JP2021037458A - Photoreaction flow type reactor - Google Patents

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Yasuyuki Suzuki
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Abstract

To provide a photoreaction flow type reactor capable of enhancing uniformity of reaction, in addition, to provide preferably, a photoreaction flow type reactor capable of enhancing uniformity of reaction even when a Reynolds number of a reaction mixture flowing in a reactor part is small.SOLUTION: A photoreaction flow type reactor comprises: a raw material liquid feeding part; a reactor part for circulating a raw material liquid from the raw material liquid feeding part toward an outlet; a light source for irradiating the raw material liquid in the reactor part; and a structure which is detachably stored in the reactor part, and which has a single or repeated structure of a swivel flow generation member or a plate-shaped obstacle.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光反応を行うフロー式リアクターに関するものである。 The present invention relates to a flow reactor that performs a photoreaction.

フロー式リアクターは、マイクロフロー式リアクターの流路径をミリメートルオーダー又はセンチメートルオーダーまで大きくしたものであり、マイクロフロー式リアクターの高速混合性、精密温度制御性、精密滞留時間制御性などを維持しつつ、マイクロフロー式リアクターよりも操作性を高め、処理量を増大させた化学反応装置であり、原料送液部と、原料を反応させるリアクター部とから構成される。そしてフロー式リアクターはバッチ式リアクターと比べて、プロセス全体をコンパクトにでき、且つ反応の高速化、高効率化が図れるため近年注目が集まっている。例えば、特許文献1には、光源の周りを巻回する光透過性流路を反応部として有する光反応用のフロー式リアクターが開示されている。 The flow reactor is a microflow reactor in which the flow path diameter is increased to the order of millimeters or centimeters, and while maintaining the high-speed mixing, precise temperature controllability, precision residence time controllability, etc. of the microflow reactor. , It is a chemical reaction device with higher operability and increased processing amount than a microflow type reactor, and is composed of a raw material liquid feeding section and a reactor section for reacting raw materials. Compared to batch reactors, flow reactors have been attracting attention in recent years because the entire process can be made more compact, and the reaction can be made faster and more efficient. For example, Patent Document 1 discloses a flow reactor for a photoreaction having a light-transmitting flow path that winds around a light source as a reaction unit.

特開2007−75682号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-75682

しかし、光の強さは光源からの距離の2乗に反比例する。そのためフロー式リアクターでは、流路の外周近傍を通る原料液と流路の中央を通る原料液とで反応の進み方に違いが生じ、反応の均一性が低下する。
従って、本発明の目的は、反応の均一性を高めることが可能な光反応用フロー式リアクターを提供することにある。また本発明の目的は、好ましくは、リアクター部を流れる反応液のレイノルズ数が低くても、反応の均一性を高めることが可能な光反応用フロー式リアクターを提供することにある。
However, the intensity of light is inversely proportional to the square of the distance from the light source. Therefore, in the flow reactor, the reaction progresses differently between the raw material liquid passing near the outer periphery of the flow path and the raw material liquid passing through the center of the flow path, and the uniformity of the reaction is lowered.
Therefore, an object of the present invention is to provide a flow reactor for a photoreaction capable of increasing the uniformity of the reaction. Another object of the present invention is preferably to provide a flow type reactor for a photoreaction capable of improving the uniformity of the reaction even if the Reynolds number of the reaction solution flowing through the reactor portion is low.

前記課題を解決し得た本発明は、以下の通りである。
[1] 原料送液部と、前記原料送液部からの原料液を出口に向けて流通するリアクター部と、該リアクター部内の原料液を照射する光源と、前記リアクター部に着脱可能に収容される構造物とを有し、前記構造物が、旋回流発生部材又は板状障害物の単独又は繰り返し構造を有する光反応用フロー式リアクター。
[2] 前記リアクター部が管状である[1]に記載のフロー式リアクター。
[3] 前記板状障害物が、リアクター部の流路断面と同じ又は相似の平面外形と、原料液の流通口とを有しており、リアクター部の流路に直交して配設されている[1]又は[2]に記載のフロー式リアクター。
[4] 1つの板状障害物に形成された流通口の少なくとも1つの面積が、流路断面積に対して、1%以上であり、
1つの板状障害物に形成された全ての流通口の面積の合計が、流路断面積に対して、80%以下である[3]に記載のフロー式リアクター。
[5] 前記構造物が、互いに離れて設置される複数枚の邪魔板と、邪魔板どうしを連結する棒状部材で構成されている[1]〜[4]のいずれかに記載のフロー式リアクター。
[6] 前記光源が前記構造物に設けられている[1]〜[5]のいずれかに記載のフロー式リアクター。
[7] 前記光源がリアクター部の内壁に設けられている[1]〜[6]のいずれかに記載のフロー式リアクター。
[8] 前記光源がリアクター部の外に設置され、リアクター部と原料液の屈折率差が−0.5以上+0.5以下である[1]〜[7]のいずれかに記載のフロー式リアクター。
The present invention that has solved the above problems is as follows.
[1] The raw material liquid feeding unit, the reactor unit that distributes the raw material liquid from the raw material liquid feeding unit toward the outlet, the light source that irradiates the raw material liquid in the reactor unit, and the reactor unit are detachably housed in the reactor unit. A flow reactor for photochemical reaction, wherein the structure has a swirling flow generating member or a plate-like obstacle alone or repeatedly.
[2] The flow reactor according to [1], wherein the reactor portion is tubular.
[3] The plate-shaped obstacle has a planar outer shape that is the same as or similar to the cross section of the flow path of the reactor portion, and a flow port for the raw material liquid, and is arranged orthogonal to the flow path of the reactor portion. The flow reactor according to [1] or [2].
[4] The area of at least one of the distribution ports formed in one plate-shaped obstacle is 1% or more with respect to the cross-sectional area of the flow path.
The flow reactor according to [3], wherein the total area of all the flow ports formed in one plate-shaped obstacle is 80% or less with respect to the cross-sectional area of the flow path.
[5] The flow reactor according to any one of [1] to [4], wherein the structure is composed of a plurality of baffle plates installed apart from each other and a rod-shaped member connecting the baffle plates. ..
[6] The flow reactor according to any one of [1] to [5], wherein the light source is provided in the structure.
[7] The flow reactor according to any one of [1] to [6], wherein the light source is provided on the inner wall of the reactor portion.
[8] The flow equation according to any one of [1] to [7], wherein the light source is installed outside the reactor portion and the difference in refractive index between the reactor portion and the raw material liquid is −0.5 or more and +0.5 or less. reactor.

なお本明細書では、原料液と光源との最短距離を「光路長」と称する場合がある。 In the present specification, the shortest distance between the raw material liquid and the light source may be referred to as "optical path length".

本発明によれば、リアクター部に特定の構造物が収容されているため、流路の外周近傍や中央部といった原料液の通る場所による光路長の違いで起こる反応の進み方が違うという影響を解消でき、反応の均一性を高めることができる。またより好ましくは、本発明によれば、リアクター部に特定の構造物が収容されているため、リアクター部を流れる反応液のレイノルズ数が低くても、反応の均一性を高めることができる。反応の均一性を高めることにより、収率の改善や、反応に際し副産される不純物を低減させることなどが可能となる。 According to the present invention, since a specific structure is housed in the reactor portion, the reaction progresses differently depending on the place where the raw material liquid passes, such as near the outer periphery or the central portion of the flow path, due to the difference in the optical path length. It can be eliminated and the uniformity of the reaction can be improved. Further, more preferably, according to the present invention, since a specific structure is housed in the reactor portion, the uniformity of the reaction can be improved even if the Reynolds number of the reaction solution flowing through the reactor portion is low. By increasing the uniformity of the reaction, it is possible to improve the yield and reduce impurities produced as a by-product during the reaction.

