溶液でエッチングして用いることができる。   Although it does not specifically limit as an inorganic material type glass substrate, For example, glass, such as heat resistant glass (borosilicate glass), soda-lime glass, crystal glass, optical glass which does not contain lead and arsenic, is used suitably. Can do. In the use of a glass substrate, the surface can be used by etching with an alkaline solution such as sodium hydroxide, if necessary.

無機材料系金属基材としては特に限定しないが、例えば、鉄、銅、アルミ、ステンレス、亜鉛、銀、金、白金、またはこれらの合金などからなる基材を好適に用いることができる。   Although it does not specifically limit as an inorganic material type metal base material, For example, the base material which consists of iron, copper, aluminum, stainless steel, zinc, silver, gold | metal | money, platinum, or these alloys etc. can be used suitably.

無機材料系金属酸化物基材としては、特に限定することではないが、例えば、ITO(インジウムティンオキシド)、酸化スズ、酸化銅、酸化チタン、酸化亜鉛、アルミナなどを好適に用いることができる。   Although it does not specifically limit as an inorganic material type metal oxide base material, For example, ITO (indium tin oxide), a tin oxide, copper oxide, a titanium oxide, a zinc oxide, an alumina etc. can be used suitably.

樹脂基材としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカボナート、ポリエステル、ポリスチレン、ポリメタクリレート、ポリ塩化ビニール、ポリエチレンアルコール、ポリ酢酸ビニール、ポリイミド、ポリアミド、ポリウレタン、エポキシ樹脂、セルロースなどの各種ポリマーの加工品を用いることができる。各種ポリマーの使用においては、必要に応じ、表面をプラズマまたはオゾン処理したものであっても、硫酸またはアルカリ等で処理したものであっても良い。   Examples of resin substrates include processed products of various polymers such as polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polyester, polystyrene, polymethacrylate, polyvinyl chloride, polyethylene alcohol, polyvinyl acetate, polyimide, polyamide, polyurethane, epoxy resin, and cellulose. Can be used. In the use of various polymers, the surface may be treated with plasma or ozone, or treated with sulfuric acid or alkali, if necessary.

上記機材類の形状については、特に限定されるものではなく、複雑形状加工品の管状チューブ、管状チューブのらせん体、マイクロチューブ、また、任意形状の(例えば、球形、四角形、三角形、円柱形等)容器でも好適に用いることができる。   The shape of the above equipment is not particularly limited, and is a tubular tube of a complex shape processed product, a spiral tube of a tubular tube, a microtube, or an arbitrary shape (for example, a spherical shape, a square shape, a triangular shape, a cylindrical shape, etc. ) Containers can also be suitably used.

[直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)]
本発明において、容器または管の内壁に形成するポリマー層には、結晶性会合体形成能が高い直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)を用いることを必須とする。該ポリマー(A)としては、線状、星状、櫛状構造の単独重合体であっても、他の繰り返し単位を有する共重合体であっても良い。共重合体の場合には、該ポリマー(A)中の直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)のモル比が20%以上であることが、安定なポリマー層を形成できる点から好ましく、該直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)の繰り返し単位数が10以上である、ブロック共重合体であることがより好ましい。
[Polymer (A) having linear polyethyleneimine skeleton (a)]
In the present invention, it is essential to use a polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton (a) having a high ability to form a crystalline aggregate for a polymer layer formed on the inner wall of a container or a tube. The polymer (A) may be a homopolymer having a linear, star-like or comb-like structure, or a copolymer having other repeating units. In the case of a copolymer, the molar ratio of the linear polyethyleneimine skeleton (a) in the polymer (A) is preferably 20% or more from the viewpoint that a stable polymer layer can be formed. A block copolymer having a repeating polyethyleneimine skeleton (a) having 10 or more repeating units is more preferable.

前記直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)としては、単独重合体であっても共重合体であっても、ポリエチレンイミン骨格部分に相当する分子量が500〜1,000,000の範囲であると、安定なポリマー層を容器又は管の内壁に形成することができる点から好ましい。これら直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)は市販品または本発明者らがすでに開示した合成法(前記特許文献参照。)により得ることができる。   As the linear polyethyleneimine skeleton (a), whether it is a homopolymer or a copolymer, the molecular weight corresponding to the polyethyleneimine skeleton portion is in the range of 500 to 1,000,000. This is preferable because a stable polymer layer can be formed on the inner wall of the container or tube. The polymer (A) having the linear polyethyleneimine skeleton (a) can be obtained from a commercially available product or a synthesis method already disclosed by the present inventors (see the above-mentioned patent document).

後述するように、前記ポリマー(A)は様々な溶液に溶解して用いることができるが、この時、直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)以外に、該ポリマー(A)と相溶するその他のポリマーと混合して用いることができる。その他のポリマーとしては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)、ポリヒドロキシエチルアクリレート、ポリメチルオキサゾリン、ポリエチルオキサゾリン、ポリプロピレンイミンなどを挙げることができる。これらのその他のポリマーを用いることにより、得られる複合体からなる固体触媒層の厚み等を容易に調整することが可能となる。   As will be described later, the polymer (A) can be used by dissolving in various solutions. At this time, in addition to the polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton (a), the polymer (A) It can be used by mixing with other polymers that are compatible with. Examples of other polymers include polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, polyacrylamide, poly (N-isopropylacrylamide), polyhydroxyethyl acrylate, polymethyloxazoline, polyethyloxazoline, and polypropyleneimine. By using these other polymers, it is possible to easily adjust the thickness and the like of the solid catalyst layer made of the resulting composite.

[金属酸化物(B)]
本発明で得られるリアクターに固定されている固体触媒は、ポリマーと金属酸化物とからなる複合体であることが大きな特徴である。金属酸化物(B)を析出させるために必要なソースとしては、例えば、アルコキシシラン類、水ガラス、ヘキサフルオロシリコンアンモニウム、テトラブトキシチタン、テトライソプロポキシチタン、または水性媒体中安定なチタニウムビス(アンモニウムラクテート)ジヒドロキシド水溶液、チタニウムビス(ラクテート)の水溶液、チタニウムビス(ラクテート)のプロパノール/水混合液、チタニウム(エチルアセトアセテート)ジイソプロポオキシド、硫酸チタン、ヘキサフルオロチタンアンモニウム等を用いることができる。これらの中でも、直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)によるゾルゲル反応が速やかに進行し、ナノメートルオーダーで複合化された複合体が容易に得られること、及び工業的入手の容易性の観点から、アルコキシシラン類を用いることが好ましい。即ち、本発明のリアクターに固定される固体触媒は前述のポリマー(A)がシリカで被覆されてなる複合体であることが好ましい。
[Metal oxide (B)]
The solid catalyst fixed to the reactor obtained in the present invention is a great feature that it is a composite composed of a polymer and a metal oxide. As a source necessary for depositing the metal oxide (B), for example, alkoxysilanes, water glass, hexafluorosilicon ammonium, tetrabutoxy titanium, tetraisopropoxy titanium, or titanium bis (ammonium stable in an aqueous medium) Lactate) dihydroxide aqueous solution, titanium bis (lactate) aqueous solution, titanium bis (lactate) propanol / water mixture, titanium (ethyl acetoacetate) diisopropoxide, titanium sulfate, hexafluorotitanium ammonium, etc. . Among these, the sol-gel reaction by the polymer (A) having the linear polyethyleneimine skeleton (a) proceeds rapidly, and a composite complexed in the nanometer order can be easily obtained, and industrially available. From the viewpoint of ease, alkoxysilanes are preferably used. That is, it is preferable that the solid catalyst fixed to the reactor of the present invention is a composite formed by coating the aforementioned polymer (A) with silica.

前記アルコキシシラン類としては、テトラメトキシシラン、メトキシシラン縮合体のオリゴマー、テトラエトキシシラン、エトキシシラン縮合体のオリゴマーを好適に用いることができる。さらに、アルキル置換アルコキシシラン類の、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、n−プロピルトリエトキシシラン、iso−プロピルトリメトキシシラン、iso−プロピルトリエトキシシラン等、更に、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトトリエトキシシラン、3,3,3−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、3,3,3−トリフルオロプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリルオキシプロピルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、p−クロロメチルフェニルトリメトキシシラン、p−クロロメチルフェニルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン等を、単一で、又は混合して用いることができる。   As the alkoxysilanes, tetramethoxysilane, oligomers of methoxysilane condensates, tetraethoxysilane, oligomers of ethoxysilane condensates can be suitably used. Further, alkyl-substituted alkoxysilanes such as methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, n-propyltrimethoxysilane, n-propyltriethoxysilane, iso-propyltrimethoxysilane, iso-propyltriethoxysilane, etc., 3-chloropropyltrimethoxysilane, 3-chloropropyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycid Xylpropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-mercaptotriethoxysilane, 3,3 -Trifluoropropyltrimethoxysilane, 3,3,3-trifluoropropyltriethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, p -Chloromethylphenyltrimethoxysilane, p-chloromethylphenyltriethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, diethyldimethoxysilane, diethyldiethoxysilane and the like can be used alone or in combination.

本発明のリアクターは、容器又は管の内壁が前述の直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)と金属酸化物(B)とを有する複合体からなる固体触媒が被覆してなるものであるが、ポリエチレンイミン骨格が有する塩基性や配位力により、該複合体中には金属イオン、金属ナノ粒子、有機色素分子等を安定に取り込むことができる。金属イオンや金属ナノ粒子は、化学反応時の触媒機能を有するものもあることから、本発明のリアクターを用いて様々な化学反応を行う際、該反応制御を行なう等の目的に応じて選択して用いることが好ましい。又、有機色素分子等の発色性・蛍光性を示す化合物を併用する場合には、本発明のリアクターの寿命の判断、化学反応の進行度合いの検出等の応用に好適に用いることができる。   In the reactor of the present invention, the inner wall of a vessel or tube is coated with a solid catalyst comprising a composite having the above-mentioned polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton (a) and a metal oxide (B). However, due to the basicity and coordinating power of the polyethyleneimine skeleton, metal ions, metal nanoparticles, organic dye molecules, and the like can be stably incorporated into the complex. Since some metal ions and metal nanoparticles have a catalytic function during a chemical reaction, when performing various chemical reactions using the reactor of the present invention, the metal ions and metal nanoparticles are selected according to the purpose of controlling the reaction. Are preferably used. Further, when a compound exhibiting color developability and fluorescence such as organic dye molecules is used in combination, it can be suitably used for applications such as judgment of the lifetime of the reactor of the present invention and detection of the progress of chemical reaction.

