JP5359064B2 - シクロアルカノンオキシムの製造方法および光化学反応装置 - Google Patents
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東京化学同人 化学事典p457〜458 石油学会誌 第17巻 第10号(1974) p72〜p76
(1)シクロアルカンと光ニトロソ化剤とを、光照射により光化学反応させる方法において、光源として発光ダイオードを使用し、かつ該光源の波長に対する発光エネルギー分布の中で、発光エネルギーの最大値を示す波長が430nm〜650nmの範囲にあること、発光ダイオードのエネルギー変換効率が12%以上75%以下であること、さらに、該光源の裏面に冷却ジャケットを設けて、該冷却ジャケットに冷媒を連続的に導入して、該光源を強制的に間接冷却することを特徴とするシクロアルカノンオキシムの製造方法。
(2)前記光源の波長に対する発光エネルギー分布において、波長300nm〜830nmの発光エネルギーに対して波長400nm〜760nmの発光エネルギーの積算値が95%以上であることを特徴とする(1)に記載のシクロアルカノンオキシムの製造方法。
(3)前記冷却ジャケットに導入する冷媒の温度が、−10℃〜40℃であることを特徴とする(1)〜(2)のいずれか記載のシクロアルカノンオキシムの製造方法。
(4)前記冷却ジャケットの表面温度が−10℃〜40℃であることを特徴とする(1)〜(3)のいずれか記載のシクロアルカノンオキシムの製造方法。
(5)前記発光ダイオードを複数使用して、光反応液を含む光化学反応器の側面に沿って、発光ダイオードの照射面を光反応液に対面させて配列し、透過性の光化学反応器を介して光反応液に光照射すること、かつ、発光ダイオードの裏面あるいは発光ダイオードをマウントした基板の裏面と冷却ジャケットを密着させることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載のシクロアルカノンオキシムの製造方法。
(6)前記発光ダイオードの配列により形成される光源の裏面あるいは発光ダイオードをマウントした基板の裏面と冷却ジャケットが接する面の水平方向断面を多角形として、発光ダイオードの裏面あるいは発光ダイオードをマウントした基板の裏面と冷却ジャケットを密着させることを特徴とする(1)〜(5)のいずれかに記載のシクロアルカノンオキシムの製造方法。
(7)前記発光ダイオードの照射面と光化学反応器の側面との最短距離を0〜5cmとして光反応液に照射することを特徴とする(1)〜(6)のいずれかに記載のシクロアルカノンオキシムの製造方法。
(8)前記発光ダイオードとして、1個あたりの平均駆動電流が0.1〜1.5Aであるものを用いることを特徴とする(1)〜(7)のいずれかに記載のシクロアルカノンオキシムの製造方法。
(9)前記シクロアルカンがシクロヘキサンであることを特徴とする(1)〜(8)のいずれかに記載のシクロアルカノンオキシムの製造方法。
(10)前記光ニトロソ化剤が塩化ニトロシルとして作用することを特徴とする(1)〜(9)のいずれかに記載のシクロアルカンオキシムの製造方法。
(11)前記シクロアルカノンオキシムがシクロヘキサノンオキシムであることを特徴とする(1)〜(10)のいずれかに記載のシクロアルカノンオキシムの製造方法。
(12)光照射により光化学反応させる光化学反応装置において、光源の波長に対する発光エネルギー分布の中で、発光エネルギーの最大値を示す波長が430nm〜650nmの範囲にある発光ダイオードを光源とし、該光源の裏面に冷却ジャケットを設けて、該冷却ジャケットに冷媒を連続的に導入して、該光源を強制的に間接冷却させる装置を備えたこと、発光ダイオードのエネルギー変換効率が12%以上75%以下であることを特徴とする光化学反応装置。
(13)前記発光ダイオードを複数使用して、光反応液を含む光化学反応器の側面に沿って、発光ダイオードの照射面を光反応液に対面させて配列し、光透過性の光化学反応器を介して光反応液に光照射するように設置すること、かつ、発光ダイオードの裏面あるいは発光ダイオードをマウントした基板の裏面と冷却ジャケットを密着させることを特徴とする(12)に記載の光化学反応装置。