図1は本発明のフロー式リアクターの一例を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the flow reactor of the present invention. 図2は本発明のリアクター部の一例を示す概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the reactor portion of the present invention. 図3は本発明の構造物の一例を示す概略斜視図である。FIG. 3 is a schematic perspective view showing an example of the structure of the present invention. 図4は本発明の構造物を構成する板状障害物の一例を示す概略斜視図である。FIG. 4 is a schematic perspective view showing an example of a plate-shaped obstacle constituting the structure of the present invention. 図5は本発明の構造物を構成する板状障害物の他の例を示す概略斜視図である。FIG. 5 is a schematic perspective view showing another example of a plate-shaped obstacle constituting the structure of the present invention. 図6(a)は本発明のリアクター部に使用する構造物の他の例を示す概略平面図であり、図6(b)は前記構造物の概略斜視図である。FIG. 6A is a schematic plan view showing another example of the structure used for the reactor portion of the present invention, and FIG. 6B is a schematic perspective view of the structure. 図7は本発明のリアクター部の他の例を示す概略断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing another example of the reactor portion of the present invention.

以下、必要に応じて図示例を参照しつつ、本発明をより詳細に説明する。
図1は本発明のフロー式リアクター10の一例を示す概略断面図であり、図2は図1のフロー式リアクター10で使用されているリアクター部20の概略断面図であり、図3はこのリアクター部20に収容されている構造物30の概略斜視図である。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to illustrated examples as necessary.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the flow type reactor 10 of the present invention, FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the reactor portion 20 used in the flow type reactor 10 of FIG. 1, and FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of this reactor. It is a schematic perspective view of the structure 30 housed in the part 20.

図1で示されるフロー式リアクター10は、発光部50と、この発光部50に沿って配置された管状のリアクター部20と、このリアクター部20の入口に接続された原料液供給ライン(原料送液部)11と、リアクター部20の出口に接続された反応液排出ライン12とを有している。この様なフロー式リアクター10では、発光部50からの光がリアクター部20内に届くため、原料液供給ライン11から原料液をリアクター部20に供給することで、該リアクター部20で光反応を起こさせることが可能である。 The flow reactor 10 shown in FIG. 1 has a light emitting unit 50, a tubular reactor unit 20 arranged along the light emitting unit 50, and a raw material liquid supply line (raw material feed) connected to the inlet of the reactor unit 20. It has a liquid unit) 11 and a reaction liquid discharge line 12 connected to the outlet of the reactor unit 20. In such a flow type reactor 10, the light from the light emitting unit 50 reaches the inside of the reactor unit 20, so that the raw material liquid is supplied to the reactor unit 20 from the raw material liquid supply line 11 to cause a photoreaction in the reactor unit 20. It is possible to wake it up.

前記リアクター部20内には、図2に示すように構造物30が収容されている。リアクター部20内で光照射を受けている原料液の層流がこの構造物30によって破壊され、リアクター部の外周近傍を流れていた原料液がリアクター部中央に向かったり、リアクター部中央を流れていた原料が外周近傍に向かったりするなど、流路の外周近傍や中央部の原料液と発光部(より正確には光源)との距離(光路長)のランダム化が生じ、光反応を均一に進行させることができる。また図2の構造物30は、リアクター部20に着脱可能であり、例えば、図示例のものでは、リアクター部の入口側キャップ21又は出口側キャップ22を取り外し可能とすることで、構造物30を着脱可能にしている。構造物30を着脱可能にすることで、反応に応じた適切な形状の構造物30に入れ替えが可能であり、またリアクター部20内や構造物30の清掃も容易になる。なお着脱には、キャップを利用した方法の他、公知の種々の方法が採用でき、例えば、構造物30を折り畳めるようにしておき、着脱時には構造物30を折り畳んでおいてリアクター部20から出し入れ可能としておき、リアクター部20内で装着するときに折り畳んでいた構造物30を開く様にしてもよい。 As shown in FIG. 2, the structure 30 is housed in the reactor unit 20. The layered flow of the raw material liquid that is irradiated with light in the reactor section 20 is destroyed by this structure 30, and the raw material liquid that has flowed near the outer periphery of the reactor section is directed toward the center of the reactor section or is flowing through the center of the reactor section. The distance (optical path length) between the raw material liquid in the vicinity of the outer circumference or the center of the flow path and the light emitting part (more accurately, the light source) is randomized, such as the raw material heading toward the outer circumference, and the photoreaction becomes uniform. Can be advanced. Further, the structure 30 of FIG. 2 can be attached to and detached from the reactor portion 20. For example, in the illustrated example, the structure 30 can be made removable by making the inlet side cap 21 or the outlet side cap 22 of the reactor portion removable. It is removable. By making the structure 30 removable, it is possible to replace the structure 30 with a structure 30 having an appropriate shape according to the reaction, and it becomes easy to clean the inside of the reactor portion 20 and the structure 30. In addition to the method using a cap, various known methods can be adopted for attachment / detachment. For example, the structure 30 can be folded, and the structure 30 can be folded and taken in / out from the reactor unit 20 at the time of attachment / detachment. The structure 30 that was folded when it was mounted in the reactor portion 20 may be opened.

図2の構造物30は、より詳細には、図3に示す様に、リアクター部20の流路23の横断面とほぼ同じ平面外形(図示例では円形)の板状障害物(邪魔板ともいう)31の1枚以上(図示例では7枚)の単独又は繰り返し構造(図示例では繰り返し構造)を有しており、該板状の障害物31は流路23に概略直交して配置されることで原料液を乱流状態にできる。また該板状の障害物31は原料液の流通口32を1つ以上(図示例では1つ)有しており、原料液(又は反応液)をリアクターの下流側に向けて送ることが可能となる。さらに前記障害物31の複数枚は、棒状部材33で連結され、リアクター部20への着脱が容易になっている。 More specifically, as shown in FIG. 3, the structure 30 of FIG. 2 has a plate-like obstacle (also an obstruction plate) having a planar outer shape (circular in the illustrated example) substantially the same as the cross section of the flow path 23 of the reactor portion 20. It has one or more (7 in the illustrated example) single or repeating structure (repeated structure in the illustrated example) of 31 (referred to as), and the plate-shaped obstacle 31 is arranged substantially orthogonally to the flow path 23. By doing so, the raw material liquid can be made into a turbulent state. Further, the plate-shaped obstacle 31 has one or more distribution ports 32 for the raw material liquid (one in the illustrated example), and the raw material liquid (or reaction liquid) can be sent toward the downstream side of the reactor. It becomes. Further, the plurality of obstacles 31 are connected by a rod-shaped member 33, and can be easily attached to and detached from the reactor portion 20.

構造物30の邪魔板31が有する流通口32の数は、例えば、1〜4、好ましくは1〜2、より好ましくは1である。流通口32の外形は、図3の様な円形状に限られず、楕円形、多角形(例えば四角形)などの種々の形状を採用できる。また、例えば、図4に示す板状障害物34の様に、円形流路が2つの半円板35で遮られた形状の流通口36であってもよい。 The number of distribution ports 32 included in the baffle plate 31 of the structure 30 is, for example, 1 to 4, preferably 1 to 2, and more preferably 1. The outer shape of the distribution port 32 is not limited to the circular shape as shown in FIG. 3, and various shapes such as an ellipse and a polygon (for example, a quadrangle) can be adopted. Further, for example, as in the plate-shaped obstacle 34 shown in FIG. 4, the distribution port 36 may have a shape in which the circular flow path is blocked by two semicircular plates 35.

板状障害物31、34に形成される流通口は、その形成場所、大きさなどが板状障害物31、34ごとに異なっていてもよい。異なる流通口を有する板状障害物31、34を並べると、混合効率をさらに高めることができる。 The distribution ports formed in the plate-shaped obstacles 31 and 34 may differ in their formation location, size, and the like for each of the plate-shaped obstacles 31 and 34. By arranging the plate-shaped obstacles 31 and 34 having different distribution ports, the mixing efficiency can be further improved.