ポリエチレンイミン骨格(a)は金属イオンに対して強い配位能力を有するため、金属イオンは該骨格中のエチレンイミン単位と配位結合して金属イオン錯体を形成する。該金属イオン錯体は金属イオンがエチレンイミン単位に配位されることにより得られるものであり、イオン結合等の過程と異なり、該金属イオンがカチオンでも、またはアニオンでも、エチレンイミン単位への配位により錯体を形成することができる。従って、金属イオンの金属種は、ポリマー(A)中のエチレンイミン単位と配位結合できるものであれば制限されず、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、半金属、ランタン系金属、ポリオキソメタレート類の金属化合物等のいずれでも良く、単独種であっても複数種が混合されていても良い。   Since the polyethyleneimine skeleton (a) has a strong coordination ability with respect to metal ions, the metal ions coordinate with the ethyleneimine units in the skeleton to form a metal ion complex. The metal ion complex is obtained by coordination of a metal ion to an ethyleneimine unit. Unlike a process such as ionic bonding, the metal ion is coordinated to an ethyleneimine unit regardless of whether the metal ion is a cation or an anion. Can form a complex. Accordingly, the metal species of the metal ion is not limited as long as it can coordinate with the ethyleneimine unit in the polymer (A), and is not limited to alkali metal, alkaline earth metal, transition metal, metalloid, lanthanum metal, poly Any of metal compounds such as oxometalates may be used, and they may be used alone or in combination.

上記アルカリ金属としては、Li,Na,K,Cs等が挙げられ、該アルカリ金属のイオンの対アニオンとしては、Cl,Br,I,NO,SO,PO,ClO,PF,BF,FCSOなどが挙げられる。 Examples of the alkali metal include Li, Na, K, Cs and the like, and examples of counter ions of the alkali metal ions include Cl, Br, I, NO 3 , SO 4 , PO 4 , ClO 4 , PF 6 , Examples thereof include BF 4 and F 3 CSO 3 .

アルカリ土類金属としては、Mg,Ba,Ca等が挙げられる。   Examples of the alkaline earth metal include Mg, Ba, and Ca.

遷移金属系の金属イオンとしては、それが遷移金属カチオン(Mn+)であっても、または遷移金属が酸素との結合からなる酸根アニオン(MO n−)、またはハロゲン類結合からなるアニオン(ML n−)であっても、好適に用いることができる。なお、本明細書において遷移金属とは、周期表第3族のSc,Y、及び、第4〜12族で第4〜6周期にある遷移金属元素を指す。 As a transition metal-based metal ion, even if it is a transition metal cation (M n + ), an acid group anion (MO x n− ) composed of a bond with oxygen, or an anion composed of a halogen bond ( ML x n− ) can also be suitably used. In the present specification, the transition metal refers to Sc, Y in Group 3 of the periodic table, and transition metal elements in Groups 4 to 12 in the 4th to 6th periods.

遷移金属カチオンとしては、各種の遷移金属のカチオン(Mn+)、例えば、Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Y,Zr,Mo,Ru,Rh,Pd,Ag,Cd,W,Os,Ir,Pt,Au,Hgの一価、二価、三価または四価のカチオンなどが挙げられる。これら金属カチオンの対アニオンは、Cl,NO,SO、またはポリオキソメタレート類アニオン、あるいはカルボン酸類の有機アニオンのいずれであってもよい。ただし、Ag,Au,Ptなど、エチレンイミン骨格により還元されやすいものは、pHを酸性条件にする等、還元反応を抑制してイオン錯体を調製することが好ましい。 Examples of transition metal cations include cations of various transition metals (M n + ), such as Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Mo, Ru, Rh, Pd, and Ag. , Cd, W, Os, Ir, Pt, Au, Hg, monovalent, divalent, trivalent or tetravalent cations. The counter anion of these metal cations may be any of Cl, NO 3 , SO 4 , polyoxometalates anions, or organic anions of carboxylic acids. However, for those that are easily reduced by the ethyleneimine skeleton, such as Ag, Au, and Pt, it is preferable to prepare an ionic complex by suppressing the reduction reaction, for example, by adjusting the pH to an acidic condition.

また遷移金属アニオンとしては、各種の遷移金属アニオン(MO n−)、例えば、M,MoO,ReO,WO,RuO,CoO,CrO,VO,NiO,UOのアニオン等が挙げられる。 As transition metal anions, various transition metal anions (MO x n− ) such as M n O 4 , MoO 4 , ReO 4 , WO 3 , RuO 4 , CoO 4 , CrO 4 , VO 3 , NiO 4 , And an anion of UO 2 .

また金属イオンとしては、前記遷移金属アニオンが、ポリマー(A)中のエチレンイミン単位に配位した金属カチオンを介して金属酸化物(B)中に固定された、ポリオキソメタレート類の金属化合物の形態であってもよい。該ポリオキソメタレート類の具体例としては、遷移金属カチオンと組み合わせられたモリブデン酸塩、タングステン酸塩、バナジン酸塩類等をあげることができる。   In addition, as the metal ion, a metal compound of polyoxometalates in which the transition metal anion is fixed in the metal oxide (B) through a metal cation coordinated to the ethyleneimine unit in the polymer (A). It may be a form. Specific examples of the polyoxometalates include molybdate, tungstate and vanadate in combination with a transition metal cation.

さらに、各種の金属が含まれたアニオン(MLxn−)、例えば、AuCl,PtCl,RhCl,ReF,NiF,CuF,RuCl,InCl等、金属がハロゲンに配位されたアニオンもイオン錯体形成に好適に用いることができる。 Further, anions (MLxn−) containing various metals, such as AuCl 4 , PtCl 6 , RhCl 4 , ReF 6 , NiF 6 , CuF 6 , RuCl 6 , In 2 Cl 6, etc., are coordinated to the halogen. The anion thus formed can also be suitably used for forming an ion complex.

また、半金属系イオンとしては、Al,Ga,In,Tl,Ge,Sn,Pb,Sb,Biのイオンが挙げられ、なかでもAl,Ga,In,Sn,Pb,Tlのイオンが好ましい。   Further, examples of the metalloid ions include ions of Al, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, Sb, and Bi. Among them, ions of Al, Ga, In, Sn, Pb, and Tl are preferable.

ランタン系金属イオンとしては、例えば、La,Eu,Gd,Yb,Euなどの3価のカチオンが挙げられる。   Examples of the lanthanum metal ions include trivalent cations such as La, Eu, Gd, Yb, and Eu.

上記した通り、本発明では金属イオンを内壁表面の固体触媒中に取り込むことができる。従って、これらの金属イオンのなかでも、還元反応により還元されやすい金属イオンは、金属ナノ粒子に変換させることで、該固体触媒中に金属ナノ粒子を含有させることができる。   As described above, in the present invention, metal ions can be taken into the solid catalyst on the inner wall surface. Therefore, among these metal ions, metal ions that are easily reduced by a reduction reaction can be converted into metal nanoparticles, whereby the metal nanoparticles can be contained in the solid catalyst.

金属ナノ粒子の金属種としては、例えば、銅、銀、金、白金、パラジウム、マンガン、ニッケル、ロジウム、コバルト、ルテニウム、レニウム、モリブデン、鉄等が挙げられ、複合体からなる固体触媒中の金属ナノ粒子は一種であっても、二種以上であってもよい。これら金属種の中でも、特に、銀、金、白金、パラジウムは、その金属イオンがエチレンイミン単位に配位された後、室温または加熱状態で自発的に還元されるため特に好ましい。   Examples of the metal species of the metal nanoparticles include copper, silver, gold, platinum, palladium, manganese, nickel, rhodium, cobalt, ruthenium, rhenium, molybdenum, iron, and the like. One kind or two or more kinds of nanoparticles may be used. Among these metal species, silver, gold, platinum, and palladium are particularly preferable because the metal ions are spontaneously reduced at room temperature or in a heated state after being coordinated to the ethyleneimine unit.

複合体からなる固体触媒中の金属ナノ粒子の大きさは、1〜20nmの範囲に制御できる。また、金属ナノ粒子は、ポリマー(A)と金属酸化物(B)とのナノ構造複合体の内部、または外表面に固定することができる。   The size of the metal nanoparticles in the solid catalyst composed of the composite can be controlled in the range of 1 to 20 nm. The metal nanoparticles can be fixed to the inside or the outer surface of the nanostructure composite of the polymer (A) and the metal oxide (B).

本発明において、容器または管内壁表面を被覆する複合体からなる固体触媒中のポリエチレンイミン骨格(a)はアミノ基、ヒドロキシ基、カルボン酸基、スルホン酸基、リン酸基を有する化合物と、水素結合及び/又は静電気引力により、物理的な結合構造を構成することができる。従って、これらの官能基を有する有機色素分子を該複合体からなる固体触媒中に含有させることが可能である。   In the present invention, the polyethyleneimine skeleton (a) in the solid catalyst comprising a composite covering the surface of the inner wall of the container or tube is composed of a compound having an amino group, a hydroxy group, a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, hydrogen A physical coupling structure can be constructed by coupling and / or electrostatic attraction. Therefore, organic dye molecules having these functional groups can be contained in the solid catalyst composed of the complex.

前記有機色素分子としては、単官能酸性化合物、または二官能以上の多官能酸性化合物を好適に用いることができる。   As the organic dye molecule, a monofunctional acidic compound or a bifunctional or higher polyfunctional acidic compound can be suitably used.

具体的には、例えば、テトラフェニルポルフィリンテトラカルボン酸、ピレンジカルボン酸などの芳香族酸類、ナフタレンジスルホン酸、ピレンジスルホン酸、ピレンテトラスルホン酸、アンスラキノンジスルホン酸、テトラフェニルポルフィリンテトラスルホン酸、フタロシアニンテトラスルホン酸、ピペス(PIPES)などの芳香族または脂肪族のスルホン酸類、acid yellow,acid blue,acid red,direct blue,direct yellow,direct red系列のアゾ系染料等を挙げることができる。また、キサンテン骨格を有する色素、例えば、ローダミン、エリスロシン、エオシン系列の色素を用いることができる。   Specifically, for example, aromatic acids such as tetraphenylporphyrin tetracarboxylic acid and pyrene dicarboxylic acid, naphthalene disulfonic acid, pyrene disulfonic acid, pyrene tetrasulfonic acid, anthraquinone disulfonic acid, tetraphenyl porphyrin tetrasulfonic acid, phthalocyanine tetra Aromatic or aliphatic sulfonic acids such as sulfonic acid and pipes (PIPES), acid yellow, acid blue, acid red, direct blue, direct yellow, direct red series azo dyes and the like can be mentioned. In addition, a dye having a xanthene skeleton, for example, rhodamine, erythrosine, and eosin dyes can be used.

