JP2012192383A - Method for producing compound - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an operation method for further improving productivity in a gas-liquid reaction process using a minute space.SOLUTION: There is provided a method for producing a compound by reacting a reactant with a reaction gas in a flow channel with an equivalent diameter of 1 μm to 5 mm. In the method, the reaction gas is introduced into the flow channel from at least two places, and a ratio of a length of a reaction gas segment to the equivalent diameter of the flow channel in a reaction field is 0.75 or more. Here, preferably, the reactant is an alcohol and the product is a compound including a carbonyl group, and preferably, the reaction gas contains oxygen of at least 10 vol% or more.

Description

本発明は反応ガスを多段階に分けて導入する化合物の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a compound in which a reaction gas is introduced in multiple stages.

近年、熱伝達や混合をより高効率に行い、反応の選択率やプロセスのエネルギー効率を従来のマクロな装置と比較して向上させる手法として微小空間を利用するプロセスが注目を集めている。このような微小空間を用いる手法はしばしばマイクロプロセスとして分類されるが、そのスケールはマイクロオーダーに限らず、微小空間の特徴をうまく利用する場合に、この分類が適用されることが多い。具体的には、ミリ〜サブミクロン程度の空間を利用し、その微小空間特有の現象を利用したプロセス全般をさしてマイクロプロセスとよばれる。   In recent years, a process using a minute space has attracted attention as a technique for improving heat selectivity and mixing efficiency with higher efficiency and improving reaction selectivity and process energy efficiency than conventional macro devices. Such a method using a micro space is often classified as a microprocess, but the scale is not limited to the micro order, and this classification is often applied when the features of the micro space are successfully used. More specifically, a process that uses a space of about millimeter to submicron and uses a phenomenon peculiar to the minute space is called a microprocess.

このプロセスを用いて反応を行う場合には、装置を小さくすることで拡散による物質移動が早くなり反応に有利に働くことや、廃棄物および洗浄溶剤の低減につながることといった長所がある。またスケールアップも容易で、ラボスケールで一本の反応流路を用いて達成できた結果は、集積化技術とシステム制御系を組み込んだナンバリングアップによる生産量増加を行えば、反応場においては影響を全く受けずにスケールアップすることが可能である。   When the reaction is carried out using this process, there is an advantage that by making the apparatus small, mass transfer due to diffusion is accelerated, which favors the reaction and leads to reduction of waste and cleaning solvent. It is also easy to scale up, and the results achieved using a single reaction channel at the lab scale can be affected in the reaction field if the production volume is increased by the numbering up that incorporates the integration technology and system control system. It is possible to scale up without receiving any.

しかしながら、一方で装置の小ささから圧力損失が大きくなり、高圧対応のポンプを必要とする場合もあり、必ずしも微小流路がマクロな生産装置と比較して有利になるわけではない。   However, on the other hand, the pressure loss increases due to the small size of the device, and a high-pressure compatible pump may be required, so that the micro flow path is not necessarily advantageous compared to a macro production device.

微小空間の特徴を利用する反応操作として、例えば、特許文献1には、内径が1μm〜1mmの反応場に微粒子触媒を充填し気液反応を行う方法が記載されている。   For example, Patent Document 1 describes a method of performing a gas-liquid reaction by filling a reaction field having an inner diameter of 1 μm to 1 mm with a fine particle catalyst as a reaction operation utilizing the characteristics of a minute space.

特許文献2には、マイクロリアクター内で有機化合物とオゾンの接触酸化反応を行う方法が記載されている。   Patent Document 2 describes a method of performing a catalytic oxidation reaction between an organic compound and ozone in a microreactor.

特許文献3には微小空間を利用する気液反応において、反応ガスを複数回導入する手法が記載されている。   Patent Document 3 describes a method of introducing a reaction gas a plurality of times in a gas-liquid reaction using a minute space.

特開2007−209973号公報JP 2007-209973 A 特開2004−285001号公報JP 2004-285001 A 特開2007−105668号公報JP 2007-105668 A

上記先行技術文献に記載の方法によれば、いずれも微小流路の特徴を利用した気液反応を行う事が可能ではあるが、それぞれ次のような問題を抱えていた。   According to the methods described in the above prior art documents, it is possible to perform a gas-liquid reaction using the characteristics of the microchannel, but each has the following problems.