なお図5に示す様に、板状障害物31、34は、その外周に筒部37が取り付けられていてもよい。筒部37によって板状障害物31、34の向きをより確実に固定できる。筒部37を有する場合、前記棒状部材33が筒部37間を連結してもよく、筒部37を流路方向に長くして該筒部37に複数の板状障害物31を固定することによって棒状部材33を不要にすることもできる。 As shown in FIG. 5, the plate-shaped obstacles 31 and 34 may have a tubular portion 37 attached to the outer periphery thereof. The direction of the plate-shaped obstacles 31 and 34 can be more reliably fixed by the tubular portion 37. When the tubular portion 37 is provided, the rod-shaped member 33 may connect the tubular portions 37 to each other, and the tubular portion 37 is lengthened in the flow path direction to fix the plurality of plate-shaped obstacles 31 to the tubular portion 37. It is also possible to eliminate the need for the rod-shaped member 33.

板状障害物31、34の1つ当たりの流通口32、36の面積は、流路断面積を100%とすると、例えば、1%以上、好ましくは3%以上、より好ましくは5%以上である。なお板状障害物に複数の流通口が形成されている場合、すくなくとも1つが、前記数値範囲を満足していればよく、全ての流通口がそれぞれ前記数値範囲を満足していることがより好ましい。また流通口32、36の面積の上限は、1つの板状障害物31、34に形成された流通口32、36の合計面積で規定でき、流路断面積を100%とすると前記合計面積(流通口32、36が1つの時は1つの面積)は、80%以下、好ましくは50%以下、より好ましくは30%以下である。 The area of the distribution ports 32 and 36 per of the plate-shaped obstacles 31 and 34 is, for example, 1% or more, preferably 3% or more, more preferably 5% or more, assuming that the flow path cross-sectional area is 100%. is there. When a plurality of distribution ports are formed in the plate-shaped obstacle, it is sufficient that at least one of them satisfies the above numerical range, and it is more preferable that all the distribution ports satisfy the above numerical range. .. Further, the upper limit of the area of the distribution ports 32 and 36 can be defined by the total area of the distribution ports 32 and 36 formed in one plate-shaped obstacle 31 and 34, and when the flow path cross-sectional area is 100%, the total area ( When there is one distribution port 32, 36, one area) is 80% or less, preferably 50% or less, and more preferably 30% or less.

構造物30が板状障害物31、34を複数有する場合、板状障害物31、34の間隔は一定であってもよく、一定でなくてもよい。また板状障害物31、34は、リアクター部20の上流側に偏って存在してもよく、下流側に偏って存在してもよいが、偏りなく存在することが好ましい。板状障害物31、34の間隔は、流路内径を100としたとき、例えば、30〜2000、好ましくは100〜1500、より好ましくは300〜1000である。 When the structure 30 has a plurality of plate-shaped obstacles 31 and 34, the intervals between the plate-shaped obstacles 31 and 34 may or may not be constant. Further, the plate-shaped obstacles 31 and 34 may be biased to the upstream side of the reactor portion 20 or may be biased to the downstream side, but are preferably present without bias. The distance between the plate-shaped obstacles 31 and 34 is, for example, 30 to 2000, preferably 100 to 1500, and more preferably 300 to 1000, when the inner diameter of the flow path is 100.

構造物30は、静止した構造物30に液体を流通させることで液体を混合する機能を有するもの(すなわち静止型混合器(スタティックミキサー))が適宜使用でき、上記板状障害物以外の障害物を有するものも構造物30として使用できる。例えば、図6(a)の平面図及び図6(b)の斜視図に示すような旋回流発生部材を1つ以上有するスタティックミキサー(静止型混合器)40が挙げられる。図6の構造物(スタティックミキサー)40は、流体を一方向に旋回させる第1エレメント41と、前記流体を逆方向に旋回させる第2エレメント42とを連続して有している。また第1及び第2のエレメントは、それぞれ、流路を2つに区切るブレード端(分割端)43、44を有しており、原料液を分割しつつ複雑に旋回させることで効率よく流通原料液を混合でき、光反応の均一性を高めることができる。 As the structure 30, a structure having a function of mixing the liquid by flowing the liquid through the stationary structure 30 (that is, a static mixer (static mixer)) can be appropriately used, and an obstacle other than the plate-shaped obstacle can be used as appropriate. Can also be used as the structure 30. For example, a static mixer (static mixer) 40 having one or more swirling flow generating members as shown in the plan view of FIG. 6A and the perspective view of FIG. 6B can be mentioned. The structure (static mixer) 40 of FIG. 6 has a first element 41 that swirls the fluid in one direction and a second element 42 that swirls the fluid in the opposite direction in succession. Further, the first and second elements have blade ends (divided ends) 43 and 44 that divide the flow path into two, respectively, and the raw material liquid is divided and swirled in a complicated manner to efficiently distribute the raw material. The liquids can be mixed and the uniformity of the photoreaction can be improved.

旋回流発生部(第1エレメント41、第2エレメント42など)を有する構造物30では、該旋回流発生部41、42が、棒状部材33などを介することなく、直接つながっていることが好ましく、例えば、図7の様に、第1エレメント41と第2エレメント42が交互につながって連続しつつリアクター部20に収容されていることが好ましい。 In the structure 30 having the swirling flow generating portion (first element 41, second element 42, etc.), it is preferable that the swirling flow generating portions 41, 42 are directly connected without passing through the rod-shaped member 33 or the like. For example, as shown in FIG. 7, it is preferable that the first element 41 and the second element 42 are alternately connected and continuously housed in the reactor unit 20.

旋回流発生部41、42は、リアクター部20の上流側に偏って存在してもよく、下流側に偏って存在してもよいが、上流側から下流側まで通して存在することが好ましい。旋回流発生部41、42を流路と直交する平面に投影した平面形状における円相当直径は、流路断面の円相当直径の、例えば、95%以上、好ましくは98%以上である。 The swirling flow generating portions 41 and 42 may be biased to the upstream side of the reactor portion 20 or may be biased to the downstream side, but are preferably present through from the upstream side to the downstream side. The circle-equivalent diameter in the planar shape obtained by projecting the swirling flow generating portions 41 and 42 onto a plane orthogonal to the flow path is, for example, 95% or more, preferably 98% or more of the circle-equivalent diameter of the flow path cross section.

構造物30の体積は、リアクター部20の内容積に対して、例えば、1〜80%であり、好ましくは1〜30%である。構造物30の体積が大きいほど反応の均一性が高くなり、構造物30の体積が小さいほど生産性が高くなる。 The volume of the structure 30 is, for example, 1 to 80%, preferably 1 to 30%, based on the internal volume of the reactor portion 20. The larger the volume of the structure 30, the higher the uniformity of the reaction, and the smaller the volume of the structure 30, the higher the productivity.

前記構造物30をリアクター部20に収容することによって、リアクター部20内を流れる原料液のレイノルズ数が、例えば、1〜30、好ましくは1〜20、より好ましくは1〜10と低い場合であっても、レイノズル数が200以上の場合と同等の効果が得られる。なお得られる効果としては、例えば、レイノズル数が8000以下の場合と同等であってもよく、特に2000以下の場合と同等であってもよい。 By accommodating the structure 30 in the reactor unit 20, the Reynolds number of the raw material liquid flowing in the reactor unit 20 is as low as, for example, 1 to 30, preferably 1 to 20, and more preferably 1 to 10. However, the same effect as when the number of Ray nozzles is 200 or more can be obtained. The effect to be obtained may be, for example, the same as when the number of ray nozzles is 8000 or less, and in particular, the same as when 2000 or less.

構造物30には、必要に応じて触媒を担持して固液反応を行ってもよく、光をより効率よく透過させる観点からは、構造物30に触媒を担持しない反応が好ましい。なお、構造物30に触媒を担持する場合、後述の構造物30の屈折率とは、構造物30及び担持した触媒の加重平均での屈折率のことである。 A catalyst may be supported on the structure 30 to carry out a solid-liquid reaction, and from the viewpoint of more efficiently transmitting light, a reaction in which a catalyst is not supported on the structure 30 is preferable. When a catalyst is supported on the structure 30, the refractive index of the structure 30 described later is the refractive index of the structure 30 and the supported catalyst as a weighted average.