[ポリマー(A)と金属酸化物(B)とを含有する複合体]
ポリマー(A)と金属酸化物(B)とを含有する複合体は、基本的にはポリマー(A)と金属酸化物(B)との複合ナノファイバーまたは複合ナノ粒子の集合体であり、その集合体が固体容器または管の内壁表面全体を覆った状態を構成しながら、様々なパターンまたはモルフォロジーを形成する。例えば、複合ナノファバーが固体容器または管の内壁上の全面に該ファイバーの長軸が約垂直方向を向いて生えているような芝状(ナノ芝)またはファイバーの長軸が比較的長く、そのため若干垂直方向よりも倒れる傾向を有する田んぼ状(ナノ田んぼ)、複合ナノファイバーが基材上全面で横倒れているような畳状(ナノ畳)、複合ナノファイバー又は複合ナノ粒子が基材上の全面でネットワークを形成しているスポンジ状(ナノスポンジ)など、多様多種の階層構造を構成することができる。
[Composite containing polymer (A) and metal oxide (B)]
The composite containing the polymer (A) and the metal oxide (B) is basically a composite nanofiber or composite nanoparticle assembly of the polymer (A) and the metal oxide (B). Various patterns or morphologies are formed while forming a state in which the aggregate covers the entire inner wall surface of the solid container or tube. For example, the composite nanofabric has a relatively long turf-like (nano turf) or fiber long axis where the long axis of the fiber grows in the vertical direction on the entire surface of the inner wall of the solid container or tube. Rice field (nano rice field), which has a tendency to fall more than the vertical direction, tatami shape (nano tatami mat) in which composite nanofibers lie down on the entire surface of the substrate, composite nanofibers or composite nanoparticles on the entire surface of the substrate A wide variety of hierarchical structures such as a sponge (nano sponge) forming a network can be formed.

上記ナノ芝状またはナノ田んぼ状、ナノ畳状、ナノスポンジ状等の高次構造における、基本ユニットの複合ナノファイバーの太さは10〜100nmの範囲である。ナノ芝状、ナノ田んぼ状における複合ナノファイバーの長さ(長軸方向)は50nm〜10μm範囲に制御することができる。   The thickness of the composite nanofiber of the basic unit in the higher-order structure such as the nano turf shape, the nano rice field shape, the nano tatami shape, or the nano sponge shape is in the range of 10 to 100 nm. The length (major axis direction) of the composite nanofiber in the nano turf shape or the nano rice field shape can be controlled in the range of 50 nm to 10 μm.

また、固体容器または管の内壁上でネットワークを形成する場合、即ち、被覆層全体にわたって三次元の網目構造を構築している場合には、基本構造が前記複合ナノファイバーのみからなるものであっても、複合ナノ粒子のみからなるものであっても、あるいは両者が組み合わさって形成されていても良い。この時、複合ナノ粒子の平均粒子径としては20nm以下に制御することが好ましい。   When a network is formed on the inner wall of a solid container or tube, that is, when a three-dimensional network structure is constructed over the entire coating layer, the basic structure is composed only of the composite nanofiber. Alternatively, it may be composed only of composite nanoparticles, or may be formed by combining both. At this time, the average particle size of the composite nanoparticles is preferably controlled to 20 nm or less.

固体容器または管の内壁上を被覆する際の固体表面からの厚みは、複合ナノファイバー及び/又は複合ナノ粒子の集合体構造とも関連するが、概ね50nm〜20μm範囲で変化させることができる。ナノ芝状では、複合ナノファイバーが真っすぐ立ち伸びる傾向が強く、ファイバーの長さが基本的に厚みを構成し、一本一本のファイバーの長さはかなり揃った状態であることが特徴である。ナノ田んぼ状では、複合ナノファイバーが斜めに伸びる傾向が強く、被覆層の厚みはファイバーの長さよりは小さい。また、ナノ田んぼ状の層の厚さは、複合ナノファイバーの横倒れの重なり状態で決定されることが特徴である。ナノスポンジ状の層の厚さは複合ナノファイバーが規則性を有する複雑な絡みで盛り上がる度合いにより決まることが特徴である。ネットワークを形成している場合には、その重なり状態、複合ナノファイバーと複合ナノ粒子との存在割合等によって厚みが決定される。   The thickness from the solid surface when coating on the inner wall of the solid container or tube is related to the aggregate structure of the composite nanofiber and / or composite nanoparticle, but can be varied in the range of about 50 nm to 20 μm. In the nano-turf shape, the composite nanofibers tend to stand upright, the length of the fibers basically constitutes the thickness, and the lengths of the individual fibers are fairly uniform. . In the nano rice field, the composite nanofibers tend to extend obliquely, and the thickness of the coating layer is smaller than the length of the fibers. In addition, the thickness of the nano rice field-like layer is characterized in that it is determined by the overlaid state of the composite nanofibers. The thickness of the nanosponge-like layer is characterized in that it is determined by the degree to which the composite nanofiber swells with a complex entanglement having regularity. When a network is formed, the thickness is determined by the overlapping state, the existence ratio of the composite nanofiber and the composite nanoparticle, and the like.

複合体中、ポリマー(A)の成分は5〜30質量%で調整可能である。ポリマー(A)成分の含有量を変えることで、集合体構造(高次構造)を変えることもできる。   In the composite, the component of the polymer (A) can be adjusted at 5 to 30% by mass. By changing the content of the polymer (A) component, the aggregate structure (higher order structure) can be changed.

また、該複合体中に金属イオン、金属ナノ粒子又は有機色素分子を含有させる場合には、その種類によって高次構造を制御することも可能である。この場合においても、基本ユニットは前記したような複合ナノファイバー及び/複合ナノ粒子であり、これらが、組み合わさって複雑形状を形成する。   In addition, when a metal ion, a metal nanoparticle, or an organic dye molecule is contained in the complex, it is possible to control the higher order structure depending on the type. Even in this case, the basic unit is a composite nanofiber and / or composite nanoparticle as described above, which are combined to form a complex shape.

金属イオンを取り込む際の該金属イオン取り込み量としては、ポリマー(A)中のエチレンイミン単位1当量に対し、1/4〜1/200当量の範囲で調製することが好ましく、この比率を変えることによって、被覆層の厚みを変化させることができる。また、この時の被覆層は金属種に応じた発色をすることもある。   The amount of metal ions taken up when taking in metal ions is preferably adjusted in the range of 1/4 to 1/200 equivalent to 1 equivalent of ethyleneimine unit in polymer (A), and this ratio is changed. Can change the thickness of the coating layer. In addition, the coating layer at this time may develop color depending on the metal species.

金属ナノ粒子を取り込む際の該金属ナノ粒子取り込み量としては、ポリマー(A)中のエチレンイミン単位1当量に対し、1/4〜1/200当量の範囲で調製することが好ましく、この比率を変えることによって、被覆層の厚みを変化させることができる。また、この時の被覆層は金属種に応じた発色をすることもある。   The amount of metal nanoparticles incorporated when incorporating metal nanoparticles is preferably prepared in the range of 1/4 to 1/200 equivalent per 1 equivalent of ethyleneimine unit in the polymer (A). By changing the thickness, the thickness of the coating layer can be changed. In addition, the coating layer at this time may develop color depending on the metal species.

有機色素分子を取り込む際の該有機色素分子取り込み量としては、ポリマー(A)中のエチレンイミン単位1当量に対し、1/2〜1/1200当量の範囲で調製することが好ましく、この比率を変化させることにより、被覆層の厚みや形状パターンを変えることもできる。   The organic dye molecule incorporation amount when incorporating the organic dye molecule is preferably prepared in the range of 1/2 to 1/1200 equivalent to 1 equivalent of the ethyleneimine unit in the polymer (A). By changing the thickness, the thickness and shape pattern of the coating layer can be changed.

また、複合体には、金属イオン、金属ナノ粒子及び有機色素分子の2種以上を同時に取り込ませることもできる。   In addition, two or more kinds of metal ions, metal nanoparticles, and organic dye molecules can be simultaneously incorporated into the composite.

[固体容器または管状内壁表面に触媒を固定したリアクターの製造方法]
本発明のリアクターの製造方法は、直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)の溶液、直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)と金属イオンとの混合溶液、直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)と有機色素分子との混合溶液、または直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)と金属イオンと有機色素分子との混合溶液を固体容器または管の内壁表面に接触させた後、これらの内壁に直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)と、併用された金属イオン及び/又は有機色素分子とからなるポリマー層が吸着した基材を得る工程(1)と、前記ポリマー層が吸着した基材と金属酸化物のソース液(B’)とを接触させて、基材表面に吸着したポリマー層中の直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)が有する触媒機能により、金属酸化物(B)がその上に析出して、複合体を形成すると共に基材を被覆する工程(2)、とを有する製造方法である。この手法により容器又は管の内壁表面にポリマー(A)と金属酸化物(B)とからなるナノ界面、ポリマー(A)/金属イオン/金属酸化物(B)からなるナノ界面、ポリマー(A)/有機色素分子/金属酸化物(B)からなるナノ界面の触媒層を容易に形成することができる。
[Production method of reactor with catalyst fixed on the surface of a solid container or tubular inner wall]
The method for producing a reactor of the present invention comprises a solution of a polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton (a), a mixed solution of a polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton (a) and a metal ion, Mixed solution of polymer (A) having linear polyethyleneimine skeleton (a) and organic dye molecule, or mixing of polymer (A) having linear polyethyleneimine skeleton (a), metal ion and organic dye molecule After the solution is brought into contact with the inner wall surface of the solid container or tube, the polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton (a) on these inner walls and the combined metal ions and / or organic dye molecules are used. The step (1) of obtaining a substrate on which the polymer layer is adsorbed, and the substrate adsorbed on the polymer layer and the metal oxide source liquid (B ′) are brought into contact with each other and adsorbed on the substrate surface. A step (2) of coating the substrate while forming a composite by depositing the metal oxide (B) by the catalytic function of the linear polyethyleneimine skeleton (a) in the polymer layer; and It is a manufacturing method which has this. By this method, the nano-interface consisting of polymer (A) and metal oxide (B), the nano-interface consisting of polymer (A) / metal ion / metal oxide (B), polymer (A) on the inner wall surface of the container or tube It is possible to easily form a nano-interface catalyst layer comprising / organic dye molecule / metal oxide (B).

工程(1)において使用する直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)は前述のポリマーを使用できる。また、該ポリマー(A)の溶液を得る際に使用可能な溶媒としては、該ポリマー(A)が溶解するものであれば特に制限されず、例えば、水、メタノールやエタノールなどの有機溶剤、あるいはこれらの混合溶媒などを適宜使用できる。   As the polymer (A) having the linear polyethyleneimine skeleton (a) used in the step (1), the aforementioned polymer can be used. In addition, the solvent that can be used for obtaining the solution of the polymer (A) is not particularly limited as long as the polymer (A) can be dissolved, and examples thereof include water, organic solvents such as methanol and ethanol, These mixed solvents can be used as appropriate.