(14)前記発光ダイオードの配列により形成される光源の裏面あるいは発光ダイオードをマウントした基板の裏面と冷却ジャケットが接する面の水平方向断面を多角形として、発光ダイオードの配列により形成される光源の裏面あるいは発光ダイオードをマウントした基板の裏面と冷却ジャケットを密着させて光反応液に照射するようにしたことを特徴とする(12)〜(13)のいずれかに記載の光化学反応装置。
さらに本発明においては、発光ダイオードを複数個を用いる場合、それぞれの種類および/またはロットにおける波長に対する発光エネルギー分布において、それぞれ有効エネルギーが、それぞれの全発光エネルギーに対して95%以上、さらに好ましくは99%以上であることが望ましい。また、それぞれの発光エネルギー分布を用いて、使用する発光ダイオード全数量に集約した発光エネルギー分布を求めて、集約した有効エネルギーが、集約した全発光エネルギー対して95%以上、さらに好ましくは99%以上が望ましい。
エネルギー変換効率(%)=波長400〜760nmの発光エネルギーの積算値(W)/測定時の投入電力(W)×100
エネルギー変換効率(%)=波長400〜760nmの発光エネルギーの積算値の全個数分(W)/測定時の投入電力の全個数分(W)×100
光反応試験
光反応試験には、図8および図9の光化学反応装置を用いた。光化学反応器5は外径14cmの円筒型のガラス製を用いた。光源である発光ダイオード1は、波長623nmに最大エネルギーピークを有したもの(Lumileds社製 Red−Orange LXHL−LH3C、ロット番号G2GH(ここでは、Lumileds社のBinコードを用いた))である。なお発光ダイオード1はすべて同一ロットを使用した。
光量子収率(%)={1秒あたりのシクロヘキサノンオキシムの生成量(g/s)/113(分子量)×6.022×10+23(アボガドロ数:個/mol)}/{波長400〜760nmの総光量子数(Photon/s)}×100
ここで、総光量子数は発光ダイオードの特性評価にて説明する。
オキシム収量変動率(%):[(最小値−平均値)/平均値]×100〜[(最大値−平均値)/平均値]×100
発光ダイオードの波長に対するエネルギー分布は、PMA−12マルチチャンネル分光器(BTCCDタイプ、C10027−01型、浜松ホトニクス社製)を検出器として用いて、内径3inch(7.6cm)の積分球にて、発光ダイオード1個での波長領域200〜950nmでの発光エネルギー分布を0.7nm毎に発光エネルギーの絶対値を測定した。アルミニウム製のヒートシンク上に発光ダイオードを据え付け、ヒートシンクを冷水により冷却して、光反応試験と同温度と同駆動電流にて測定した。すなわち、ヒートシンクの表面温度は、光反応試験の冷却ジャケット2の部分の平均表面温度と同様に2℃、光反応試験の発光ダイオード1個あたりの平均駆動電流値と同様に駆動電流は0.59Aである。発光ダイオードの駆動時に発熱により温度上昇するので、温度上昇は1℃以内になるようにして、測定時間を100msで測定した。
エネルギー効率(%)=有効エネルギー(W)/発光エネルギー測定時の投入電力(W)×100
各波長の光量子1個の発光エネルギー(J/Photon)=6.626×10−34(プランク定数:J・s)×2.998×10+8(光速度:m/s)/波長(m)
各波長の光量子数(Photon/s)=各波長の発光エネルギー(W)/各波長の光量子1個の発光エネルギー(J/Photon)
単位エネルギーあたりの光量子数(Photon/J)=総光量子数(Photon/s)/発光エネルギー測定時の投入電力(W)
発光ダイオード1は実施例1と同様として、冷却ジャケット2に導入する冷媒温度を7±2℃(平均温度7℃)、冷却ジャケット2の表面温度を8±1℃(平均表面温度8℃)として、光反応試験を行った。光反応試験の発光ダイオード1の平均駆動電流は0.59A/個で、総投入電力は309Wで行った。
発光ダイオード1は実施例1と同様として、冷却ジャケット2に導入する冷媒温度を25±1℃(平均温度25℃)、冷却ジャケット2の表面温度を25±1℃(平均表面温度25℃)として、光反応試験を行った。光反応試験の発光ダイオード1の平均駆動電流は0.59A/個で、総投入電力は308Wで行った。