構造物30の屈折率は、原料液の屈折率に近いほど好ましい。屈折率差が小さいほど、原料液と構造物30の界面での光の屈折や反射を低減でき、光路長差が生じにくくなって、光反応の均一性を高めることができる。構造物30と原料液の屈折率差は、好ましくは−0.5以上+0.5以下であり、より好ましくは−0.4以上+0.4以下であり、さらに好ましくは−0.3以上+0.3以下である。なお屈折率は、NaのD線(589.3nm)で定められる。
なお、後述する様に、本発明ではリアクター部20内に光源を設けてもよく、この場合、光源の設置場所によっては、構造物30に前記屈折率差を有さないものも好ましく使用可能である。
The refractive index of the structure 30 is preferably closer to the refractive index of the raw material liquid. The smaller the difference in refractive index, the more the refraction and reflection of light at the interface between the raw material liquid and the structure 30 can be reduced, the less likely the difference in optical path lengths to occur, and the more uniform the photoreaction can be. The difference in refractive index between the structure 30 and the raw material liquid is preferably -0.5 or more and +0.5 or less, more preferably -0.4 or more and +0.4 or less, and further preferably -0.3 or more and +0. It is 0.3 or less. The refractive index is determined by the D line of Na (589.3 nm).
As will be described later, in the present invention, a light source may be provided in the reactor unit 20, and in this case, depending on the installation location of the light source, a structure 30 having no difference in refractive index can be preferably used. is there.

構造物30の材料としては例えば、石英、光学ガラス、フッ素樹脂(テフロン(登録商標)等)、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フッ化ビニリデン、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、アクリルゴム、ポリプロピレン、アクリル樹脂、ブチルゴム、ナイロン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、ポリメタクリル酸樹脂、ニトリルゴム、MBS樹脂などの透明材料、アルミニウム、ステンレスなどの金属材料、セラミックスなどが挙げられる。原料液が透明な溶液の場合には、原料液に対する耐久性がある透明材料が好ましく使用でき、原料液の屈折率が大きい場合には、原料液に対する耐久性があり、該原料液との屈折率差が−0.5以上+0.5以下となる材料が好ましく使用できる。 Examples of the material of the structure 30 include quartz, optical glass, fluororesin (Teflon (registered trademark), etc.), fluororubber, silicone rubber, vinylidene fluoride, silicone resin, silicone rubber, acrylic rubber, polypropylene, acrylic resin, and butyl rubber. , Nylon, polyethylene, polystyrene, polyester resin, melamine resin, polymethacrylic acid resin, nitrile rubber, transparent materials such as MBS resin, metal materials such as aluminum and stainless steel, ceramics and the like. When the raw material liquid is a transparent solution, a transparent material having durability against the raw material liquid can be preferably used, and when the refractive index of the raw material liquid is large, it has durability against the raw material liquid and refraction with the raw material liquid. A material having a rate difference of −0.5 or more and +0.5 or less can be preferably used.

図1の例では、管状リアクターユニット24の2本がチューブ13で連結されて1つのリアクター部20を形成しているが、リアクター部の本数は特に限定されない。例えば、前記チューブ13を外し、管状リアクターユニット24それぞれに原料液供給ラインと反応液排出ラインを接続すれば、2つのリアクター部にすることができる。また図示したもの以外のリアクター部20を追加して、3つ以上のリアクター部を有する態様にしてもよい。 In the example of FIG. 1, two tubular reactor units 24 are connected by a tube 13 to form one reactor portion 20, but the number of reactor portions is not particularly limited. For example, if the tube 13 is removed and the raw material liquid supply line and the reaction liquid discharge line are connected to each of the tubular reactor units 24, two reactor portions can be formed. Further, a reactor unit 20 other than the one shown in the drawing may be added to form a mode having three or more reactor units.

リアクター部20が管状のとき、管状リアクター部20の断面形状は、円形の他、楕円形、多角形(四角形、六角形など)であってもよい。さらに必要により、面状リアクター部を使用してもよい。また管状のリアクター部20は、中空状硬質部材によって形成されていてもよく、中空状軟質部材で形成されていてもよい。硬質部材で形成される管状リアクター部20は、通常、直線状(棒状)であり、軟質部材で形成される管状リアクター部20は、直線状及び曲線状であってもよく、螺旋状であってもよい。 When the reactor portion 20 is tubular, the cross-sectional shape of the tubular reactor portion 20 may be elliptical or polygonal (square, hexagon, etc.) as well as circular. Further, if necessary, a planar reactor unit may be used. Further, the tubular reactor portion 20 may be formed of a hollow hard member or a hollow soft member. The tubular reactor portion 20 formed of a hard member is usually linear (rod-shaped), and the tubular reactor portion 20 formed of a soft member may be linear or curved, or spiral. May be good.

リアクター部20が管状のとき、管状リアクター部20の軸方向の長さは、例えば、1cm以上、好ましくは5cm以上である。管状リアクター部20の軸方向長さの上限は特に限定されないが、例えば、500m以下、好ましくは300m以下である。管状リアクター部20の長さは、反応液の滞留時間などに応じて適宜決定できる。 When the reactor portion 20 is tubular, the axial length of the tubular reactor portion 20 is, for example, 1 cm or more, preferably 5 cm or more. The upper limit of the axial length of the tubular reactor portion 20 is not particularly limited, but is, for example, 500 m or less, preferably 300 m or less. The length of the tubular reactor portion 20 can be appropriately determined according to the residence time of the reaction solution and the like.

リアクター部20が管状のとき、管状リアクター部20の流路断面の円相当直径は、光照射効率、除熱効率などを考慮して、例えば、0.1mm以上100mm以下である。構造物30の着脱のしやすさから、好ましくは1mm以上70mm以下である。 When the reactor portion 20 is tubular, the diameter equivalent to a circle in the cross section of the flow path of the tubular reactor portion 20 is, for example, 0.1 mm or more and 100 mm or less in consideration of light irradiation efficiency, heat removal efficiency, and the like. From the viewpoint of ease of attaching and detaching the structure 30, it is preferably 1 mm or more and 70 mm or less.

リアクター部20が管状のとき、管状リアクター部20の流路断面の円相当直径は、光照射を受ける部分全体で一定であってもよく、光反応の進行のコントロールや除熱性能のコントロールのために、管状リアクター部20の光照射を受ける部分の途中で円相当直径を一回または複数回変更してもよい。また、前記流路断面の円相当直径は、徐々に変化してもよく、ある箇所を境に大きく変化させてもよい。前記円相当直径に応じて、構造物30の大きさを変化させてもよく、リアクター部全体で構造物30の大きさが一様であってもよく、管状リアクター部20の円相当径の軸方向変化と構造物30との関係は反応に応じて適宜設計すればよい。 When the reactor portion 20 is tubular, the circle-equivalent diameter of the flow path cross section of the tubular reactor portion 20 may be constant over the entire portion to be irradiated with light, in order to control the progress of the photochemical reaction and the heat removal performance. In addition, the diameter corresponding to the circle may be changed once or a plurality of times in the middle of the portion of the tubular reactor portion 20 that receives light irradiation. Further, the circle-equivalent diameter of the cross section of the flow path may be gradually changed, or may be greatly changed at a certain point as a boundary. The size of the structure 30 may be changed according to the equivalent diameter of the circle, the size of the structure 30 may be uniform in the entire reactor portion, and the shaft of the equivalent diameter of the circle of the tubular reactor portion 20. The relationship between the direction change and the structure 30 may be appropriately designed according to the reaction.