溶液中における該ポリマー(A)の濃度としては、容器または管の内壁表面にポリマー層を形成できる濃度であれば良いが、所望のパターン形成や、基材表面へ吸着するポリマー密度を高くする場合には、0.5質量%〜50質量%の範囲であることが好ましく、5質量%〜50質量%の範囲であるとより好ましい。   The concentration of the polymer (A) in the solution is not particularly limited as long as the polymer layer can be formed on the inner wall surface of the container or the tube. Is preferably in the range of 0.5% by mass to 50% by mass, and more preferably in the range of 5% by mass to 50% by mass.

直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)の溶液中には、該溶剤に可溶でポリマー(A)と相溶可能な前述のその他のポリマーを混合することもできる。その他のポリマーの混合量としては、直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)の濃度より高くても低くても良い。   In the solution of the polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton (a), the above-mentioned other polymers that are soluble in the solvent and compatible with the polymer (A) can be mixed. The mixing amount of the other polymer may be higher or lower than the concentration of the polymer (A) having the linear polyethyleneimine skeleton (a).

金属イオンを含有する複合体からなる固体触媒を形成させる場合には、直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)の溶液中に、当該金属イオンを混合する。該金属イオンの濃度は直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)中のエチレンイミン単位の1/4当量以下で調整することが好ましい。   When forming the solid catalyst which consists of a composite_body | complex containing a metal ion, the said metal ion is mixed in the solution of the polymer (A) which has a linear polyethyleneimine frame | skeleton (a). The concentration of the metal ion is preferably adjusted to ¼ equivalent or less of the ethyleneimine unit in the linear polyethyleneimine skeleton (a).

また、有機色素分子を含有する複合体からなる固体触媒を形成させる場合には、直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)の溶液中に当該有機色素分子を混合する。該有機色素分子の濃度は直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)中のエチレンイミン単位の1/2当量以下で調整することが好ましい。   Moreover, when forming the solid catalyst which consists of a composite_body | complex containing an organic pigment | dye molecule | numerator, the said organic pigment | dye molecule | numerator is mixed in the solution of the polymer (A) which has a linear polyethyleneimine frame | skeleton (a). The concentration of the organic dye molecule is preferably adjusted to ½ equivalent or less of the ethyleneimine unit in the linear polyethyleneimine skeleton (a).

また、工程(1)においてポリマー層を作製するには、容器又は管の内壁をポリマー(A)の溶液と接触させる。接触法としては、所望の容器又は管の内壁をポリマー(A)の溶液に浸漬することが好適である。   Moreover, in order to produce a polymer layer in a process (1), the inner wall of a container or a pipe | tube is made to contact with the solution of a polymer (A). As the contact method, it is preferable to immerse the inner wall of a desired container or tube in the polymer (A) solution.

浸漬法では、ポリマー溶液を容器または管状中に入れる方式で、基材と溶液を接触させることができる。浸漬の際、ポリマー(A)の溶液の温度は加熱状態であることが好ましく、概ね50〜90℃の温度であれば好適である。容器または管をポリマー(A)の溶液と接触させる時間は特に制限されず、これらの材質に合わせて、数秒から1時間で選択することが好ましい。容器又は管の材質がポリエチレンイミンと強い結合能力を有する場合、例えば、ガラス、金属などでは数秒〜数分でよく、基材の材質がポリエチレンイミンと結合能力が弱い場合は数十分から1時間でも良い。   In the dipping method, the base material and the solution can be brought into contact with each other by placing the polymer solution in a container or a tube. During the immersion, the temperature of the polymer (A) solution is preferably in a heated state, and a temperature of about 50 to 90 ° C. is suitable. The time for bringing the container or the tube into contact with the solution of the polymer (A) is not particularly limited, and it is preferable to select from several seconds to 1 hour according to these materials. If the material of the container or tube has a strong binding ability with polyethyleneimine, for example, it may be several seconds to several minutes for glass, metal, etc. If the material of the base material is weakly binding ability with polyethyleneimine, it will be tens of minutes to 1 hour But it ’s okay.

容器または管とポリマー(A)の溶液を接触した後、これらをポリマー(A)の溶液から取り出し、室温(25℃前後)に放置すると、自発的にポリマー(A)の集合体層が内壁表面に形成される。あるいは、ポリマー(A)の溶液と分離してから、ただちに4〜30℃の蒸留水中、または室温〜氷点下温度のアンモニア水溶液中に入れることにより、自発的なポリマー(A)の集合体層を形成させても良い。   After contacting the container or tube with the polymer (A) solution and then removing them from the polymer (A) solution and leaving them at room temperature (around 25 ° C.), the polymer (A) aggregate layer spontaneously forms the inner wall surface. Formed. Alternatively, after separating from the polymer (A) solution, the polymer (A) aggregate layer is spontaneously formed by placing it in distilled water at 4 to 30 ° C. or in an aqueous ammonia solution at room temperature to below freezing temperature. You may let them.

工程(2)においては、工程(1)において形成したポリマー層と金属酸化物のソース液(B’)とを接触させ、ポリマー層表面に金属酸化物(B)を析出し、ポリマー(A)と金属酸化物(B)とを含有する複合体からなる固体触媒層を形成させる。ポリマー層に金属イオン及び/又は有機色素分子が含まれる場合でも、同様な方法で金属酸化物(B)を析出させ、目的の複合体からなる固体触媒層を形成させることができる。   In the step (2), the polymer layer formed in the step (1) is brought into contact with the source liquid (B ′) of the metal oxide to deposit the metal oxide (B) on the surface of the polymer layer. And a solid catalyst layer made of a composite containing metal oxide (B). Even when a metal ion and / or an organic dye molecule is contained in the polymer layer, the metal oxide (B) can be deposited by the same method to form a solid catalyst layer made of the target composite.

この時用いる、ソース液(B’)としては、前述した各種の金属酸化物ソースの水溶液や、アルコール類溶剤、例えば、メタノール、エタノール、プロパノールなどの水性有機溶剤溶液、またはこれらと水との混合溶剤溶液を用いることができる。また、pH値が9〜11の範囲に調整した水ガラス水溶液も用いることができる。   As the source liquid (B ′) used at this time, the above-mentioned various metal oxide source aqueous solutions, alcohol solvents, for example, aqueous organic solvent solutions such as methanol, ethanol and propanol, or a mixture of these with water A solvent solution can be used. Moreover, the water glass aqueous solution which adjusted pH value to the range of 9-11 can also be used.

また、シリカソースとしてのアルコキシシラン類化合物は、無溶剤のバルク液のままでも使用可能である。   Moreover, the alkoxysilane compound as a silica source can be used even in a solvent-free bulk liquid.

ポリマー層が吸着した容器または管をソース液(B’)と接触させる方法としては、浸漬法を好ましく用いることができる。浸漬する時間は5〜60分であれば十分であるが、必要に応じ時間を更に長くすることもできる。ソース液(B’)の温度は室温でもよく、加熱状態でも良い。加熱の場合、金属酸化物(B)を容器又は管の内壁表面にて規則的に析出させるため、温度を70℃以下に設定することが望ましい。   As a method for bringing the container or tube on which the polymer layer is adsorbed into contact with the source liquid (B ′), an immersion method can be preferably used. It is sufficient that the immersion time is 5 to 60 minutes, but the time can be further increased as necessary. The temperature of the source liquid (B ′) may be room temperature or a heated state. In the case of heating, in order to regularly deposit the metal oxide (B) on the inner wall surface of the container or tube, it is desirable to set the temperature to 70 ° C. or lower.

金属酸化物のソースの種類、濃度などの選定により、析出される金属酸化物(B)とポリマー(A)との複合体からなる固体触媒層の構造を調整することができ、目的に応じて、ソースの種類や濃度を適宜に選定することが好ましい。   By selecting the type and concentration of the source of the metal oxide, the structure of the solid catalyst layer composed of the composite of the deposited metal oxide (B) and the polymer (A) can be adjusted. It is preferable to select an appropriate source type and concentration.

ポリエチレンイミンは貴金属イオン、例えば、金、白金、銀、パラジウムなどを金属ナノ粒子に還元することができる。従って、上記工程で得られた、複合体によって被覆された内壁を、当該貴金属イオンの水溶液と接触させる工程(3)を経ることにより、該貴金属イオンを複合体中で金属ナノ粒子に変換させることができ、金属ナノ粒子を有する複合体からなる固体触媒層を形成させることができる。   Polyethyleneimine can reduce noble metal ions such as gold, platinum, silver, palladium, etc. to metal nanoparticles. Therefore, the precious metal ions are converted into metal nanoparticles in the composite through the step (3) of contacting the inner wall covered with the composite obtained in the above step with the aqueous solution of the precious metal ions. And a solid catalyst layer made of a composite having metal nanoparticles can be formed.

前記工程(3)において貴金属イオンの水溶液と接触させる方法は浸漬法を好ましく用いることができる。貴金属イオンの水溶液としては、塩化金酸、塩化金酸ナトリウム、塩化白金酸、塩化白金酸ナトリウム、硝酸銀等の水溶液を好適に用いることができ、貴金属イオンの水溶液濃度としては0.1〜5モル%であることが好ましい。   In the step (3), a dipping method can be preferably used as the method of contacting with an aqueous solution of noble metal ions. As the aqueous solution of noble metal ions, aqueous solutions of chloroauric acid, sodium chloroaurate, chloroplatinic acid, sodium chloroplatinate, silver nitrate and the like can be suitably used, and the aqueous solution concentration of noble metal ions is 0.1 to 5 mol. % Is preferred.

貴金属イオンの水溶液の温度は特に限定されず、室温〜90℃の範囲であれば良いが、還元反応を促進するためであれば、50〜90℃の加熱された水溶液を用いることが好ましい。また、構造物を金属イオンの水溶液中に浸漬する時間は0.5〜3時間であればよく、加熱された水溶液に浸漬する場合は30分程度で十分である。   The temperature of the aqueous solution of noble metal ions is not particularly limited, and may be in the range of room temperature to 90 ° C. However, in order to promote the reduction reaction, it is preferable to use a heated aqueous solution of 50 to 90 ° C. Moreover, the time for immersing the structure in the aqueous solution of metal ions may be 0.5 to 3 hours, and about 30 minutes is sufficient when immersed in the heated aqueous solution.

ポリエチレンイミン単独では還元されにくい金属イオンの場合には、前記で得られた金属イオンを有する複合体からなる固体触媒層中の当該金属イオンを、還元剤、特に低分子量の還元剤溶液または水素ガスと接触させる工程(4)を併用して、該金属イオンを還元することにより、当該金属ナノ粒子を含有する複合体からなる固体触媒層を形成させることができる。   In the case of a metal ion that is difficult to reduce with polyethyleneimine alone, the metal ion in the solid catalyst layer made of the composite having the metal ion obtained above is used as a reducing agent, particularly a low molecular weight reducing agent solution or hydrogen gas. The solid catalyst layer made of the composite containing the metal nanoparticles can be formed by reducing the metal ions in combination with the step (4) of contacting with the catalyst.