発光ダイオードとして波長454nmに最大エネルギーピークを有したもの(Lumileds社製 RoyalBlue LXHL−LR3C、ロット番号P5KY)を用いた。冷却ジャケット2に導入する冷媒温度を9±1℃(平均温度9℃)、冷却ジャケット2の表面温度を10±1℃(平均表面温度10℃)として、光反応試験を行った。光反応試験の発光ダイオード1の平均駆動電流は0.50A/個で、総投入電力は360Wで行った。
発光ダイオードとして波長463nmに最大エネルギーピークを有したもの(Lumileds社製 Blue LXHL−LB3C、ロット番号Q3JB)を用いた。光反応試験の発光ダイオード1の平均駆動電流は0.48A/個で、総投入電力は330Wで行った。
発光ダイオードとして波長515nmに最大エネルギーピークを有したもの(Lumi
leds社製 Cyan LXHL−LE3C、ロット番号T6MC)を用いた。光反応
試験の発光ダイオード1の平均駆動電流は0.47A/個で、総投入電力は346Wで行
った。
発光ダイオードとして波長528nmに最大エネルギーピークを有したもの(Lumileds社製 Green LXHL−LM3C、ロット番号T4JG)を用いた。光反応試験の発光ダイオード1の平均駆動電流は0.50A/個で、総投入電力は336Wで行った。
発光ダイオードとして波長591nmに最大エネルギーピークを有したもの(Lumileds社製 Amber LXHL−LL3C、ロット番号E4HA)を用いた。光反応試験の発光ダイオード1の平均駆動電流は0.59A/個で、総投入電力は328Wで行った。
発光ダイオードとして波長624nmに最大エネルギーピークを有したもの(Lumileds社製 Red−Orange LXHL−LH3C、ロット番号G2GH)を用いた。光反応試験の発光ダイオード1の平均駆動電流は0.59A/個で、総投入電力は308Wで行った。
発光ダイオードとして波長632nmに最大エネルギーピークを有したもの(Lumileds社製 Red LXHL−LD3C、ロット番号G4GR)を用いた。光反応試験の発光ダイオード1の平均駆動電流は0.60A/個で、総投入電力は301Wで行った。
発光ダイオードとして波長443nmに最大エネルギーピークを有したもの(Lumileds社製 White LXHL−LW3C、ロット番号TV1JW)を用いた。光反応試験の発光ダイオード1の平均駆動電流は0.45A/個で、総投入電力は304Wで行った。
光反応試験
光反応試験には、図10の光化学反応装置を用いた。光化学反応器2は外径9.5cmの円筒型のガラス製を用いた。光源には放電灯13として高圧水銀ランプ(発光管封入金属:Hg)を用い、波長365nmに最大エネルギーピークを有したもの(東芝ライテック社製)である。光化学反応器5は中央部に棒状の放電灯13を有しており、放電灯13はランプ冷却器14の内部に挿入して、光反応液に浸漬させて光を照射する内部照射方式である。点灯は交流電源にて、安定器を用いて電力調整し、テスト電力は250Wで行った。
放電灯の波長に対する発光エネルギー分布は、放電灯13が棒状光源で大きいため、積分球での測定が困難であり、放射照度による測定で評価した。分光器(ニコン社製、G−250)、光電子増幅管(浜松ホトニクス社製、R1509)を用いて、5nm毎に300〜830nmの発光エネルギーを測定したものを用い、波長は5nm毎の中心値を用いた。投入電力は250Wである。測定距離は発光管の中心から60cmとして、放射照度(W/cm2)による発光エネルギー分布を測定した。放電灯13の発光管19の長さとして、発光長は6cmである。測定照射面積は、点光源として測定距離での球面積としたが、封止管部分による放射照度の低下、放射面積の減少分はその角度の放射照度を測定して補正を行った。波長領域300〜830nmにおける発光エネルギー分布を図7に示す。図7は、発光エネルギーの最大値を1とした相対発光エネルギー分布である。全発光エネルギーは、波長300〜830nmの積算値(W)を用いた。
