JP4734544B2 - キャピラリー及びそれを用いたマイクロリアクター並びに該マイクロリアクターによる固相−液相−気相反応方法 - Google Patents
キャピラリー及びそれを用いたマイクロリアクター並びに該マイクロリアクターによる固相−液相−気相反応方法 Download PDFInfo
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Description
このように、マイクロリアクターによる合成反応は通常の反応容器による合成反応よりも反応時間が早く、取り扱う液量も極微少で済む為にコストが低く、新規な化合物や薬品の為に開発用反応器として注目されている。
上記構成において、ポリシランのR 1 は、好ましくはフェニル基であり、R 2 は、好ましくはメチル基である。
金属触媒は、好ましくは、パラジウム、金、銀、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、タングステン、オスミウム、イリジウム、白金の何れかである。
金属酸化物は、好ましくは、チタン、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウム、マグネシウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、モリブデン、金、銀の何れかの金属の酸化物である。
触媒は、好ましくは、キャピラリーの管本体の内壁に熱架橋により担持される。
ポリシランと金属触媒とから成る触媒は、好ましくは、金属触媒1mmolに対してポリシランが0.1gから1000gの範囲で含有される。
ポリシランと金属触媒と金属酸化物から成る触媒は、好ましくは、金属触媒1mmolに対して、ポリシラン及び金属酸化物が0.1gから1000gの範囲で含有される。
管は、好ましくはガラスからなる。
上記キャピラリーによれば、マイクロリアクターの反応部などに使用でき、キャピラリーの内壁に担持される触媒により種々の化学反応を効率良く行うことができる。
上記構成において、さらに制御部を有し、溶液供給部及び気体供給部をキャピラリーの流路へ所定の流量で連続的に流すように制御すれば好ましい。
上記構成によれば、本発明のマイクロリアクターに使用するポリシランを含む触媒は、金属酸化物とキャピラリーの内壁との間を埋めることができ、触媒自体が高活性を維持しつつ、かつ、繰り返し使用に耐える。したがって、従来の高分子固定化触媒と比べて極めて高効率で還元体を供給でき、担持された金属触媒や金属酸化物の流出も無く、繰り返し若しくは長時間連続運転も可能となる。
上記構成によれば、マイクロリアクターに使用するポリシランを含む触媒は、金属酸化物とキャピラリーの内壁との間を埋めることができ、触媒自体が高活性を維持しつつ、かつ、繰り返し使用に耐えるので、効率良く固相−液相−気相反応を行うことができる。
図1及び図2は本発明の実施の形態に用いるキャピラリー及びマイクロリアクターの構成を模式的に示す図である。図2は図1のY−Y線に沿う断面図である。
マイクロリアクター1は、キャピラリー2と、キャピラリー2へ液相となる基質を溶解した溶液7を供給する溶液供給部10と、キャピラリー2へ気相となる気体を供給する気体供給部20と、キャピラリー2を通過した反応生成物を含む溶液7を回収する回収部30と、を備えている。
ポリシランと有機溶媒との混合溶液を調製し、次に、触媒となる金属化合物を加え撹拌して反応混合物を調製する。この反応混合物を管本体3内に充填し、有機溶媒を加熱留去した後、所定温度で加熱し、反応混合物を熱架橋することで、本発明のポリシラン担持金属触媒5を管本体3の内壁3aに固定化することができる。
図3は、ポリシラン担持型触媒5の製造方法の一例を説明する図である。図3に示すように、ポリシランと酢酸パラジウム(Pd(OAc)2)とTiO2とTHFからなる反応混合物が、加熱されることで架橋され、例えばガラスからなる管本体3の内壁3aにポリシラン担持型触媒5を固定することができる。
また、多数のキャピラリー2を平行に並べるだけで、反応装置のスケールアップは容易であるので、望ましい生成物を容易に迅速に、且つ必要量だけ得られ、原料消費量、所要時間、空間が少なく、分離精製のような処理を要しないほど純粋な形で生成物を得ることができる。
したがって、本発明の三相系接触還元反応方法によれば、医薬とその製造工程開発用の極めて好適な反応方法となる。また、グリーン化学(環境適合化学)にも好適である。
図1に示すマイクロリアクター1として、管本体3の内壁3aにポリシラン担持型パラジウム触媒5を担持してマイクロリアクター1を作製した。最初に、図3に示すポリシランを合成した。このポリシランは、化学式(1)においてR1がフェニル基であり、R2がメチル基である。
アルゴンガス雰囲気において、THF3.5リットルに細かく裁断したナトリウム片(和光純薬株式会社製)388gを加え、これにジクロロメチルフェニルシラン(ALDRICH社製)1592gを滴下漏斗を用いて75分かけてゆっくり滴下し、溶液を調製した。次いで、溶液を加熱還流下で3時間撹拌した後、放冷し、トルエン2リットルを加え、氷冷後に滴下漏斗を用いて2リットルの水を滴下した。この溶液を分液漏斗によりトルエン層及び水層からなる2層に分離した。分離したトルエン層を水及び飽和塩化ナトリウム水で洗浄して生成物を得た。分離した水層はトルエン0.5リットルを用いて生成物を抽出した後、生成物を5%クエン酸水溶液、5%炭酸水素ナトリウム水溶液、水、飽和塩化ナトリウム水を用いて順に洗浄して、生成物を得た。