この時使用できる還元剤としては、例えば、アスコルビン酸、アルデヒド、ヒドラジン、水素化硼素ナトリウム、水素化硼素アンモニウム、水素などが例として挙げられる。還元剤を用いて金属イオンを還元する際には、その反応は水性媒体中で行うことができ、金属イオンが含まれた複合体を還元剤溶液中に浸漬する方法、または水素ガス雰囲気中放置させる方法を用いることができる。この時、還元剤水溶液の温度は室温〜90℃以下の範囲であればよく、また還元剤の濃度としては1〜5モル%であることが好ましい。   Examples of the reducing agent that can be used at this time include ascorbic acid, aldehyde, hydrazine, sodium borohydride, ammonium borohydride, hydrogen, and the like. When reducing metal ions using a reducing agent, the reaction can be carried out in an aqueous medium, and a method of immersing a complex containing metal ions in a reducing agent solution or leaving it in a hydrogen gas atmosphere. Can be used. At this time, the temperature of the reducing agent aqueous solution may be in the range of room temperature to 90 ° C., and the concentration of the reducing agent is preferably 1 to 5 mol%.

工程(4)に適応できる金属イオンの金属種としては、特に限定されないが、還元反応が速やかに進行する点から、銅、マンガン、クロム、ニッケル、錫、バナジウム、パラジウムであることが好ましい。   Although it does not specifically limit as a metal seed | species of the metal ion which can be adapted to a process (4), From the point that a reductive reaction advances rapidly, it is preferable that they are copper, manganese, chromium, nickel, tin, vanadium, and palladium.

複合体を還元剤水溶液に浸漬する際、還元剤水溶液温度は室温または90℃以下の加熱状態でも好適であり、還元剤の濃度は1〜5%程度で十分である。   When the composite is immersed in the reducing agent aqueous solution, the temperature of the reducing agent aqueous solution is suitable even at room temperature or in a heated state of 90 ° C. or less, and a concentration of the reducing agent of about 1 to 5% is sufficient.

前述の方法で得られた様々な固体触媒層は、室温(25℃)〜60℃程度に放置することにより、溶剤や水を除去して、本発明のリアクターとすることができる。   The various solid catalyst layers obtained by the above-described method can be left at room temperature (25 ° C.) to about 60 ° C. to remove the solvent and water, thereby forming the reactor of the present invention.

〔ガラス容器または管を触媒型リアクターとする炭素−炭素結合形成反応〕
本発明でいう炭素−炭素結合形成反応とは、不飽和結合を有する化合物(x1)と活性メチレン又は活性メチンを有する化合物(x2)とが関わる反応を言う。例えば、アルデヒド、ケトン等の不飽和の炭素原子を含む化合物、またはアルデヒド、ケトン、エステル、アミド基にC=C結合が共役された構造を含む化合物へ、強い電子吸引基にメチレンまたはメチンが結合している活性メチレン又は活性メチンを有する化合物が反応することで炭素−炭素結合が形成される反応であり、クネーフェナーゲル(Knoevenagel)反応やマイケル(Michael)反応として知られている。
[Carbon-carbon bond-forming reaction using a glass container or tube as a catalytic reactor]
The carbon-carbon bond forming reaction referred to in the present invention refers to a reaction involving a compound (x1) having an unsaturated bond and a compound (x2) having active methylene or active methine. For example, methylene or methine binds to a strong electron-withdrawing group to a compound containing an unsaturated carbon atom such as aldehyde or ketone, or a compound containing a structure in which a C═C bond is conjugated to an aldehyde, ketone, ester or amide group. It is a reaction in which a carbon-carbon bond is formed by the reaction of a compound having active methylene or active methine, which is known as a Knoevenagel reaction or a Michael reaction.

前記アルデヒド類としては、脂肪族、芳香族に限らず、化合物中にアルデヒド基が含まれていれば用いることができる。前記ケトン類としても、脂肪族、芳香族に限らず、化合物中にケトン基が含まれていれば用いることができる。   The aldehydes are not limited to aliphatic and aromatic, and can be used if the compound contains an aldehyde group. The ketones are not limited to aliphatic and aromatic, and can be used as long as the compound contains a ketone group.

活性メチレン又は活性メチンを有する化合物(x2)としては、そのメチレン又はメチンに強い電子吸引基が結合されることが要求されるが、例えば、−CN,−NO,−COOH,−CO(O)CH,−CO(O)C,−C(O)NH,−C(O)NHCH,−C(O)N(CH、−S(O)OPh等の官能基が単独または二つが組み合わせられてメチレン炭素に結合された化合物であると好ましく用いることができる。 The compound (x2) having active methylene or active methine is required to have a strong electron-withdrawing group bonded to the methylene or methine. For example, —CN, —NO 2 , —COOH, —CO (O ) CH 3, -CO (O) C 2 H 5, -C (O) NH 2, -C (O) NHCH 3, -C (O) N (CH 3) 2, -S (O 2) OPh like It can be preferably used if it is a compound in which the functional groups are singly or in combination of two and bonded to methylene carbon.

以下、上記アルデヒド類、ケトン類化合物等の不飽和結合を有する化合物(x1)を電子のアクセプターとして定義し、一方、活性メチレン又は活性メチンを有する化合物(x2)を電子のドナーとして定義する。   Hereinafter, the compound (x1) having an unsaturated bond such as the aldehydes and ketones is defined as an electron acceptor, while the compound (x2) having active methylene or active methine is defined as an electron donor.

アクセプターとしての化合物は、例えば、アルデヒドまたはケトンに、置換または未置換の脂肪族、環状脂肪族、ヘテロ脂肪族、ヘトロ環状脂肪族、芳香族、ヘテロ芳香族基が結合されたものである。詳しくは、脂肪族基としては、例えば、メチル、エチル、i−プロピル、n−プロピル、n−ブチル、i−ブチル、t−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル等のアルキル基を挙げることができる。また、プロペニル、イソプロペニル、イソブテニル、2−ブテニル、3−ブテニル、n−2−ペンテニル、n−2−オクテニル等のアルケニル基であっても良い。置換基を有する脂肪族基としては、例えば、ヒドロキシメチル、ヒドロキシエチル、1−ヒドロキシ−n−プロピル、1−ヒドロキシ−i−プロピル、1−ヒドロキシ−n−プロピル、1−ヒドロキシ−n−ブチル、1−ヒドロキシ−i−ブチル、2−ヒドロキシ−n−ブチル等の各種異性体のヒドロキシアルキル基を挙げることができる。更に、置換された脂肪族基として、ハロゲン基を有する脂肪族基、例えば、フッ化メチル、2−フッ化エチル、クロロメチル、2−フルオロエチル、2−クロロエチル、ジフルオロメチル、トリフルオロメチル、ジクロロメチル、トリクロロメチル、2,2,2−トリクロロエチル、及びクロロ、フルオロ、ブロモに置換されたi−プロピル、n−プロピル、n−ブチル、i−ブチル、t−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル等のアルキル基を挙げることができる。環状の脂肪族基としては、例えば、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル等を挙げることができる。ヘテロ脂肪族基としては、脂肪族基に一つまたは一個以上のヘテロ原子、例えば、O,S,N,Pなどが含まれたものを挙げることができる。ヘテロシクロ脂肪族基としては、ヘテロ環状基に炭素原子数が4または5であり、その環状構造に一つまたは二つのヘテロ原子、例えば、O,S,Nなどが含まれた、例えば、オキシラン、アジリン、1,2−オキサチオラン、ピラゾリン、ピロリドン、ピパリジン、モルフォリン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロチオフェン等を挙げることができる。   The compound as the acceptor is, for example, one in which a substituted or unsubstituted aliphatic, cycloaliphatic, heteroaliphatic, heterocycloaliphatic, aromatic, or heteroaromatic group is bonded to an aldehyde or a ketone. Specifically, examples of the aliphatic group include alkyl groups such as methyl, ethyl, i-propyl, n-propyl, n-butyl, i-butyl, t-butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, and decyl. Can be mentioned. Further, it may be an alkenyl group such as propenyl, isopropenyl, isobutenyl, 2-butenyl, 3-butenyl, n-2-pentenyl, n-2-octenyl and the like. Examples of the aliphatic group having a substituent include hydroxymethyl, hydroxyethyl, 1-hydroxy-n-propyl, 1-hydroxy-i-propyl, 1-hydroxy-n-propyl, 1-hydroxy-n-butyl, Examples thereof include hydroxyalkyl groups of various isomers such as 1-hydroxy-i-butyl and 2-hydroxy-n-butyl. Furthermore, as a substituted aliphatic group, an aliphatic group having a halogen group, for example, methyl fluoride, 2-ethyl fluoride, chloromethyl, 2-fluoroethyl, 2-chloroethyl, difluoromethyl, trifluoromethyl, dichloro Methyl, trichloromethyl, 2,2,2-trichloroethyl, and i-propyl, n-propyl, n-butyl, i-butyl, t-butyl, pentyl, hexyl, heptyl, substituted with chloro, fluoro, bromo, An alkyl group such as octyl, nonyl, decyl and the like can be mentioned. Examples of the cyclic aliphatic group include cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl, cyclooctyl and the like. Heteroaliphatic groups include those where the aliphatic group contains one or more heteroatoms, such as O, S, N, P, and the like. As the heterocycloaliphatic group, the heterocyclic group has 4 or 5 carbon atoms, and the cyclic structure includes one or two heteroatoms such as O, S, N, for example, oxirane, Examples include azirine, 1,2-oxathiolane, pyrazoline, pyrrolidone, piperidine, morpholine, tetrahydrofuran, and tetrahydrothiophene.

芳香族基の場合、炭素原子が6ないし10である、例えば、フェニル、ペンタリン、インデン、ナフタレン、アンスラセンなどを挙げることができる。ヘテロ芳香族の場合は、炭素原子が4または5であり、その環状構造に、O,S,N等のヘテロ原子の一つが含まれた、例えば、ピロール、フラン、チオフェン、オキサゾール、チアゾール、ピリジン、ピラジン、インドール、プリン、キノリン等を挙げることができる。   In the case of an aromatic group, there can be mentioned, for example, phenyl, pentaline, indene, naphthalene, anthracene, etc. having 6 to 10 carbon atoms. In the case of heteroaromatic, the carbon atom is 4 or 5, and the cyclic structure includes one of heteroatoms such as O, S, and N, for example, pyrrole, furan, thiophene, oxazole, thiazole, pyridine , Pyrazine, indole, purine, quinoline and the like.