リアクター部20の壁部25の屈折率は、原料液の屈折率に近いほど好ましい。屈折率差が小さいほど、原料液とリアクター部20の界面での光の屈折や反射を低減でき、光路長差が生じにくくなって、光反応の均一性を高めることができる。リアクター部20の壁部25と原料液の屈折率差は、−0.5以上+0.5以下であり、好ましくは−0.4以上+0.4以下であり、より好ましくは−0.3以上+0.3以下である。なお屈折率は、NaのD線(589.3nm)で定められる。
なお、後述する様に、本発明ではリアクター部20内に光源を設けてもよく、この場合、リアクター部20に前記屈折率差を有さないものも使用可能である。
The refractive index of the wall portion 25 of the reactor portion 20 is preferably closer to the refractive index of the raw material liquid. The smaller the difference in refractive index, the more the refraction and reflection of light at the interface between the raw material liquid and the reactor portion 20 can be reduced, the less the difference in optical path length occurs, and the more uniform the photoreaction can be. The difference in refractive index between the wall portion 25 of the reactor portion 20 and the raw material liquid is -0.5 or more and +0.5 or less, preferably -0.4 or more and +0.4 or less, and more preferably -0.3 or more. It is +0.3 or less. The refractive index is determined by the D line of Na (589.3 nm).
As will be described later, in the present invention, a light source may be provided in the reactor unit 20, and in this case, a reactor unit 20 having no difference in refractive index can also be used.

リアクター部20には、原料液に対する耐久性がある透明材料が使用でき、例えば、石英、光学ガラス、フッ素樹脂(テフロン(登録商標)等)、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フッ化ビニリデン、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、アクリルゴム、ポリプロピレン、アクリル樹脂、ブチルゴム、ナイロン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、ポリメタクリル酸樹脂、ニトリルゴム、MBS樹脂などが挙げられる。 A transparent material that is durable against the raw material liquid can be used for the reactor unit 20, and for example, quartz, optical glass, fluororesin (Teflon (registered trademark), etc.), fluororubber, silicone rubber, vinylidene fluoride, silicone resin, etc. Examples thereof include silicone rubber, acrylic rubber, polypropylene, acrylic resin, butyl rubber, nylon, polyethylene, polystyrene, polyester resin, melamine resin, polymethacrylic acid resin, nitrile rubber, MBS resin and the like.

図1の例は、管状リアクター部20の外部に長軸状(図示例では棒状)の発光部50を有する例である。外部長軸状発光部50は、管状リアクター部20が直線型(棒型)の場合、管状リアクター部20と平行して設けられることが好ましい。発光部50とリアクター部20を互いに平行になる様に配設すると、リアクター部20界面での光の反射や屈折が生じにくくなり、リアクター部20内への照射光量の制御が容易になる。また、図1に示す様に、管状リアクター部20は、一方から外部長軸状発光部50で照射されてもよいが、さらに外部長軸状発光部(特に棒状発光部)50を追加して、管状リアクター部20を多方向から照射できるようにしてもよい。
外部発光部50の形状は長軸状のものに限定されず、球状などの適当な形状のものが採用できる。適当な形状(例えば円筒型)の外部発光部50の外周に管状リアクター部20を螺旋状に巻き付けてもよい。外部発光部に流路を螺旋状に巻き付けると、単位体積当たりのリアクター部20の体積を増やすことができ、光反応の効率化と光反応装置のコンパクト化とが可能になる。
The example of FIG. 1 is an example in which a long-axis (rod-shaped in the illustrated example) light emitting portion 50 is provided outside the tubular reactor portion 20. When the tubular reactor portion 20 is a linear type (rod type), the external long-axis light emitting portion 50 is preferably provided in parallel with the tubular reactor portion 20. When the light emitting unit 50 and the reactor unit 20 are arranged so as to be parallel to each other, reflection and refraction of light at the interface of the reactor unit 20 are less likely to occur, and the amount of irradiation light into the reactor unit 20 can be easily controlled. Further, as shown in FIG. 1, the tubular reactor portion 20 may be irradiated from one side by the external long-axis light emitting portion 50, but an external long-axis light emitting portion (particularly a rod-shaped light emitting portion) 50 may be further added. , The tubular reactor portion 20 may be irradiated from multiple directions.
The shape of the external light emitting unit 50 is not limited to the long axis shape, and an appropriate shape such as a spherical shape can be adopted. The tubular reactor portion 20 may be spirally wound around the outer circumference of the external light emitting portion 50 having an appropriate shape (for example, a cylindrical shape). By spirally winding the flow path around the external light emitting unit, the volume of the reactor unit 20 per unit volume can be increased, and the efficiency of the photochemical reaction and the compactness of the photoreactive device can be made possible.

図1の例は、点状光源51が管状リアクター部20の軸方向に沿って並ぶ点光源型の発光部になっているが、面状光源を有する面光源型発光部であってもよい。
また光源を外部発光部に設ける必要はなく、管状リアクター部20内に光源を設けてもよい。例えば、構造物30に光源を設けてもよく、より具体的には、板状障害物31、34に光源を設けてもよく、棒状部材33又は筒部37に光源を設けてもよく、旋回流発生部41、42に光源を設けてもよい。また管状リアクター部20の壁部25に光源を設けてもよい。光源をリアクター部20内に設けると、フロー式リアクターをコンパクトにできる。光源をリアクター部20内に設ける場合、反応液と光源が直に接しないように、耐溶剤性の透明部材で光源をカバーしておくことが好ましい。
In the example of FIG. 1, the point light source 51 is a point light source type light emitting unit arranged along the axial direction of the tubular reactor unit 20, but it may be a surface light source type light emitting unit having a planar light source.
Further, it is not necessary to provide the light source in the external light emitting portion, and the light source may be provided in the tubular reactor portion 20. For example, the structure 30 may be provided with a light source, more specifically, the plate-shaped obstacles 31 and 34 may be provided with a light source, or the rod-shaped member 33 or the tubular portion 37 may be provided with a light source. A light source may be provided in the flow generating portions 41 and 42. Further, a light source may be provided on the wall portion 25 of the tubular reactor portion 20. When the light source is provided in the reactor unit 20, the flow type reactor can be made compact. When the light source is provided in the reactor unit 20, it is preferable to cover the light source with a solvent-resistant transparent member so that the reaction solution and the light source do not come into direct contact with each other.

前記光源は、リアクター部20の上流から下流にかけて均等に存在していてもよく、上流側に偏って存在してもよく、下流側に存在してもよい。光源が上流側に偏って存在する場合、前記構造物はリアクター部20の少なくとも上流側に存在することが好ましい。光源が下流側に偏って存在する場合、前記構造物はリアクター部20の少なくとも下流側に存在することが好ましい。 The light source may be evenly present from the upstream to the downstream of the reactor unit 20, may be biased toward the upstream side, or may be present at the downstream side. When the light source is biased to the upstream side, it is preferable that the structure is present at least on the upstream side of the reactor portion 20. When the light source is unevenly distributed on the downstream side, it is preferable that the structure is present at least on the downstream side of the reactor unit 20.

前記光源としては、水銀ランプ、アセチレンランプ、無電極放電灯、HIDランプ、低圧放電灯、発光ダイオード(LED)、蛍光灯、冷陰極型蛍光管、外部電極型蛍光管(EEFL)、エレクトロルミネセンスライト、レーザー、放射光などの人工光源を用いることが好ましいが、天然光源を用いてもよい。天然光源は、集光されたものであってもよく、特定の波長以外の光をカットしたものでもよい。前記光源としては、波長、強度などが異なる複数を組み合わせたものでもよい。波長、強度などが異なる光源を複数有することで、反応に応じて適切な波長や強度を選択でき、また反応の進行に合わせて波長や強度を変更することもでき、反応途中で調光することもできる。さらに光源を点滅する様にしてもよい。 Examples of the light source include mercury lamps, acetylene lamps, electrodeless discharge lamps, HID lamps, low pressure discharge lamps, light emitting diodes (LEDs), fluorescent lamps, cold cathode fluorescent tubes, external electrode fluorescent tubes (EEFL), and electroluminescence. It is preferable to use an artificial light source such as a light, a laser, or a radiated light, but a natural light source may be used. The natural light source may be a focused one or one that cuts light other than a specific wavelength. The light source may be a combination of a plurality of light sources having different wavelengths, intensities, and the like. By having multiple light sources with different wavelengths and intensities, it is possible to select an appropriate wavelength and intensity according to the reaction, and it is also possible to change the wavelength and intensity according to the progress of the reaction. You can also. Further, the light source may be blinked.