特許文献1に記載の方法は流路内に固体触媒が充填されており、必要な反応率を得るための滞留時間を確保するために反応場長さが長くなる。特許文献2に記載の方法は微小空間全体を反応場として使用できるものの、所望の反応率を得るために必要な反応ガスを初期に全て導入するため特許文献1と同様に反応場長さが長くなる。特許文献3に記載の方法では反応ガスを複数回導入する事が提案されているが、反応ガスが50%以上消費された後に追加導入する事が好ましい範囲として明記されている。しかしながら初期に導入する反応ガスの量によっては、50%消費する前に流動状態が変化する場合には、速やかに追加導入を行う方がさらに生産性が向上する可能性が高い。   In the method described in Patent Document 1, the solid catalyst is filled in the flow path, and the reaction field length becomes long in order to secure a residence time for obtaining a necessary reaction rate. Although the method described in Patent Document 2 can use the entire minute space as a reaction field, the reaction field length is long as in Patent Document 1 because all reaction gases necessary for obtaining a desired reaction rate are initially introduced. Become. In the method described in Patent Document 3, it is proposed to introduce the reaction gas a plurality of times, but it is specified as a preferable range that the reaction gas is additionally introduced after the reaction gas is consumed by 50% or more. However, depending on the amount of reaction gas introduced at the initial stage, if the flow state changes before consumption by 50%, it is more likely that productivity will be further improved by promptly conducting additional introduction.

以上のことから、微小空間を利用する気液反応において、さらに生産性を向上させる操作方法の開発が望まれていた。   In view of the above, it has been desired to develop an operation method that further improves productivity in a gas-liquid reaction using a minute space.

本発明は、相当直径が1μm〜5mmの流路内で反応基質と反応ガスとを反応させて化合物を製造する方法であって、反応ガスを2箇所以上から流路に導入し、反応場における流路の相当直径と反応ガスのセグメント長さとの比が0.75以上である化合物の製造方法である。   The present invention is a method for producing a compound by reacting a reaction substrate and a reaction gas in a flow path having an equivalent diameter of 1 μm to 5 mm, and introducing the reaction gas into the flow path from two or more locations in the reaction field. In this method, the ratio between the equivalent diameter of the flow path and the segment length of the reaction gas is 0.75 or more.

本発明によれば、必要なアルコールの反応率を得るための反応装置長さが短縮でき、装置コストの低減を可能とする。このことは、同等の装置長さの場合に生成物の生産性を高くする事が可能となる、と言い換えることもできる。   According to the present invention, the length of a reaction apparatus for obtaining a necessary alcohol reaction rate can be shortened, and the apparatus cost can be reduced. In other words, it is possible to increase the productivity of the product when the apparatus length is the same.

本発明の実施形態の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of embodiment of this invention. 本発明の実施形態とは異なる例を示す図である。It is a figure which shows the example different from embodiment of this invention.

本発明の化合物の製造方法では、相当直径が1μm〜5mmの流路内で反応基質と反応ガスとを反応させる際に、反応ガスを2箇所以上から流路に導入し、反応場における流路の相当直径に対する反応ガスのセグメント長さの比が0.75倍以上とする。   In the method for producing a compound of the present invention, when a reaction substrate and a reaction gas are reacted in a flow path having an equivalent diameter of 1 μm to 5 mm, the reaction gas is introduced into the flow path from two or more locations, and the flow path in the reaction field The ratio of the segment length of the reaction gas to the equivalent diameter is 0.75 times or more.

本発明における相当直径とは、流路の流通方向に垂直な断面と同じ面積を持つ円の直径として定義される。   The equivalent diameter in the present invention is defined as the diameter of a circle having the same area as the cross section perpendicular to the flow direction of the flow path.

反応ガスのセグメント長さは反応管内に存在する反応ガスの流通方向の長さの平均をさし、目視可能な場合は写真撮影により20点以上の平均の長さを求めることで確認できる。目視不可能な場合は、反応の量論式と反応基質の転化率、および溶媒に対する反応ガスの溶解度のオーダーが明らかになっている場合には計算により反応ガスのセグメント長さを求める事が出来る。目視不可能な材質を用いる場合で、さらに溶媒に対する反応ガスの溶解度のオーダーが明らかになっていない場合は、相当する可視化実験を行い、セグメント長さを予測することも出来る。相当する可視化実験は、肉厚を薄くして可視化することや、流路壁面の一部のみをガラス等の透明材に置き換えることによって可視化することで行うことが出来る。   The segment length of the reaction gas is an average of the lengths in the flow direction of the reaction gas existing in the reaction tube, and when visible, it can be confirmed by obtaining an average length of 20 points or more by photography. If visual inspection is not possible, the reaction gas segment length can be obtained by calculation if the stoichiometric equation of the reaction, the conversion rate of the reaction substrate, and the order of solubility of the reaction gas in the solvent are known. . When a material that cannot be visually observed is used and the order of solubility of the reaction gas in the solvent is not clear, a corresponding visualization experiment can be performed to predict the segment length. Corresponding visualization experiments can be performed by thinning the thickness and visualizing by replacing only a part of the channel wall surface with a transparent material such as glass.