また、ドナーとしての化合物としては、下記構造式(1)、
YCHY (1)
〔式中、Yは、CN,COOR,COOH,NO,CONH,CONHR,COR,又は−SOR(但し、RはC〜C12のアルキル基、フェニル基、またはナフチル基である。)〕
下記構造式(2)、
XCHY (2)
〔式中、Yは前記と同様であり、XはC〜Cのアルキル基、または置換基を有していても良いフェニル基、ナフチル基であり、前記置換基は、Cl,Br,F,OH,CN,COOR’,COOH,CONH,NO,OCH,OC,SOR’,POR’(R’はC〜Cのアルキル基)である。〕
下記構造式(3)、
YCHZY (3)
〔式中、Yは前記と同様であり、ZはC〜Cのアルキル基、フェニル、又はナフチル基である。〕
又は、下記構造式(4)
XCHZY
〔式中、X、Y、Zは前記と同様である。〕
で表される化合物を挙げることができる。
Moreover, as a compound as a donor, following Structural formula (1),
YCH 2 Y (1)
[Wherein Y is CN, COOR, COOH, NO 2 , CONH 2 , CONHR, COR, or —SO 2 R (where R is a C 1 to C 12 alkyl group, phenyl group, or naphthyl group) .)]
The following structural formula (2),
XCH 2 Y (2)
[Wherein, Y is as defined above, X is a C 1 to C 6 alkyl group, or a phenyl group or naphthyl group which may have a substituent, and the substituent includes Cl, Br, F, OH, CN, COOR ′, COOH, CONH 2 , NO 2 , OCH 3 , OC 2 H 5 , SO 2 R ′, PO 3 R ′ (R ′ is a C 1 -C 6 alkyl group). ]
The following structural formula (3),
YCHZY (3)
Wherein, Y is as defined above, Z is alkyl, phenyl, or naphthyl group of C 1 -C 6. ]
Or the following structural formula (4)
XCHZY
[Wherein, X, Y and Z are as defined above. ]
The compound represented by these can be mentioned.

これらのアクセプターとドナーとの反応は、本発明での複合体を触媒とする反応であるが、その際、反応温度、反応溶剤、触媒使用量などが反応効率に影響を与える。   The reaction between the acceptor and the donor is a reaction using the complex in the present invention as a catalyst. At this time, the reaction temperature, the reaction solvent, the amount of catalyst used, and the like affect the reaction efficiency.

ドナーが活性メチレン化合物の場合、そのメチレンに二つの電子吸引基(例えば、二つのCN基)が結合するとそれの反応活性は高くなる。従って、この様なドナーにアクセプターが反応する際は、反応温度は常温または30℃の範囲で反応を進行させることができる。ドナーの反応活性が比較的に弱い場合は、温度を少々高めることが望ましく、例えば、50〜150℃に設定することができる。   When the donor is an active methylene compound, when two electron-withdrawing groups (for example, two CN groups) are bonded to the methylene, the reaction activity is increased. Therefore, when the acceptor reacts with such a donor, the reaction can be allowed to proceed at room temperature or in the range of 30 ° C. When the reaction activity of the donor is relatively weak, it is desirable to raise the temperature slightly, and for example, it can be set to 50 to 150 ° C.

本発明の触媒は、無溶剤または溶剤存在下で用いることができる。特に原料として用いる化合物が液体の場合には、溶剤を用いなくても触媒活性を十分発揮させることができる。   The catalyst of the present invention can be used without a solvent or in the presence of a solvent. In particular, when the compound used as a raw material is a liquid, the catalytic activity can be sufficiently exerted without using a solvent.

特に、原料化合物が結晶性を有する場合、又は生成物が結晶性を有する場合には、本発明の固体触媒を用いて反応を行う場合に極性溶剤中で行うことが好ましい。前記極性溶剤としては、固体触媒中に含まれた直鎖状ポリエチレンイミ骨格(a)を有するポリマー(A)との溶媒和が起こりやすい溶剤類であることが好ましく、特にメタノール、エタノール、プロパノール、エチレンジアルコールなどアルコール系溶剤を好ましく使用することができる。また、これらのアルコール系溶剤に、その他の溶剤を混合して用いることもできる。その他の溶剤類としては、例えば、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、アセトアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルフォンオキシドなどの極性溶剤を挙げることができる。   In particular, when the raw material compound has crystallinity, or when the product has crystallinity, it is preferably carried out in a polar solvent when the reaction is carried out using the solid catalyst of the present invention. The polar solvent is preferably a solvent that easily undergoes solvation with the polymer (A) having the linear polyethyleneimi skeleton (a) contained in the solid catalyst, particularly methanol, ethanol, propanol, Alcohol solvents such as ethylene dialcohol can be preferably used. These alcohol solvents can also be used by mixing with other solvents. Examples of other solvents include polar solvents such as acetonitrile, dimethylformamide, acetamide, dimethylacetamide, and dimethylsulfone oxide.

本発明での触媒固定型リアクターの内壁複合界面には、内部に分子触媒として機能する直鎖状ポリエチレンイミン骨格のポリマーが含まれるので、その触媒活性が高く、使用量はかなり少なくても反応を進行させることができる。一般に、アルデヒドまたはケトンなどが関わる炭素−炭素結合反応に用いるアクセプターとドナーのモル比では、ドナーを大過剰用いながら、触媒量もアクセプターの5/100〜10/100当量を用いることがよくあるが、本発明での固体触媒を用いる場合、アクセプターとドナーをそれぞれ1当量にし、触媒量(固体触媒中含まれるポリエチレンイミン中のエチレンイミン単位相当)は1/1000〜1/100等量範囲にして用いることができる。   The inner wall composite interface of the catalyst-fixed reactor in the present invention contains a linear polyethyleneimine skeleton polymer that functions as a molecular catalyst inside, so that the catalytic activity is high and the reaction can be carried out even if the amount used is considerably small. Can be advanced. In general, the molar ratio of an acceptor to a donor used in a carbon-carbon bond reaction involving an aldehyde or a ketone often uses 5/100 to 10/100 equivalents of the acceptor while using a large excess of the donor. In the case of using the solid catalyst in the present invention, the acceptor and the donor are each equivalent, and the catalyst amount (equivalent to the ethyleneimine unit in the polyethyleneimine contained in the solid catalyst) is in the range of 1/1000 to 1/100 equivalent. Can be used.

本発明での触媒固定型リアクターを用いる反応では、反応終了後反応液を取り出した後引き続き次の反応物を仕込み、次々と繰り返し反応を行なうことができる。   In the reaction using the catalyst-fixed reactor in the present invention, after the reaction is completed, the reaction solution can be taken out and subsequently the next reactant is charged and the reaction can be repeated one after another.

触媒固定型リアクターの繰り返し使用では、反応終了後反応液を取り出し、その後溶剤でリアクター内部を洗浄後、乾燥工程を経て、または乾燥工程を経ずに、次の反応に用いることもできる。   In the repeated use of the catalyst-fixed reactor, the reaction solution can be taken out after completion of the reaction, and the inside of the reactor can be washed with a solvent, and then used for the next reaction through the drying step or without the drying step.

本発明の触媒固定型リアクターを炭素−炭素結合反応用の触媒型リアクターとして用いることができるが、このリアクターの内壁界面に高い比表面積を有する「ナノ芝」状の複合体で構成され、それを形成する一つ一つの複合ナノファイバー又は複合ナノ粒子には、触媒として働くポリエチレンイミンが閉じ込まれた様な構造を有する。従って、この触媒は、反応溶液中では、実は分子触媒として機能することができるので、従来のアミン残基を固体粉末表面に結合した担持型触媒とは大きく異なり、炭素−炭素結合反応以外にも、ポリエチレンイミンが触媒として関わる他の有機反応の触媒として用いることもできると考えられる。   The catalyst-fixed reactor of the present invention can be used as a catalyst-type reactor for carbon-carbon bond reaction, and is composed of a “nano turf” -like composite having a high specific surface area at the inner wall interface of the reactor, Each formed composite nanofiber or composite nanoparticle has a structure in which polyethyleneimine acting as a catalyst is confined. Therefore, since this catalyst can actually function as a molecular catalyst in the reaction solution, it is greatly different from the conventional supported catalyst in which the amine residue is bound to the solid powder surface. It is also considered that polyethyleneimine can be used as a catalyst for other organic reactions involving the catalyst.

以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。特に断らない限り、「%」は「質量%」を表す。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited thereto. Unless otherwise specified, “%” represents “mass%”.

[走査電子顕微鏡による複合体からなる固体触媒の形状分析]
単離乾燥した複合体からなる固体触媒を両面テープにてサンプル支持台に固定し、それをキーエンス製表面観察装置VE−9800にて観察した。
[Shape analysis of solid catalyst composed of composites by scanning electron microscope]
The solid catalyst composed of the isolated and dried composite was fixed to a sample support with a double-sided tape, and observed with a surface observation device VE-9800 manufactured by Keyence.

合成例1
<直鎖状のポリエチレンイミン(L−PEI)の合成>
市販のポリエチルオキサゾリン(数平均分子量50,000,平均重合度5,000,Aldrich社製)3gを、5モル/Lの塩酸15mLに溶解させた。その溶液をオイルバスにて90℃に加熱し、その温度で10時間攪拌した。反応液にアセトン50mLを加え、ポリマーを完全に沈殿させ、それを濾過し、メタノールで3回洗浄し、白色のポリエチレンイミンの粉末を得た。得られた粉末をH−NMR(重水、日本電子株式会社製、AL300、300MHz)にて同定したところ、ポリエチルオキサゾリンの側鎖エチル基に由来したピーク1.2ppm(CH)と2.3ppm(CH)が完全に消失していることが確認された。即ち、ポリエチルオキサゾリンが完全に加水分解され、ポリエチレンイミンに変換されたことが示された。
Synthesis example 1
<Synthesis of linear polyethyleneimine (L-PEI)>
3 g of commercially available polyethyloxazoline (number average molecular weight 50,000, average polymerization degree 5,000, manufactured by Aldrich) was dissolved in 15 mL of 5 mol / L hydrochloric acid. The solution was heated to 90 ° C. in an oil bath and stirred at that temperature for 10 hours. Acetone 50 mL was added to the reaction solution to completely precipitate the polymer, which was filtered and washed three times with methanol to obtain a white polyethyleneimine powder. When the obtained powder was identified by 1 H-NMR (heavy water, manufactured by JEOL Ltd., AL300, 300 MHz), the peak derived from the side chain ethyl group of polyethyloxazoline was 1.2 ppm (CH 3 ) and 2. It was confirmed that 3 ppm (CH 2 ) disappeared completely. That is, it was shown that polyethyloxazoline was completely hydrolyzed and converted to polyethyleneimine.