原料液から光源までの最短距離(光路長)は、原料液の表層部、最深部などの各部に応じて決定され、例えば、0.1mm〜3m、好ましくは0.1mm〜30cm、より好ましくは0.1mm〜10cmである。 The shortest distance (optical path length) from the raw material liquid to the light source is determined according to each part such as the surface layer portion and the deepest portion of the raw material liquid, and is, for example, 0.1 mm to 3 m, preferably 0.1 mm to 30 cm, more preferably 0.1 mm to 30 cm. It is 0.1 mm to 10 cm.

図1の例は、リアクター部20がジャケット15に収容され、反応温度が調節可能になっている例である。フロー式リアクターは、外部温度に対する応答性が優れている特徴があり、ジャケット15を使用することでより精度のよい温度調節が可能となる。ジャケット15と異なる温度調節設備を使用してもよく、例えば、温度調節媒体で内部を満たした浴を用いてもよい。なおジャケット15、浴などの温度調節設備の使用は必須ではないが、温度調節設備(ジャケット15など)と外部発光部50を使用する場合には、図1に示す様に、外部発光部50も温度調節設備(ジャケット15など)に収容することが好ましい。 The example of FIG. 1 is an example in which the reactor portion 20 is housed in the jacket 15 and the reaction temperature can be adjusted. The flow reactor has a feature of being excellent in responsiveness to an external temperature, and by using the jacket 15, more accurate temperature control becomes possible. A temperature control facility different from that of the jacket 15 may be used, and for example, a bath whose inside is filled with a temperature control medium may be used. It is not essential to use temperature control equipment such as jacket 15 and bath, but when using temperature control equipment (jacket 15 etc.) and external light emitting unit 50, as shown in FIG. 1, the external light emitting unit 50 is also used. It is preferably housed in a temperature control facility (jacket 15, etc.).

原料送液部11は、送液する原料液に応じて適当な構造を採用できる。例えば液体原料を単独で原料液として使用する場合、原料液収納容器とリアクター部20とをつなぐラインを原料送液部(原料液供給ライン)11として使用できる。さらに原料を他の原料及び/又は溶媒と混合したものを原料液として使用する場合、この混合物を収容した容器とリアクター部20とをつなぐラインを原料送液部(原料液供給ライン)11として使用できる。また原料を他の原料及び/又は溶媒と混合したものを原料液として使用する場合、混合成分それぞれに対応する供給ラインに混合器を接続し、この混合器で調製された原料液を原料液供給ライン11から供給する様にしてもよい。混合成分供給ラインと混合器を使用することで、作業性がさらに向上する。前記混合成分供給ラインのうち少なくとも1つは原料の1種以上を含む液体の供給ラインであることが好ましく、残りは、他の原料及び/又は溶媒を含む液体の供給ラインであることが好ましいが、気体原料を含む供給ラインであってもよい。 The raw material feeding unit 11 can adopt an appropriate structure depending on the raw material liquid to be sent. For example, when the liquid raw material is used alone as the raw material liquid, the line connecting the raw material liquid storage container and the reactor unit 20 can be used as the raw material liquid feeding unit (raw material liquid supply line) 11. Further, when a mixture of the raw material with another raw material and / or a solvent is used as the raw material liquid, the line connecting the container containing this mixture and the reactor unit 20 is used as the raw material liquid feeding unit (raw material liquid supply line) 11. it can. When a mixture of raw materials with other raw materials and / or a solvent is used as the raw material liquid, a mixer is connected to a supply line corresponding to each of the mixed components, and the raw material liquid prepared by this mixer is supplied as the raw material liquid. It may be supplied from the line 11. Workability is further improved by using a mixed component supply line and a mixer. It is preferable that at least one of the mixed component supply lines is a liquid supply line containing one or more of the raw materials, and the rest is a liquid supply line containing other raw materials and / or a solvent. , It may be a supply line containing a gas raw material.

原料送液部11は、ダイヤフラムポンプ、ギアポンプなどの送液制御部を備えていることが望ましい。また送液制御部はポンプに限定されず、例えば、内圧が高められた原料液収容容器であってもよい。送液制御部の数は、原料液供給ライン、混合成分供給ラインなどの各種供給ラインの数と同じであってもよく、供給ラインの数より少なくても多くてもよい。また、適当な脈動発生機構、振動発生装置などを取り付け、原料液をリアクター部20内で前後方向に流動させたり、振動させたりすることで、原料液と構造物30とを相互作用させ、渦流を形成して混合性を向上させてもよい。 It is desirable that the raw material liquid feeding unit 11 includes a liquid feeding control unit such as a diaphragm pump and a gear pump. Further, the liquid feed control unit is not limited to the pump, and may be, for example, a raw material liquid storage container in which the internal pressure is increased. The number of liquid feed control units may be the same as the number of various supply lines such as the raw material liquid supply line and the mixed component supply line, and may be less or more than the number of supply lines. Further, by attaching an appropriate pulsation generation mechanism, vibration generator, etc., and causing the raw material liquid to flow or vibrate in the reactor section 20 in the front-rear direction, the raw material liquid and the structure 30 interact with each other to cause a vortex flow. May be formed to improve the mixing property.

リアクター部20には、必要に応じてその途中に第2薬液流入ラインを接続してもよく、分岐構造を挿入してもよい。第2薬液流入ラインを接続すると、リアクター部20でそれまでに生じた反応物と第2薬液とを反応させることができ、リアクター部20で複雑な反応を行うことができる。また第2薬液がクエンチ剤の場合、反応を停止できる。分岐構造を挿入すると、反応液の一部を途中から抜き出すことができる。 A second chemical inflow line may be connected to the reactor unit 20 in the middle thereof, or a branch structure may be inserted in the reactor unit 20, if necessary. When the second chemical inflow line is connected, the reactants generated so far in the reactor section 20 can be reacted with the second chemical solution, and the reactor section 20 can carry out a complicated reaction. When the second chemical solution is a quenching agent, the reaction can be stopped. By inserting the branched structure, a part of the reaction solution can be extracted from the middle.

光反応用フロー式リアクター10には、必要に応じて、測定装置(モニタリング装置)を適宜設けてもよい。例えば、構造物30、40に圧力センサー、温度センサー、流量センサー、粒度分布測定プローブなどを適宜取り付けたり、リアクター部20の途中2箇所に分岐点を設けて該分岐点間をつなぐ平行ラインを形成し、この平行ラインに圧力センサー、温度センサー、流量センサー、粒度分布測定プローブなどを適宜取り付けてもよい。これら測定装置を取り付けることで、より適切な反応制御が可能になる。 A measuring device (monitoring device) may be appropriately provided in the flow type reactor 10 for photoreaction, if necessary. For example, a pressure sensor, a temperature sensor, a flow rate sensor, a particle size distribution measurement probe, etc. are appropriately attached to the structures 30 and 40, or branch points are provided at two points in the middle of the reactor portion 20 to form parallel lines connecting the branch points. Then, a pressure sensor, a temperature sensor, a flow rate sensor, a particle size distribution measuring probe, or the like may be appropriately attached to the parallel lines. By installing these measuring devices, more appropriate reaction control becomes possible.

光反応用フロー式リアクター10の反応液排出ライン12は、必要に応じて、反応液貯蔵タンクに接続していてもよい。
光反応用フロー式リアクター10は、例えば、流体の光反応操作の一例である。すなわち本発明は、前述した光反応用フロー式リアクター10を有する製造設備も包含する。
The reaction liquid discharge line 12 of the flow type reactor 10 for photoreaction may be connected to the reaction liquid storage tank, if necessary.
The flow reactor 10 for photoreaction is, for example, an example of a photoreaction operation of a fluid. That is, the present invention also includes the manufacturing equipment having the above-mentioned flow reactor 10 for photoreaction.