本反応では、相当直径が1μm〜5mmの流路を有する反応器を用いる。その反応器は、相当直径が1μm以上、好ましくは10μm以上、より好ましくは100μm以上であり、かつ5mm以下、好ましくは4mm以下、より好ましくは2mm以下の流路を含む反応器であり、単一の管からなっていてもよく、複数の管を組み合わせたものでも良い。相当直径が1μm未満の場合には、処理量の低下、圧力損失の増大、および閉塞の危険性増大といった問題が生じ、5mm超の場合には、気液界面積の減少に伴う物質移動速度の低下によりマイクロプロセスの長所が小さくなる。   In this reaction, a reactor having a flow path with an equivalent diameter of 1 μm to 5 mm is used. The reactor is a reactor having an equivalent diameter of 1 μm or more, preferably 10 μm or more, more preferably 100 μm or more, and a flow path of 5 mm or less, preferably 4 mm or less, more preferably 2 mm or less. It may consist of a plurality of tubes, or may be a combination of a plurality of tubes. When the equivalent diameter is less than 1 μm, problems such as a reduction in throughput, an increase in pressure loss, and an increased risk of clogging occur. When the equivalent diameter exceeds 5 mm, the mass transfer rate due to a decrease in the gas-liquid interface area decreases. The reduction reduces the advantages of the microprocess.

流路の断面の形状は、円状、楕円状、半円状、三角形、四角形その他多角形の形状のものを使用する事ができ、流路途中でその形が変化してもよい。また、その際相当直径が変化してもよい。相当直径が変化する場合は、その相当直径に対する反応ガスのセグメント長さの比が0.75以上となるように、反応ガスおよび反応液の流量条件を設定することが必要である。   The cross-sectional shape of the flow path can be circular, elliptical, semicircular, triangular, quadrangular or other polygonal shapes, and the shape may change in the middle of the flow path. In this case, the equivalent diameter may change. When the equivalent diameter changes, it is necessary to set the flow rate conditions of the reaction gas and the reaction liquid so that the ratio of the segment length of the reaction gas to the equivalent diameter is 0.75 or more.

流路の相当直径に対する反応ガスのセグメント長さの比を0.75以上にする手法としては、特に限定はされないが、通常、反応温度における反応液の体積流量に対して0.1倍以上の体積流量比で反応ガスを流通させることが好ましい。   The method of setting the ratio of the reaction gas segment length to the equivalent diameter of the flow path to 0.75 or more is not particularly limited, but is usually at least 0.1 times the volume flow rate of the reaction liquid at the reaction temperature. It is preferable to distribute the reaction gas at a volume flow ratio.

流路の長さは、所望の反応率を得るために必要な滞留時間となるような長さであれば特に制限はないが、短い方が装置コストは低減できるので、必要最小限の長さを設定する事が望ましい。   The length of the flow path is not particularly limited as long as it is a residence time necessary to obtain a desired reaction rate, but the shorter the length, the apparatus cost can be reduced. It is desirable to set

流路を構成する材質は、反応を阻害しない材質であれば特に制限はないが、反応温度に対する耐熱性、反応液に対する耐蝕性に優れた材質が好ましく、具体的には、SUS316等に代表されるステンレス鋼、インコネル600等に代表される合金、石英等に代表されるガラス、PTFE、ETFE等に代表される有機高分子が使用できる。   The material constituting the flow path is not particularly limited as long as it does not inhibit the reaction, but is preferably a material excellent in heat resistance to the reaction temperature and corrosion resistance to the reaction solution, and specifically represented by SUS316 or the like. Stainless steel, alloys such as Inconel 600, glass such as quartz, and organic polymers such as PTFE and ETFE can be used.

本発明の化合物の製造方法としては、気液のアルコール酸化反応、気液固のアルコール酸化反応、気液のアルコール水添反応、気液固体のアルコール水添反応等の反応を利用した製造方法が挙げられる。それらの中でも比較的低い反応圧力で操作可能な反応が多いことや、固体触媒の存在による不規則な流動形式を避ける観点から気液のアルコール酸化反応が好適である。   Examples of the method for producing the compound of the present invention include a production method utilizing a reaction such as a gas-liquid alcohol oxidation reaction, a gas-liquid solid alcohol oxidation reaction, a gas-liquid alcohol hydrogenation reaction, a gas-liquid solid alcohol hydrogenation reaction, etc. Can be mentioned. Among them, the gas-liquid alcohol oxidation reaction is preferable from the viewpoint of many reactions that can be operated at a relatively low reaction pressure and avoiding an irregular flow mode due to the presence of a solid catalyst.