その粉末を5mLの蒸留水に溶解し、攪拌しながら、その溶液に15%のアンモニア水50mLを滴下した。その混合液を一晩放置した後、沈殿したポリマー会合体粉末を濾過し、そのポリマー会合体粉末を冷水で3回洗浄した。洗浄後の結晶粉末をデシケータ中で室温乾燥し、線状のポリエチレンイミン(L−PEI)を得た。収量は2.2g(結晶水含有)であった。ポリオキサゾリンの加水分解により得られるポリエチレンイミンは、側鎖だけが反応し、主鎖には変化がない。従って、L−PEIの重合度は加水分解前の5,000と同様である。   The powder was dissolved in 5 mL of distilled water, and 50 mL of 15% aqueous ammonia was added dropwise to the solution while stirring. The mixture was allowed to stand overnight, and then the precipitated polymer aggregate powder was filtered, and the polymer aggregate powder was washed three times with cold water. The crystal powder after washing was dried in a desiccator at room temperature to obtain linear polyethyleneimine (L-PEI). The yield was 2.2 g (including crystal water). In polyethyleneimine obtained by hydrolysis of polyoxazoline, only the side chain reacts and the main chain does not change. Therefore, the polymerization degree of L-PEI is the same as 5,000 before hydrolysis.

合成例2
<ベンゼン環中心の星状ポリエチレンイミン(B−PEI)合成>
Jin,J.Mater.Chem.,13,672−675(2003)に示された方法に従い、前駆体ポリマーであるベンゼン環中心に6本のポリメチルオキサゾリンのアームが結合した星状ポリメチルオキサゾリンの合成を次の通り行った。
Synthesis example 2
<Synthesis of star-shaped polyethyleneimine (B-PEI) centered on benzene ring>
Jin, J .; Mater. Chem. , 13, 672-675 (2003), a star-shaped polymethyloxazoline in which six polymethyloxazoline arms were bonded to the center of the benzene ring as a precursor polymer was synthesized as follows.

磁気攪拌子がセットされたスリ口試験管中に、重合開始剤としてヘキサキス(ブロモメチル)ベンゼン0.021g(0.033mmol)を入れ、試験管の口に三方コックをつけた後、真空状態にしてから窒素置換を行った。窒素気流下で三方コックの導入口からシリンジを用いて2−メチル−2−オキサゾリン2.0ml(24mmol)、N,N−ジメチルアセトアミド4.0mlを順次加えた。試験管をオイルバス上で60℃まで加熱し、30分間保ったところ、混合液は透明になった。透明混合液をさらに100℃まで加熱し、その温度で20時間攪拌して、前駆体ポリマーを得た。この混合液のH−NMR測定から、モノマーの転化率は98モル%、収量は1.8gであった。この転化率によりポリマーの平均重合度を見積もったところ、各アームの平均重合度は115であった。また、GPCによる分子量測定では、ポリマーの質量平均分子量は22,700であり、分子量分布は1.6であった。 Put 0.021 g (0.033 mmol) of hexakis (bromomethyl) benzene as a polymerization initiator in a test tube set with a magnetic stirrer, attach a three-way cock to the test tube, and then put it in a vacuum state. Was replaced with nitrogen. Under a nitrogen stream, 2.0 ml (24 mmol) of 2-methyl-2-oxazoline and 4.0 ml of N, N-dimethylacetamide were sequentially added from the inlet of the three-way cock using a syringe. When the test tube was heated to 60 ° C. on an oil bath and kept for 30 minutes, the mixture became transparent. The transparent mixture was further heated to 100 ° C. and stirred at that temperature for 20 hours to obtain a precursor polymer. From the 1 H-NMR measurement of this mixture, the monomer conversion was 98 mol% and the yield was 1.8 g. When the average degree of polymerization of the polymer was estimated based on this conversion, the average degree of polymerization of each arm was 115. Moreover, in the molecular weight measurement by GPC, the mass average molecular weight of the polymer was 22,700, and the molecular weight distribution was 1.6.

この前駆体ポリマーを用い、上記合成例1と同様な方法によりポリメチルオキサゾリンを加水分解し、6本のポリエチレンイミンがベンゼン環コアに結合した星状ポリエチレンイミンB−PEIを得た。H−NMR(TMS外部標準、重水中)測定の結果、加水分解前の前駆体ポリマーの側鎖メチルに由来した1.98ppmのピークは完全に消失したことが確認された。 Using this precursor polymer, polymethyloxazoline was hydrolyzed in the same manner as in Synthesis Example 1 to obtain star-shaped polyethyleneimine B-PEI in which 6 polyethyleneimines were bonded to the benzene ring core. As a result of 1 H-NMR (TMS external standard, heavy water) measurement, it was confirmed that the peak of 1.98 ppm derived from the side chain methyl of the precursor polymer before hydrolysis completely disappeared.

その粉末を5mLの蒸留水に溶解し、攪拌しながら、その溶液に15%のアンモニア水50mLを滴下した。その混合液を一晩放置した後、沈殿した結晶粉末を濾過し、その結晶粉末を冷水で3回洗浄した。洗浄後の結晶粉末をデシケータ中で室温(25℃)乾燥し、6本のポリエチレンイミンがベンゼン環コアに結合した星状ポリエチレンイミン(B−PEI)を得た。収量は1.3g(結晶水含有)であった。   The powder was dissolved in 5 mL of distilled water, and 50 mL of 15% aqueous ammonia was added dropwise to the solution while stirring. The mixture was allowed to stand overnight, and then the precipitated crystal powder was filtered, and the crystal powder was washed three times with cold water. The washed crystal powder was dried in a desiccator at room temperature (25 ° C.) to obtain star-shaped polyethyleneimine (B-PEI) in which six polyethyleneimines were bonded to the benzene ring core. The yield was 1.3 g (including crystal water).

実施例1
<触媒固定型ガラスリアクターでのベンズアルデヒドとマロノニトリルとの反応>
[ガラス試験管内壁がポリマー/シリカの複合体からなる固体触媒で被覆されたリアクターAの調製]
上記合成例1で得たポリマーL−PEIを蒸留水中に加え、90℃まで加熱し、4%の水溶液15mLを調製した。ソーダライム材質のガラス試験管(商品名AR−GLAS、DURAN社製、内径2cm、長さ15cm)中に前記加温したポリマー水溶液を加えてから、30秒間静置した後、該ポリマー水溶液を傾斜法で排出した。この操作でガラス管内壁にL−PEIポリマー層が形成された。試験管中にシリカソース液(0.5%のテトラメトキシシランのエタノール溶液)を加え、10分間保持した。ガラス管から溶液を取り出し、ガラス管内壁をエタノールで洗浄した後、それを室温で乾燥した。この試験管内壁表面には概ね5mgの複合ナノ構造体が被覆された。この作業法で、5本のリアクターAを作製した。図1には作製したリアクターの破片から観測したSEM写真を示した。
Example 1
<Reaction of benzaldehyde with malononitrile in a fixed catalyst glass reactor>
[Preparation of Reactor A with Glass Test Tube Inner Wall Coated with Solid Catalyst Composed of Polymer / Silica Composite]
Polymer L-PEI obtained in Synthesis Example 1 was added to distilled water and heated to 90 ° C. to prepare 15 mL of 4% aqueous solution. The heated aqueous polymer solution was added to a soda-lime glass test tube (trade name: AR-GLAS, manufactured by DURAN, inner diameter: 2 cm, length: 15 cm), and allowed to stand for 30 seconds. Discharged by law. By this operation, an L-PEI polymer layer was formed on the inner wall of the glass tube. A silica source solution (0.5% tetramethoxysilane in ethanol) was added to the test tube and held for 10 minutes. After removing the solution from the glass tube and washing the inner wall of the glass tube with ethanol, it was dried at room temperature. The inner wall surface of the test tube was coated with approximately 5 mg of the composite nanostructure. Five reactors A were produced by this working method. FIG. 1 shows an SEM photograph observed from a fragment of the produced reactor.

[リアクターAを用いるベンズアルデヒドとマロノニトリルとの反応]
窒素置換された上記リアクターA中に、ベンズアルデヒド1.06g(10mmol)、マロノニトリル0.66g(10mmol)、メタノール10mLを混合した。反応液を30℃まで加熱し、その温度で4時間放置した後、反応液を少々取り出し、H−NMRにて反応物の転化率を測定した。10ppmあたりでのベンズアルデヒド由来のアルデヒドピークの消失から転化率が100%であることを確認した。
[Reaction of benzaldehyde with malononitrile using reactor A]
In the reactor A purged with nitrogen, 1.06 g (10 mmol) of benzaldehyde, 0.66 g (10 mmol) of malononitrile and 10 mL of methanol were mixed. The reaction solution was heated to 30 ° C. and allowed to stand at that temperature for 4 hours, after which the reaction solution was taken out a little and the conversion rate of the reaction product was measured by 1 H-NMR. From the disappearance of the aldehyde peak derived from benzaldehyde at around 10 ppm, it was confirmed that the conversion rate was 100%.

実施例2
<触媒固定型リアクターAの繰り返し使用>
実施例1で使用したリアクターAをメタノールで洗浄した後、室温乾燥し、それを実施例1と同様な反応に用いた。30℃下4時間反応後、反応液を全部取り出し、リアクター内部をメタノールで2回洗浄した後、同じ反応物を加え、それを30℃下4時間反応させた。このような作業を全体9回繰り返し、各回での反応転化率を実施例1と同様にH−NMRにて測定した。その結果を表1に示した。
Example 2
<Repetitive use of fixed catalyst reactor A>
The reactor A used in Example 1 was washed with methanol and then dried at room temperature, and used for the same reaction as in Example 1. After reacting at 30 ° C. for 4 hours, the entire reaction solution was taken out, and the inside of the reactor was washed twice with methanol. Then, the same reactant was added and reacted at 30 ° C. for 4 hours. Such an operation was repeated 9 times, and the reaction conversion rate at each time was measured by 1 H-NMR in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

実施例1と実施例2の結果を合わせ、合計10回の再使用でも触媒活性の低下はなく、定量的に反応が進行することがわかった。   The results of Example 1 and Example 2 were combined, and it was found that the reaction progressed quantitatively with no decrease in catalytic activity even after a total of 10 reuses.