光反応用フロー式リアクター10に使用可能な反応溶媒としては、例えば、n−ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、4−メチルテトラヒドロピラン、メチル−tert−ブチルエーテル、1,4−ジオキサン、シクロペンチルメチルエーテル等のエーテル系溶媒、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、tert−ブタノール、ベンジルアルコール等のアルコール系溶媒、塩化メチレン、クロロホルム、1,1,1−トリクロロエタン、クロロベンゼン等のハロゲン系溶媒、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル等のニトリル系溶媒、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピオリドン等のアミド系溶媒等が例示される。これらの反応溶媒は、単独あるいは2種類以上を混合して使用してもよい。 Examples of the reaction solvent that can be used in the flow reactor 10 for photoreaction include an aliphatic hydrocarbon solvent such as n-hexane, cyclohexane, and methylcyclohexane, an aromatic hydrocarbon solvent such as benzene, toluene, and xylene, and diethyl. Ether-based solvents such as ether, diisopropyl ether, tetrahydrofuran, 2-methyl tetrahydrofuran, 4-methyltetrahydropyran, methyl-tert-butyl ether, 1,4-dioxane, cyclopentylmethyl ether, methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n -Alcohol solvents such as butanol, tert-butanol and benzyl alcohol, halogen solvents such as methylene chloride, chloroform, 1,1,1-trichloroethane and chlorobenzene, ester solvents such as ethyl acetate, propyl acetate and butyl acetate, acetone , Methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone and other ketone solvents, acetonitrile, propionitrile, butyronitrile and other nitrile solvents, N, N-dimethylacetamide, N-methylpiolidone and other amide solvents and the like. These reaction solvents may be used alone or in admixture of two or more.

光反応用フロー式リアクター10では、種々の光反応が実施でき、例えば、シス−トランス異性化反応、転移反応、環状付加反応、開裂反応等、光照射により発生するあらゆる反応に適応可能である。リアクター部へ流通する流体にも特に制限はなく、溶液系での光反応、気液系での光反応、固液系での光反応等に適用可能である。 In the flow reactor 10 for photoreaction, various photoreactions can be carried out, and it can be applied to all reactions generated by light irradiation, such as cis-trans isomerization reaction, rearrangement reaction, cycloaddition reaction, and cleavage reaction. The fluid flowing to the reactor section is not particularly limited, and can be applied to a photoreaction in a solution system, a photoreaction in a gas-liquid system, a photoreaction in a solid-liquid system, and the like.

反応時におけるリアクター部20の温度は、反応溶媒の沸点以下で凝固点以上であれば特に制限されず、好ましくは−80℃以上、より好ましくは−60℃以上、さらに好ましくは−40℃以上であり、好ましくは200℃以下、より好ましくは180℃以下である。 The temperature of the reactor unit 20 during the reaction is not particularly limited as long as it is below the boiling point of the reaction solvent and above the freezing point, and is preferably −80 ° C. or higher, more preferably −60 ° C. or higher, still more preferably −40 ° C. or higher. It is preferably 200 ° C. or lower, more preferably 180 ° C. or lower.

リアクター部における反応流体の流速は、好ましくは2m/s以下、より好ましくは1.5m/s以下である。また、照射時間(滞留時間)は好ましくは180分以下、より好ましくは120分以下、さらに好ましくは60分以下である。 The flow velocity of the reaction fluid in the reactor section is preferably 2 m / s or less, more preferably 1.5 m / s or less. The irradiation time (residence time) is preferably 180 minutes or less, more preferably 120 minutes or less, and further preferably 60 minutes or less.

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited by the following examples as well as the present invention, and appropriate modifications are made to the extent that it can be adapted to the gist of the above and the following. Of course, it is possible to carry out, and all of them are included in the technical scope of the present invention.

以下の実施例1〜2、及び比較例1〜3に記載しているパテルノ・ビュッヒ反応は、ガスクロマトグラフィー(GC)法により分析し、収率及び不純物の割合を算出した。 The Paterno-Buch reaction described in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 below was analyzed by a gas chromatography (GC) method, and the yield and the proportion of impurities were calculated.

実施例1〜2、及び比較例1〜3に記載しているパテルノ・ビュッヒ反応は、下記化学式で示す様に、カルボニルとアルケンからオキセタンを合成する光反応である。 The Paterno-Buch reaction described in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 is a photoreaction that synthesizes oxetane from carbonyl and alkene, as shown by the following chemical formula.

Figure 2021037458
Figure 2021037458

本反応における収率は、以下の式により算出した。
収率=(反応液中のオキセタン濃度)/(反応前ベンゾイルギ酸エチル濃度)×100
なお、本反応における主な副生成物はベンズアルデヒドであり、不純物の割合は、以下の式により算出した。
不純物の割合=(反応液中のベンズアルデヒド濃度)/(反応液中のオキセタン濃度)×100
The yield in this reaction was calculated by the following formula.
Yield = (Oxetane concentration in reaction solution) / (Ethyl benzoylate concentration before reaction) x 100
The main by-product in this reaction was benzaldehyde, and the proportion of impurities was calculated by the following formula.
Percentage of impurities = (Benzaldehyde concentration in reaction solution) / (Oxetane concentration in reaction solution) x 100

GC条件は以下の通りである。
使用装置 GC2014(SHIMADZU社製)
GC測定条件
カラム:SUPELCO WAX(シグマアルドリッチジャパン(株)製)
カラム長さ:30m
内径:0.25mm
液相の膜厚:0.25μm
検出器:FID(Flame Ionization Detector)
キャリアガス:He
ガス流量:50ml/min
温度パターン:50℃ 10分ホールド→160℃(20℃/min)→15分ホールド
注入量:1.0μl
The GC conditions are as follows.
Equipment used GC2014 (manufactured by SHIMADZU)
GC measurement conditions Column: SUPELCO WAX (manufactured by Sigma-Aldrich Japan Co., Ltd.)
Column length: 30m
Inner diameter: 0.25 mm
Liquid phase film thickness: 0.25 μm
Detector: FID (Flame Ionization Detector)
Carrier gas: He
Gas flow rate: 50 ml / min
Temperature pattern: 50 ° C for 10 minutes hold → 160 ° C (20 ° C / min) → 15 minutes hold Injection amount: 1.0 μl

(実施例1)
内径5mm、軸方向の長さが20cm、屈折率が1.3のテフロン(登録商標)チューブのリアクター部に、前記リアクター部の流路断面と同じ平面外形で、内径1.5mmの円形の流通口を1つ有する厚さ1.2mm、SUS316製の邪魔板を、リアクター部の流路に直交するように3cm間隔で6枚配設した。なお前記6枚の邪魔板どうしは、太さ1mm、長さ20cm、SUS316製の2本の棒状部材で連結された構造物である。さらに前記リアクター部の外部に、中心波長が365nmのブラックライト蛍光灯(10W)を光源として、表層部の光路長が1mmとなるように設置し、前記リアクター部の入り口と原料送液部とを接続して、光反応用フロー式リアクターを得た。得られた光反応用フロー式リアクターを用いて、上記のパテルノ・ビュッヒ反応を実施した。0.01Mのベンゾイルギ酸エチルと0.02Mの2,3−ジメチル−2−ブテンを混合したトルエン溶解液(屈折率:1.5)を調製し、流速1ml/min(レイノルズ数6.2相当)、照射時間200秒、に設定してリアクター部に通液したところ、反応後のオキセタンの収率は17.2%、オキセタンに対する主要不純物の割合は14.7%だった。
(Example 1)
Circular circulation with an inner diameter of 5 mm, an axial length of 20 cm, and a refractive index of 1.3 in the reactor portion of a Teflon (registered trademark) tube having the same planar outer shape as the flow path cross section of the reactor portion and an inner diameter of 1.5 mm. Six 1.2 mm-thick SUS316 baffle plates having one mouth were arranged at 3 cm intervals so as to be orthogonal to the flow path of the reactor portion. The six baffle plates are a structure in which two rod-shaped members having a thickness of 1 mm and a length of 20 cm and made of SUS316 are connected to each other. Further, outside the reactor section, a black light fluorescent lamp (10 W) having a central wavelength of 365 nm is used as a light source, and the surface layer section is installed so that the optical path length is 1 mm. It was connected to obtain a flow reactor for photoreaction. The above-mentioned Paterno-Büch reaction was carried out using the obtained flow reactor for photoreaction. A toluene solution (refractive index: 1.5) prepared by mixing 0.01 M ethyl benzoate and 0.02 M 2,3-dimethyl-2-butene was prepared, and the flow rate was 1 ml / min (equivalent to 6.2 Reynolds number). ), The irradiation time was set to 200 seconds, and the liquid was passed through the reactor section. The yield of oxetane after the reaction was 17.2%, and the ratio of the major impurities to oxetane was 14.7%.