気液のアルコール酸化反応としては特に制限はないが、例えば気液のアルコール酸化反応でよく知られる反応のうち、反応ガスと液体間の物質移動が必要となる反応を挙げる事が出来る。中でも酸素を含む気体を酸化性反応ガスとして用い、被酸化物が溶液中に溶解している気液酸化反応に有効である。   The gas-liquid alcohol oxidation reaction is not particularly limited. For example, among the reactions well known as the gas-liquid alcohol oxidation reaction, a reaction that requires mass transfer between the reaction gas and the liquid can be mentioned. Among them, a gas containing oxygen is used as an oxidizing reaction gas, and is effective for a gas-liquid oxidation reaction in which an oxide is dissolved in a solution.

このとき反応ガスに含まれる酸素の濃度は、ヘンリーの法則より分圧が高いほど溶存濃度が高くなることから、高濃度であるほど好ましい。通常5体積%以上が好ましく、10体積%以上がより好ましい。100体積%が最も好ましい。   At this time, the concentration of oxygen contained in the reaction gas is preferably as high as possible because the dissolved concentration becomes higher as the partial pressure is higher than Henry's law. Usually, 5 volume% or more is preferable and 10 volume% or more is more preferable. 100% by volume is most preferred.

反応ガスには反応を阻害しなければ酸素以外のガスが含まれていてもよく、具体的にはオゾン、水素、フッ素、塩素、一酸化炭素、二酸化炭素、二酸化硫黄、塩化水素、アンモニア、窒素、酸化窒素類等が挙げられる。これらのガスは1種類以上が反応ガスに混合されてもよい。   The reaction gas may contain a gas other than oxygen as long as the reaction is not inhibited. Specifically, ozone, hydrogen, fluorine, chlorine, carbon monoxide, carbon dioxide, sulfur dioxide, hydrogen chloride, ammonia, nitrogen And nitric oxides. One or more of these gases may be mixed with the reaction gas.

反応基質としては、脂肪族の1級アルコール、2級アルコール、3級アルコールおよび芳香族アルコール等が挙げられるが、反応が酸化脱水素型の反応であることから脂肪族の第1級および第2級アルコールが好ましい。アルコールとしては、1−ヘキサノール、1−ブタノールに代表される脂肪族1級アルコールや、イソプロパノール、2−ブタノールに代表される脂肪族2級アルコールおよび、アセトイン、乳酸に代表されるアシロイン骨格を持つ化合物等が挙げられる。   Examples of the reaction substrate include aliphatic primary alcohols, secondary alcohols, tertiary alcohols, and aromatic alcohols. Since the reaction is an oxidative dehydrogenation type reaction, aliphatic primary and second alcohols are used. Grade alcohols are preferred. Examples of the alcohol include aliphatic primary alcohols typified by 1-hexanol and 1-butanol, aliphatic secondary alcohols typified by isopropanol and 2-butanol, and compounds having an acyloin skeleton typified by acetoin and lactic acid. Etc.

アルコール等の反応基質を含む反応液の溶媒としては、反応を阻害するものでなければ特に制限はないが、通常、汎用的な反応溶媒である水、有機溶媒、イオン性液体などを用いる事が出来る。具体的には、有機溶媒としてはヘキサン、オクタンに代表される脂肪族炭化水素、ベンゼン、トルエンに代表される芳香族炭化水素、アセトン、ジエチルケトンに代表されるカルボニル基を持つ化合物、アセトニトリルに代表されるニトリル類、メタノール、エタノールに代表されるアルコール類、トリエチルアミンに代表されるアミン類、ジオキサン、ピリジンに代表される複素間化合物等が挙げられ、これらの2種以上の任意の割合の混合溶媒を用いることも出来る。   The solvent for the reaction solution containing a reaction substrate such as alcohol is not particularly limited as long as it does not inhibit the reaction. Usually, water, organic solvents, ionic liquids, etc., which are general-purpose reaction solvents, can be used. I can do it. Specifically, organic solvents include aliphatic hydrocarbons typified by hexane and octane, aromatic hydrocarbons typified by benzene and toluene, compounds having a carbonyl group typified by acetone and diethyl ketone, and typified by acetonitrile. Nitriles, methanol, alcohols typified by ethanol, amines typified by triethylamine, interoxane compounds typified by dioxane, pyridine, etc., and a mixed solvent of any ratio of these two or more types Can also be used.