次いで、トルエン層及び水層から抽出した生成物である有機層を硫酸ナトリウムで乾燥した後、残った溶媒を留去して残渣を得た。この残渣にメタノール約3リットルを加え、析出した沈殿物をろ取し、乾燥することにより約668gの組成物を得た。
上記のようにして得た組成物をトルエン1.6リットルに溶解し、イソプロパノール2.8リットルを加えて組成物を再度沈殿し、析出物をろ取した後、トルエン及びイソプロパノールからなる混合溶媒(トルエン:イソプロパノール=1:4)で洗浄し、次いでメタノールで洗浄した。析出物を乾燥して、434gのポリシランを得た。収率は46%であった。合成したポリシランの重量平均分子量(Mw)は20967であり、数平均分子量(Mn)は8198であり、数平均分子量(Mn)との比率(Mw/Mn)は2.56であった。
反応生成物をGC及び1H−NMRで分析したところ、シクロヘキセノンがほぼ完全に水素化され、転化率99%以上でシクロヘキサノンが得られた。ICP発光分析で分析したところ、反応溶液のパラジウム及びチタンの含有量は検出限界の0.0061μmol以下で検出されなかった。
反応生成物をGC及び1H−NMRで分析したところ、ニトロベンゼンがほぼ完全に水素化され、転化率99%以上でアニリンが得られた。ICP発光分析で分析したところ、反応溶液のパラジウム及びチタンの含有量は検出限界の0.0061μmol以下で検出されなかった。
2:キャピラリー
2a:入口
2b:出口
3:管本体
3a:内壁
3b:中空部(流路)
5:ポリシラン担持型触媒
6:送液ポンプ
7:被還元物質を溶解した溶液
8:ガスバルブ
9:水素
9a:水素ガスボンベ
10:溶液供給部
11:コネクタ
12,13:配管
14:水素の流量調整部
16:キャピラリーを通過する溶液
18:キャピラリーを通過する水素
20:気体供給部
30:回収部
Claims (13)
- 前記ポリシランのR 1 はフェニル基であり、R 2 はメチル基であることを特徴とする、請求項1又は2に記載のキャピラリー。
- 前記金属触媒は、パラジウム、金、銀、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、タングステン、オスミウム、イリジウム、白金の何れかであることを特徴とする、請求項1又は2に記載のキャピラリー。
- 前記金属酸化物は、チタン、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウム、マグネシウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、モリブデン、金、銀の何れかの金属の酸化物であることを特徴とする、請求項2に記載のキャピラリー。
- 前記触媒は、前記キャピラリーの管本体の内壁に熱架橋により担持されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載のキャピラリー。
- 前記ポリシランと金属触媒とから成る触媒は、該金属触媒1mmolに対して該ポリシランが0.1gから1000gの範囲で含有されていることを特徴とする、請求項1に記載のキャピラリー。
- 前記ポリシランと金属触媒と金属酸化物から成る触媒は、該金属触媒1mmolに対して、上記ポリシラン及び金属酸化物が0.1gから1000gの範囲で含有されていることを特徴とする、請求項2に記載のキャピラリー。
- 前記管は、ガラスからなることを特徴とする、請求項1又は2に記載のキャピラリー。
- 請求項1〜9の何れかに記載のキャピラリーと、
上記キャピラリーへ液相となる基質を溶解した溶液を供給する溶液供給部と、
上記キャピラリーへ気相となる気体を供給する気体供給部と、
上記キャピラリーにおける反応生成物を回収する回収部と、を備え、
上記キャピラリーは管本体を有し、該管本体の内壁に固相となるポリシランと金属触媒とから成るか、又は、ポリシランと金属触媒と金属酸化物とから成る触媒が担持され、
上記キャピラリーは一端が上記溶液供給部及び気体供給部へ接続され、他端が上記回収部へ接続され、
上記基質を溶解した溶液及び基質と反応する気体を、上記キャピラリーへ所定の流量で連続的に流すことを特徴とする、マイクロリアクター。 - さらに制御部を有し、該制御部は、前記溶液供給部及び前記気体供給部を、前記キャピラリーの流路へ所定の流量で連続的に流すように制御することを特徴とする、請求項10に記載のマイクロリアクター。
- 請求項10又は11に記載のマイクロリアクターを用いた固相−液相−気相反応方法であって、
上記キャピラリーの流路に、液相となる被還元物質を溶解した溶液及び気相となるガスを流し、
上記溶液と上記ガスとの反応を上記ポリシラン担持型触媒により促進される固相−液相−気相反応で行うことを特徴とする、マイクロリアクターを用いた固相−液相−気相反応方法。 - 前記気相が水素ガスであることを特徴とする、請求項12に記載のマイクロリアクターを用いた固相−液相−気相反応方法。
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