(実施例2)
光源として、ブラックライトの代わりに中心波長が365nmのLED(20W)を設置した以外は実施例1と同様の光反応用フロー式リアクターを用いて、実施例1と同様の反応液を同様の条件で通液(レイノルズ数6.2相当)し、上記のパテルノ・ビュッヒ反応を実施した。反応後のオキセタンの収率は29.9%、オキセタンに対する主要不純物の割合は30.4%だった。
(Example 2)
As a light source, an LED (20 W) having a central wavelength of 365 nm was installed instead of the black light, and the same flow reactor for photoreaction as in Example 1 was used, and the same reaction solution as in Example 1 was used under the same conditions. The liquid was passed through (equivalent to a Reynolds number of 6.2), and the above-mentioned Paterno-Büch reaction was carried out. The yield of oxetane after the reaction was 29.9%, and the ratio of major impurities to oxetane was 30.4%.

(比較例1)
構造物がリアクター部に収容されていない以外は実施例1と同様の光反応用フロー式リアクターを用いて、上記のパテルノ・ビュッヒ反応を実施した。実施例1と同様の反応液を同様の条件で通液(レイノルズ数6.2)したところ、反応後のオキセタンの収率は14.6%、オキセタンに対する主要不純物の割合は20.0%だった。
(Comparative Example 1)
The above-mentioned Paterno-Buch reaction was carried out using the same flow-type reactor for photoreaction as in Example 1 except that the structure was not housed in the reactor section. When the same reaction solution as in Example 1 was passed under the same conditions (Reynolds number 6.2), the yield of oxetane after the reaction was 14.6%, and the ratio of major impurities to oxetane was 20.0%. It was.

(比較例2)
比較例1と同様のリアクター、反応液を用いて、流速68ml/min(レイノルズ数424)に設定して、単位体積当たりの照射時間が比較例1と同等になるように循環しながら上記のパテルノ・ビュッヒ反応をしたところ、反応後のオキセタンの収率は18.9%、オキセタンに対する主要不純物の割合は24.8%だった。
(Comparative Example 2)
Using the same reactor and reaction solution as in Comparative Example 1, the flow rate was set to 68 ml / min (Reynolds number 424), and the above Paterno was circulated so that the irradiation time per unit volume was equivalent to that in Comparative Example 1. -When the Buch reaction was carried out, the yield of oxetane after the reaction was 18.9%, and the ratio of the major impurities to oxetane was 24.8%.

(比較例3)
構造物がリアクター部に収容されていない以外は実施例2と同様の光反応用フロー式リアクターを用いて、上記のパテルノ・ビュッヒ反応を実施した。実施例1と同様の反応液を同様の条件で通液(レイノルズ数6.2)したところ、反応後のオキセタンの収率は25.2%、オキセタンに対する主要不純物の割合は40.3%だった。
(Comparative Example 3)
The above-mentioned Paterno-Buch reaction was carried out using the same flow-type reactor for photoreaction as in Example 2 except that the structure was not housed in the reactor section. When the same reaction solution as in Example 1 was passed under the same conditions (Reynolds number 6.2), the yield of oxetane after the reaction was 25.2%, and the ratio of major impurities to oxetane was 40.3%. It was.

光反応用フロー式リアクターは、種々の物質の光反応に利用できる。 The flow reactor for photoreaction can be used for the photoreaction of various substances.

10 フロー式リアクター
11 原料送液部(原料液供給ライン)
12 反応液排出ライン
13 チューブ
15 ジャケット
20 リアクター部
21 入口側キャップ
22 出口側キャップ
23 流路
24 管状リアクターユニット
25 壁部
30 構造物
31、34 板状障害物
32、36 原料液の流通口
33 棒状部材
35 半円板
37 筒部
40 スタティックミキサー(構造物)
41 第1エレメント
42 第2エレメント
43、44 分割端
50 発光部
51 光源
10 Flow reactor 11 Raw material liquid supply section (raw material liquid supply line)
12 Reaction liquid discharge line 13 Tube 15 Jacket 20 Reactor part 21 Inlet side cap 22 Outlet side cap 23 Flow path 24 Tubular reactor unit 25 Wall part 30 Structure 31, 34 Plate-shaped obstacle 32, 36 Raw material liquid distribution port 33 Rod-shaped Member 35 Semicircle 37 Cylinder 40 Static mixer (structure)
41 1st element 42 2nd element 43, 44 Divided end 50 Light emitting part 51 Light source

Claims (8)

原料送液部と、前記原料送液部からの原料液を出口に向けて流通するリアクター部と、該リアクター部内の原料液を照射する光源と、前記リアクター部に着脱可能に収容される構造物とを有し、前記構造物が、旋回流発生部材又は板状障害物の単独又は繰り返し構造を有する光反応用フロー式リアクター。 A structure that is detachably housed in the raw material feeding section, a reactor section that circulates the raw material liquid from the raw material feeding section toward an outlet, a light source that irradiates the raw material liquid in the reactor section, and the reactor section. A flow reactor for photochemical reaction, wherein the structure has a swirling flow generating member or a plate-like obstacle alone or repeatedly. 前記リアクター部が管状である請求項1に記載のフロー式リアクター。 The flow reactor according to claim 1, wherein the reactor portion is tubular. 前記板状障害物が、リアクター部の流路断面と同じ又は相似の平面外形と、原料液の流通口とを有しており、リアクター部の流路に直交して配設されている請求項1又は2に記載のフロー式リアクター。 Claim that the plate-shaped obstacle has a planar outer shape that is the same as or similar to the cross section of the flow path of the reactor portion, and a flow port of the raw material liquid, and is arranged orthogonal to the flow path of the reactor portion. The flow reactor according to 1 or 2. 1つの板状障害物に形成された流通口の少なくとも1つの面積が、流路断面積に対して、1%以上であり、
1つの板状障害物に形成された全ての流通口の面積の合計が、流路断面積に対して、80%以下である請求項3に記載のフロー式リアクター。
The area of at least one of the distribution ports formed in one plate-shaped obstacle is 1% or more with respect to the cross-sectional area of the flow path.
The flow reactor according to claim 3, wherein the total area of all the flow ports formed in one plate-shaped obstacle is 80% or less with respect to the cross-sectional area of the flow path.
前記構造物が、互いに離れて設置される複数枚の邪魔板と、邪魔板どうしを連結する棒状部材で構成されている請求項1〜4のいずれかに記載のフロー式リアクター。 The flow reactor according to any one of claims 1 to 4, wherein the structure is composed of a plurality of baffle plates installed apart from each other and a rod-shaped member connecting the baffle plates. 前記光源が前記構造物に設けられている請求項1〜5のいずれかに記載のフロー式リアクター。 The flow reactor according to any one of claims 1 to 5, wherein the light source is provided in the structure. 前記光源がリアクター部の内壁に設けられている請求項1〜6のいずれかに記載のフロー式リアクター。 The flow reactor according to any one of claims 1 to 6, wherein the light source is provided on the inner wall of the reactor portion. 前記光源がリアクター部の外に設置され、リアクター部と原料液の屈折率差が−0.5以上+0.5以下である請求項1〜7のいずれかに記載のフロー式リアクター。
The flow reactor according to any one of claims 1 to 7, wherein the light source is installed outside the reactor unit, and the difference in refractive index between the reactor unit and the raw material liquid is −0.5 or more and +0.5 or less.
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