溶媒を用いる場合、その使用量には特に制限はなく、用いる反応基質の種類やその他の反応条件等によって適宜決定されるが、反応基質の濃度が溶媒1リットルに対して通常0.01モル以上が好ましく、0.02モル以上がさらに好ましい。溶媒の使用量がこれ以上多い場合には生産性が低下するので不利になる。   When a solvent is used, the amount used is not particularly limited and is appropriately determined depending on the type of reaction substrate used and other reaction conditions, but the concentration of the reaction substrate is usually 0.01 mol or more per liter of solvent. Is preferable, and 0.02 mol or more is more preferable. When the amount of the solvent used is more than this, the productivity is lowered, which is disadvantageous.

本発明に用いる反応器は反応流路内に反応ガスを導入する箇所を2箇所以上に有する。反応気質と反応ガスとが反応場において反応する。そのうち、1つめの反応ガス導入部は、気液反応場を長くする観点から反応液導入部により近い方が好ましい。また、ここで導入する反応ガスは少なくとも、反応場における流路の相当直径に対する流通方向の反応ガスのセグメント長さの比が0.75以上になるように設定し、1.0以上が好ましい。流路の相当直径に対する反応ガスのセグメント長さの比は100以下が好ましく、50以下がより好ましい。セグメント長さが短すぎる場合は、流動形式が不安定となり交互流の特徴である迅速な気液間の物質移動が得られなくなり生産性の低下をまねく恐れがあり、長すぎる場合には反応基質の滞留時間が短くなるため、所望の反応率が得られなくなる恐れがある。   The reactor used in the present invention has two or more locations for introducing the reaction gas into the reaction channel. The reaction gas and the reaction gas react in the reaction field. Of these, the first reaction gas introduction part is preferably closer to the reaction liquid introduction part from the viewpoint of lengthening the gas-liquid reaction field. The reaction gas introduced here is set so that at least the ratio of the segment length of the reaction gas in the flow direction to the equivalent diameter of the flow path in the reaction field is 0.75 or more, and preferably 1.0 or more. The ratio of the segment length of the reaction gas to the equivalent diameter of the flow path is preferably 100 or less, and more preferably 50 or less. If the segment length is too short, the flow format becomes unstable and the rapid mass transfer between gas and liquid, which is a characteristic of alternating flow, may not be obtained, leading to a decrease in productivity. Therefore, the desired reaction rate may not be obtained.

2つめの反応ガス導入部は1つめに導入した反応ガスが、反応場において流路の相当直径に対する流通方向の反応ガスのセグメント長さの比が0.75以上に維持するように設定し、1.0以上が好ましい。流路の相当直径に対する反応ガスのセグメント長さの比は100以下が好ましく、50以下がより好ましい。セグメント長さが短すぎる場合は、流動形式が不安定となり交互流の特徴である迅速な気液間の物質移動が得られなくなり生産性の低下をまねく恐れがあり、長すぎる場合には反応基質の滞留時間が短くなるため、所望の反応率が得られなくなる恐れがある。   The second reaction gas introduction part is set so that the ratio of the reaction gas segment length in the flow direction to the equivalent diameter of the flow channel in the reaction field is 0.75 or more in the reaction field, 1.0 or more is preferable. The ratio of the segment length of the reaction gas to the equivalent diameter of the flow path is preferably 100 or less, and more preferably 50 or less. If the segment length is too short, the flow format becomes unstable and the rapid mass transfer between gas and liquid, which is a characteristic of alternating flow, may not be obtained, leading to a decrease in productivity. Therefore, the desired reaction rate may not be obtained.

流通する気液混相流の状態としては気体と液体のセグメントが交互に流れる交互流(スラグ流、プラグ流)、気泡流、チャーン流、環状流等が挙げられるが、流通反応器の断面を満たすセグメントが発生する交互流が気液間の物質移動を促進するので好ましい。   Examples of the gas-liquid multiphase flow that circulates include alternating flow (slag flow, plug flow), bubble flow, churn flow, annular flow, etc., in which gas and liquid segments flow alternately, but satisfy the cross section of the flow reactor The alternating flow in which the segments are generated is preferable because it promotes mass transfer between the gas and liquid.

反応液の導入は単流路のみでも複数流路に分けても差し支えはなく、原料溶液および触媒溶液はそれぞれ一度に導入しても複数回に分けて導入してもよい。   The reaction liquid may be introduced into only a single flow path or divided into a plurality of flow paths, and the raw material solution and the catalyst solution may be introduced at a time or in a plurality of times.

本発明による反応ガス導入回数は2回以上であれば何回でも差し支えないが、多すぎると、内部圧力制御や配管が複雑となるので好ましくない。通常、反応ガス導入回数は好ましくは2〜50であり、さらに好ましくは2〜10である。   The number of reaction gas introductions according to the present invention may be any number of times as long as it is 2 times or more. However, if the number is too large, internal pressure control and piping become complicated, which is not preferable. Usually, the number of reaction gas introductions is preferably 2 to 50, more preferably 2 to 10.