実施例3
<触媒固定型プラスチックリアクターでのベンズアルデヒドとマロノニトリルとの反応>
[プラスチック試験管内壁がポリマー/シリカの複合体からなる固体触媒で被覆されたリアクターBの調製]
上記合成例1で得たポリマーL−PEIを蒸留水中に加え、90℃まで加熱し、4%の水溶液を調製した。ポリスチレン材質のプラスチック試験管(内径2cm、長さ10cm、試験管内表面を85%硫酸で10分間エッチング)中に前記加温したポリマー水溶液を加えてから、30秒間静置した後、該ポリマー水溶液を傾斜法で排出した。この操作でガラス管内壁にL−PEIポリマー層が形成された。該試験管を室温にて5分間静置したのち、試験管中にシリカソース液(0.5%のテトラメトキシシランのエタノール溶液)を加え、10分間保持した。ガラス管から溶液を取り出し、ガラス管内壁をエタノールで洗浄した後、それを室温で乾燥した。この試験管内壁表面には概ね5mgの複合ナノ構造体が被覆された。この作業法で、5本のリアクターBを作製した。図2には作製したプラスチックリアクターの破片から観測したSEM写真を示した。
Example 3
<Reaction of benzaldehyde and malononitrile in a catalyst fixed plastic reactor>
[Preparation of Reactor B with Plastic Test Tube Inner Wall Coated with Solid Catalyst Composed of Polymer / Silica Composite]
Polymer L-PEI obtained in Synthesis Example 1 was added to distilled water and heated to 90 ° C. to prepare a 4% aqueous solution. The polymer aqueous solution was added to a polystyrene plastic test tube (inner diameter: 2 cm, length: 10 cm, and the inner surface of the test tube was etched with 85% sulfuric acid for 10 minutes) and allowed to stand for 30 seconds. Drained by the gradient method. By this operation, an L-PEI polymer layer was formed on the inner wall of the glass tube. The test tube was allowed to stand at room temperature for 5 minutes, and then a silica source solution (0.5% tetramethoxysilane ethanol solution) was added to the test tube and held for 10 minutes. After removing the solution from the glass tube and washing the inner wall of the glass tube with ethanol, it was dried at room temperature. The inner wall surface of the test tube was coated with approximately 5 mg of the composite nanostructure. Five reactors B were produced by this working method. FIG. 2 shows an SEM photograph observed from a fragment of the produced plastic reactor.

[リアクターBを用いるベンズアルデヒドとマロノニトリルとの反応]
窒素置換された上記リアクターB中に、ベンズアルデヒド 0.63g、マロノニトリル 0.40g、メタノール7mLを混合した。反応液を30℃まで加熱し、その温度で4時間放置した。反応液を少量取り出し、H−NMRにて反応物の転化率を測定した。10ppmあたりでのベンズアルデヒド由来のアルデヒドピークの消失から転化率が100%であることを確認した。
[Reaction of benzaldehyde with malononitrile using reactor B]
In the reactor B purged with nitrogen, 0.63 g of benzaldehyde, 0.40 g of malononitrile, and 7 mL of methanol were mixed. The reaction was heated to 30 ° C. and left at that temperature for 4 hours. A small amount of the reaction solution was taken out, and the conversion rate of the reaction product was measured by 1 H-NMR. From the disappearance of the aldehyde peak derived from benzaldehyde at around 10 ppm, it was confirmed that the conversion rate was 100%.

実施例4
[リアクターAを用いたシクロヘキセノンとニトロエタンとの反応]
リアクターA中に、シクロヘキセノン0.49g(5mmol)、ニトロエタン0.75g(10mmol)、エタノール3mLを混合した。その混合液を30℃下、2時間反応させた。反応液を取り出し、H−NMRにて反応物の転化率を測定したところ、シクロヘキセノンのCH=CH由来のピークは完全に消失し、目的のニトロエタンの付加物が生成したことが確認された。反応は100モル%の転化率で定量的に進行した。
Example 4
[Reaction of cyclohexenone with nitroethane using reactor A]
In the reactor A, 0.49 g (5 mmol) of cyclohexenone, 0.75 g (10 mmol) of nitroethane, and 3 mL of ethanol were mixed. The mixture was reacted at 30 ° C. for 2 hours. The reaction solution was taken out, and the conversion rate of the reaction product was measured by 1 H-NMR. As a result, it was confirmed that the peak derived from CH═CH of cyclohexenone completely disappeared and the desired nitroethane adduct was produced. . The reaction proceeded quantitatively with a conversion of 100 mol%.

実施例5
[リアクターAを用いたシクロヘキセノンとフェニルアセトニトリルとの反応]
リアクターA中に、シクロヘキセノン0.98g(10mmol)、フェニルアセトニトリル1.17g(10mmol)、エタノール5mLを混合した。その混合液を30℃下、2時間反応させた。反応液を取り出し、H−NMRにて反応物の転化率を測定したところ、シクロヘキセノンのCH=CH由来のピークは完全に消失し、目的のフェニルアセトニトリルの付加物が生成したことが確認された。反応は100モル%の転化率で定量的に進行した。
Example 5
[Reaction of cyclohexenone with phenylacetonitrile using reactor A]
In the reactor A, 0.98 g (10 mmol) of cyclohexenone, 1.17 g (10 mmol) of phenylacetonitrile and 5 mL of ethanol were mixed. The mixture was reacted at 30 ° C. for 2 hours. The reaction solution was taken out, and the conversion rate of the reaction product was measured by 1 H-NMR. As a result, it was confirmed that the peak derived from CH═CH of cyclohexenone completely disappeared and the target adduct of phenylacetonitrile was formed. It was. The reaction proceeded quantitatively with a conversion of 100 mol%.

実施例6
<触媒固定型ガラスリアクターでのベンズアルデヒドとマロノニトリルとの反応>
[ガラス試験管内壁がポリマー/シリカの複合体からなる固体触媒で被覆されたリアクターCの調製]
上記合成例2で得たポリマーB−PEIを用いた以外、実施例1と同様な方法でリアクターCを作製した。
Example 6
<Reaction of benzaldehyde with malononitrile in a fixed catalyst glass reactor>
[Preparation of Reactor C with Glass Test Tube Inner Wall Coated with Solid Catalyst Composed of Polymer / Silica Composite]
A reactor C was produced in the same manner as in Example 1 except that the polymer B-PEI obtained in Synthesis Example 2 was used.

[リアクターCを用いるベンズアルデヒドとマロノニトリルとの反応]
窒素置換された上記リアクターC中に、ベンズアルデヒド1.06g(10mmol)、マロノニトリル0.66g(10mmol)、メタノール10mLを混合した。反応液を30℃まで加熱し、その温度で4時間放置した後、反応液を少々取り出し、H−NMRにて反応物の転化率を測定した。10ppmあたりでのベンズアルデヒド由来のアルデヒドピークの消失から転化率が100%であることを確認した。
[Reaction of benzaldehyde with malononitrile using reactor C]
In the reactor C purged with nitrogen, 1.06 g (10 mmol) of benzaldehyde, 0.66 g (10 mmol) of malononitrile, and 10 mL of methanol were mixed. The reaction solution was heated to 30 ° C. and allowed to stand at that temperature for 4 hours, after which the reaction solution was taken out a little and the conversion rate of the reaction product was measured by 1 H-NMR. From the disappearance of the aldehyde peak derived from benzaldehyde at around 10 ppm, it was confirmed that the conversion rate was 100%.

実施例7
[リアクターCを用いるシクロヘキセノンとフェニルアセトニトリルとの反応]
実施例6で使用したリアクターCの内部をメタノールで洗浄した後、リアクター中にシクロヘキセノン0.98g(10mmol)、フェニルアセトニトリル1.17g(10mmol)、エタノール5mLを加えた。その混合液を30℃下、2時間反応させた。反応液を取り出し、H−NMRにて反応物の転化率を測定したところ、シクロヘキセノンのCH=CH由来のピークは完全に消失し、目的のフェニルアセトニトリルの付加物が生成したことが確認された。反応は100モル%の転化率で定量的に進行した。
Example 7
[Reaction of cyclohexenone and phenylacetonitrile using reactor C]
After the inside of the reactor C used in Example 6 was washed with methanol, 0.98 g (10 mmol) of cyclohexenone, 1.17 g (10 mmol) of phenylacetonitrile and 5 mL of ethanol were added to the reactor. The mixture was reacted at 30 ° C. for 2 hours. The reaction solution was taken out, and the conversion rate of the reaction product was measured by 1 H-NMR. As a result, it was confirmed that the peak derived from CH═CH of cyclohexenone completely disappeared and the target adduct of phenylacetonitrile was formed. It was. The reaction proceeded quantitatively with a conversion of 100 mol%.

内壁が複合体で被覆されたリアクターAの写真(a1)被覆前(a2)被覆後。ガラス管破片内壁表面のSEM写真:(b)低倍率;(c)5000倍;(d)25000倍;(e)断面部(ガラス面上にナノ芝、その厚みが2μm程度)。Photo of reactor A with inner wall coated with composite (a1) Before coating (a2) After coating. SEM photograph of inner surface of glass tube fragment: (b) low magnification; (c) 5000 times; (d) 25000 times; (e) cross section (nano turf on glass surface, thickness is about 2 μm). 内壁が複合体で被覆されたリアクターBの写真(a)。割れたリアクターB破片内壁表面のSEM写真:(b)低倍率;(c)25000倍;(d)断面部(プラスチック面上にナノ芝)。Photo (a) of reactor B with inner wall coated with composite. SEM photograph of cracked reactor B fragment inner wall surface: (b) low magnification; (c) 25000 times; (d) cross section (nano turf on plastic surface).

Claims (3)

不飽和結合を有する化合物(x1)と、活性メチレン又は活性メチンを有する化合物(x2)とを用いて炭素−炭素結合を形成する付加反応又は縮合反応に用いる固体触媒が固定されたリアクターであって、該固体触媒が、直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)を金属酸化物(B)が被覆してなる複合体であり、且つ該複合体が容器又は管の内壁に固定されていることを特徴とする炭素−炭素結合形成反応用触媒固定型リアクター。 A reactor in which a solid catalyst used for an addition reaction or a condensation reaction for forming a carbon-carbon bond using a compound (x1) having an unsaturated bond and a compound (x2) having an active methylene or active methine is fixed. The solid catalyst is a composite formed by coating a polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton (a) with a metal oxide (B), and the composite is fixed to the inner wall of a container or a tube. A catalyst-fixed reactor for carbon-carbon bond forming reaction. 前記金属酸化物(B)がシリカである請求項1記載の炭素−炭素結合形成反応用触媒固定型リアクター。 The catalyst-fixed reactor for carbon-carbon bond forming reaction according to claim 1, wherein the metal oxide (B) is silica. 前記炭素−炭素結合を形成する付加反応又は縮合反応が、クネーフェナーゲル反応又はマイケル反応である請求項1又は2に記載の炭素−炭素結合形成反応用触媒固定型リアクター。 The catalyst-fixed reactor for carbon-carbon bond forming reaction according to claim 1 or 2, wherein the addition reaction or condensation reaction for forming the carbon-carbon bond is a Kunafener gel reaction or a Michael reaction.
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