反応圧力は特に制限はないが、常圧下または加圧下のいずれかで行うことが好ましい。分子状酸素を酸化剤として用いる場合には、加圧下がより好ましい。   The reaction pressure is not particularly limited, but it is preferably carried out under normal pressure or increased pressure. When molecular oxygen is used as the oxidizing agent, it is more preferably under pressure.

反応温度は特に制限はないが、通常−50℃以上、好ましくは−30℃以上、より好ましくは−10℃以上で、通常500℃以下、好ましくは400℃以下、より好ましくは300℃以下である。   The reaction temperature is not particularly limited, but is usually −50 ° C. or higher, preferably −30 ° C. or higher, more preferably −10 ° C. or higher, and usually 500 ° C. or lower, preferably 400 ° C. or lower, more preferably 300 ° C. or lower. .

流量条件は、流動形式が交互流となるように設定されれば特に制限はなく、通常、液体、気体のそれぞれの反応温度における流速は100m/分以下が好ましく、50m/分以下がより好ましい。液体、気体のそれぞれの流速は0.0001m/分以上が好ましく、0.0005/分以上がより好ましい。   The flow rate condition is not particularly limited as long as the flow type is set to be an alternating flow. Usually, the flow rate at each reaction temperature of liquid and gas is preferably 100 m / min or less, more preferably 50 m / min or less. The flow rate of each of the liquid and gas is preferably 0.0001 m / min or more, and more preferably 0.0005 / min or more.

以下、本発明を実施例および比較例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention, this invention is not limited to these Examples.

(原料、および生成物の分析)
原料および生成物の分析には、FID検出器を備えたガスクロマトグラフィー(GC)を用いた。
(Analysis of raw materials and products)
Gas chromatography (GC) equipped with an FID detector was used for analysis of raw materials and products.

仕込みの原料をA(モル)、反応後の溶液から検出された生成物をB(モル)とした場合、生成物の収率Y(%)は以下のように表される。
Y(%)=100×B/A
When the charged raw material is A (mol) and the product detected from the solution after the reaction is B (mol), the yield Y (%) of the product is expressed as follows.
Y (%) = 100 × B / A

[実施例1]
反応には被酸化物のアルコールとして乳酸エチルを用いた。この反応における酸化後の生成物はピルビン酸エチルである。反応管には内径1mm、外径1.54mmのPTFE製チューブリアクターを用いた。反応溶媒であるアセトニトリル(和光純薬工業株式会社製)100mLに乳酸エチル(和光純薬工業株式会社製)を2.36g加えA液とした。さらに反応溶媒であるアセトニトリル100mLにオキシ三塩化バナジウム(和光純薬工業株式会社製)を0.17g(等量のA液中の乳酸エステルに対して5mol%)加えB液とした。
[Example 1]
For the reaction, ethyl lactate was used as the alcohol to be oxidized. The product after oxidation in this reaction is ethyl pyruvate. As the reaction tube, a PTFE tube reactor having an inner diameter of 1 mm and an outer diameter of 1.54 mm was used. 2.100 g of ethyl lactate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to 100 mL of acetonitrile (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a reaction solvent to prepare a solution A. Further, 0.17 g of vanadium oxytrichloride (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) (5 mol% with respect to the same amount of lactic acid ester in the liquid A) was added to 100 mL of acetonitrile as a reaction solvent to prepare a liquid B.

A液とB液を1mL/minの流量で内径1mm、外径1.54mmのPTFE製チューブに流通させ、1/16インチのユニオンティーで合流させた。合流後は混合のために内径0.5mmのPTFE製チューブに縮流した。このチューブにさらにユニオンティーを用いて純酸素を1.5cc/minの流量で合流させた。酸素を導入したユニオンティーの出口以降の流路長(反応場I)は10mとした。ここで流通形式について、反応場Iのさまざまな位置において写真撮影をした結果、どの位置においても安定した交互流であった。また反応の進行に伴い気液交互流の流れ方向に向かって反応ガスのセグメント長さが減少しており、反応場Iの最後尾において20点の写真撮影をした結果、最後尾における平均セグメント長さは1.4mmであった。   Liquid A and liquid B were circulated through a PTFE tube having an inner diameter of 1 mm and an outer diameter of 1.54 mm at a flow rate of 1 mL / min, and merged with a 1/16 inch union tee. After the merging, the mixture was contracted into a PTFE tube having an inner diameter of 0.5 mm for mixing. Further, pure oxygen was joined to this tube at a flow rate of 1.5 cc / min using a union tee. The channel length (reaction field I) after the outlet of the union tee into which oxygen was introduced was 10 m. Here, as to the distribution form, as a result of taking photographs at various positions of the reaction field I, it was a stable alternating flow at any position. As the reaction progresses, the reaction gas segment length decreases in the gas-liquid alternating flow direction. As a result of taking 20 photographs at the end of the reaction field I, the average segment length at the end is shown. The thickness was 1.4 mm.

ついで、1/16インチのユニオンティーで2回目の酸素導入をした。このときの純酸素の流量は1.0cc/minとした。2回目の酸素導入をしたユニオンティーの出口以降の流路長(反応場II)は10mとした。ここで流通形式について、反応場IIのさまざまな位置において写真撮影をした結果、どの位置においても安定した交互流であった。また反応の進行に伴い気液交互流の流れ方向に向かって反応ガスのセグメント長さが減少しており、反応場IIの最後尾において20点の写真撮影をした結果、最後尾における平均セグメント長さは1.4mmであった。   Then, oxygen was introduced a second time with a 1/16 inch union tee. The flow rate of pure oxygen at this time was 1.0 cc / min. The channel length (reaction field II) after the outlet of the union tee where oxygen was introduced for the second time was 10 m. Here, as to the distribution format, as a result of taking photographs at various positions in the reaction field II, it was a stable alternating flow at any position. As the reaction progresses, the reaction gas segment length decreases in the gas-liquid alternating flow direction. As a result of taking 20 photographs at the end of the reaction field II, the average segment length at the end is shown. The thickness was 1.4 mm.

反応場における最も短いセグメント長は1.4mmであって、流路の相当直径に対する反応ガスのセグメント長さの比は1.4であった。   The shortest segment length in the reaction field was 1.4 mm, and the ratio of the segment length of the reaction gas to the equivalent diameter of the flow path was 1.4.

1回目の酸素導入から、サンプルを採取するまでの全滞留時間は143秒であった。反応部は70℃の恒温槽内で温度一定とし、反応後は純水約1mLの入ったサンプル瓶で反応液を採取し反応を停止させてGC分析により定量を行った。結果を表1および表2に示した。   The total residence time from the first oxygen introduction to taking the sample was 143 seconds. The temperature of the reaction part was kept constant in a constant temperature bath of 70 ° C. After the reaction, the reaction solution was collected in a sample bottle containing about 1 mL of pure water, the reaction was stopped, and quantitative analysis was performed by GC analysis. The results are shown in Tables 1 and 2.

[比較例1]
反応には被酸化物のアルコールとして乳酸エチルを用いた。この反応における酸化後の生成物は実施例1と同様にピルビン酸エチルである。反応管には内径1mm、外径1.54mmのPTFE製チューブリアクターを用いた。原料溶液(A液)、触媒溶液(B液)の濃度および流量条件は実施例1と同様に設定し内径1mm、外径1.54mmのPTFE製チューブに流通させ、1/16インチのユニオンティーで合流させた。合流後は混合のために内径0.5mmのPTFE製チューブに縮流した。このチューブにさらにユニオンティーを用いて純酸素を2.0cc/minの流量で合流させた。酸素を導入したユニオンティーの出口以降の流路長(反応場I)は10、20、30、40mとした。ここで流通形式は酸素ガス導入直後は安定した交互流であったが、実施例1と同様にして確認した結果、20mの地点およびそれ以降では、交互流、チャーン流、気泡流等が不規則に入り乱れた流動形式であり、平均セグメント長さは0.5mmであり、反応場における流路の相当直径に対する平均セグメント長さの比は0.5であった。酸素導入から、サンプルを採取するまでの全滞留時間は反応場Iが10mの場合で63秒、20mの場合で252秒、30mの場合で470秒、40mの場合で715秒であった。
[Comparative Example 1]
For the reaction, ethyl lactate was used as the alcohol to be oxidized. The product after oxidation in this reaction is ethyl pyruvate as in Example 1. As the reaction tube, a PTFE tube reactor having an inner diameter of 1 mm and an outer diameter of 1.54 mm was used. The concentration and flow rate conditions of the raw material solution (liquid A) and catalyst solution (liquid B) were set in the same manner as in Example 1 and were distributed through a PTFE tube having an inner diameter of 1 mm and an outer diameter of 1.54 mm, and a 1/16 inch union tee. And joined. After the merging, the mixture was contracted into a PTFE tube having an inner diameter of 0.5 mm for mixing. Pure oxygen was further joined to this tube at a flow rate of 2.0 cc / min using a union tee. The channel length (reaction field I) after the outlet of the union tee into which oxygen was introduced was 10, 20, 30, and 40 m. Here, the flow pattern was a stable alternating flow immediately after the introduction of oxygen gas, but as a result of confirmation in the same manner as in Example 1, the alternating flow, the churn flow, the bubble flow, etc. were irregular at a point of 20 m and thereafter. The average flow length was 0.5 mm, and the ratio of the average segment length to the equivalent diameter of the flow path in the reaction field was 0.5. The total residence time from the introduction of oxygen to the collection of the sample was 63 seconds when the reaction field I was 10 m, 252 seconds when 20 m, 470 seconds when 30 m, 715 seconds when 40 m, and 715 seconds when 40 m.

40mの場合、反応管出口からは酸素が回収された。実施例1に相当する収率は得られなかった。反応部は70℃の恒温槽内で温度一定とし、反応後は純水約1mLの入ったサンプル瓶で反応液を採取し反応を停止させてGC分析により定量を行った。結果を表1および表2に示した。   In the case of 40 m, oxygen was recovered from the reaction tube outlet. The yield corresponding to Example 1 was not obtained. The temperature of the reaction part was kept constant in a constant temperature bath of 70 ° C. After the reaction, the reaction solution was collected in a sample bottle containing about 1 mL of pure water, the reaction was stopped, and quantitative analysis was performed by GC analysis. The results are shown in Tables 1 and 2.

[比較例2]
純酸素の導入量を4.0cc/minの流量に設定した事以外は比較例1と同様の操作を行った。酸素導入から、サンプルを採取するまでの全滞留時間は反応場Iが10mの場合で31秒、20mの場合で80秒、30mの場合で147秒、40mの場合で246秒であった。実施例1に相当する収率を得るために必要な流路長は30mであった。最も反応ガスが消費された流路長40mの場合において、実施例1と同様にして確認した結果、流通形式は反応場Iのどの位置においても安定した交互流であり、平均セグメント長さは1.4mmであり、反応場における流路の相当直径に対する平均セグメント長さの比は1.4であった。反応部は70℃の恒温槽内で温度一定とし、反応後は純水約1mLの入ったサンプル瓶で反応液を採取し反応を停止させてGC分析により定量を行った。結果を表1および表2に示した。
[Comparative Example 2]
The same operation as in Comparative Example 1 was performed except that the introduction amount of pure oxygen was set to a flow rate of 4.0 cc / min. The total residence time from the introduction of oxygen to the collection of the sample was 31 seconds when the reaction field I was 10 m, 80 seconds when 20 m, 147 seconds when 30 m, and 246 seconds when 40 m. The flow path length necessary to obtain the yield corresponding to Example 1 was 30 m. In the case of the flow path length of 40 m where the reaction gas was consumed most, as a result of confirmation in the same manner as in Example 1, the flow format was a stable alternating flow at any position in the reaction field I, and the average segment length was 1 The ratio of the average segment length to the equivalent diameter of the flow path in the reaction field was 1.4. The temperature of the reaction part was kept constant in a constant temperature bath of 70 ° C. After the reaction, the reaction solution was collected in a sample bottle containing about 1 mL of pure water, the reaction was stopped, and quantitative analysis was performed by GC analysis. The results are shown in Tables 1 and 2.

1 A液
2 B液
3 1回目の酸素供給口
4 反応場I
5 2回目の酸素供給口
6 反応場II
7 A液
8 B液
9 1回目の酸素供給口
10 反応場I
1 A liquid 2 B liquid 3 First oxygen supply port 4 Reaction field I
5 Second oxygen supply port 6 Reaction field II
7 A liquid 8 B liquid 9 First oxygen supply port 10 Reaction field I

Claims (3)

相当直径が1μm〜5mmの流路内で反応基質と反応ガスとを反応させて化合物を製造する方法であって、反応ガスを2箇所以上から流路に導入し、反応場における流路の相当直径に対する反応ガスのセグメント長さの比が0.75以上である化合物の製造方法。   A method for producing a compound by reacting a reaction substrate and a reaction gas in a flow channel having an equivalent diameter of 1 μm to 5 mm, and introducing the reaction gas into the flow channel from two or more locations, corresponding to the flow channel in the reaction field The manufacturing method of the compound whose ratio of the segment length of the reactive gas with respect to a diameter is 0.75 or more. 反応基質がアルコール類であり、生成物がカルボニル基を含む化合物である請求項1に記載の製造方法。   The process according to claim 1, wherein the reaction substrate is an alcohol and the product is a compound containing a carbonyl group. 反応ガスが少なくとも10体積%以上酸素を含む気体である請求項2に記載の製造方法。   The production method according to claim 2, wherein the reaction gas is a gas containing at least 10% by volume of oxygen.
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