ランプ冷却器14に導入する冷却水に、波長400nmよりも短波長をカットするための蛍光剤(Whitex RP、住友化学社製)を0.05%の濃度となるように導入した。波長400nm未満の波長をカットしたので、波長に対する発光エネルギー分布における最大エネルギーを示す波長は、435nmとなる。発光エネルギー分布は比較例1を用いて、波長400nm未満を含まないとした。
2 冷却ジャケット
3 冷媒導入ライン
4 冷媒排出ライン
5 光化学反応器
6 シクロアルカン導入ライン
7 光ニトロソ化剤導入ライン
8 反応生成物ライン
9 反応冷却器
10 反応冷却水導入ライン
11 反応冷却水排出ライン
12 未反応ガスライン
13 放電灯
14 ランプ冷却器
15 ランプ冷却水導入ライン
16 ランプ冷却導入管
17 ランプ冷却水排出ライン
18 冷却バス
19 発光管
Claims (14)
- シクロアルカンと光ニトロソ化剤とを、光照射により光化学反応させる方法において、光源として発光ダイオードを使用し、かつ該光源の波長に対する発光エネルギー分布の中で、発光エネルギーの最大値を示す波長が430nm〜650nmの範囲にあること、発光ダイオードのエネルギー変換効率が12%以上75%以下であること、さらに、該光源の裏面に冷却ジャケットを設けて、該冷却ジャケットに冷媒を連続的に導入して、該光源を強制的に間接冷却することを特徴とするシクロアルカノンオキシムの製造方法。
- 前記光源の波長に対する発光エネルギー分布において、波長300nm〜830nmの発光エネルギーに対して波長400nm〜760nmの発光エネルギーの積算値が95%以上であることを特徴とする請求項1に記載のシクロアルカノンオキシムの製造方法。
- 前記冷却ジャケットに導入する冷媒の温度が、−10℃〜40℃であることを特徴とする請求項1〜2のいずれか記載のシクロアルカノンオキシムの製造方法。
- 前記冷却ジャケットの表面温度が−10℃〜40℃であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか記載のシクロアルカノンオキシムの製造方法。
- 前記発光ダイオードを複数使用して、光反応液を含む光化学反応器の側面に沿って、発光ダイオードの照射面を光反応液に対面させて配列し、透過性の光化学反応器を介して光反応液に光照射すること、かつ、発光ダイオードの裏面あるいは発光ダイオードをマウントした基板の裏面と冷却ジャケットを密着させることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のシクロアルカノンオキシムの製造方法。
- 前記発光ダイオードの配列により形成される光源の裏面あるいは発光ダイオードをマウントした基板の裏面と冷却ジャケットが接する面の水平方向断面を多角形として、発光ダイオードの裏面あるいは発光ダイオードをマウントした基板の裏面と冷却ジャケットを密着させることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のシクロアルカノンオキシムの製造方法。
- 前記発光ダイオードの照射面と光化学反応器の側面との最短距離を0〜5cmとして光反応液に照射することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のシクロアルカノンオキシムの製造方法。
- 前記発光ダイオードとして、1個あたりの平均駆動電流が0.1〜1.5Aであるものを用いることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のシクロアルカノンオキシムの製造方法。
- 前記シクロアルカンがシクロヘキサンであることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のシクロアルカノンオキシムの製造方法。
- 前記光ニトロソ化剤が塩化ニトロシルとして作用することを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載のシクロアルカンオキシムの製造方法。
- 前記シクロアルカノンオキシムがシクロヘキサノンオキシムであることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載のシクロアルカノンオキシムの製造方法。
- 光照射により光化学反応させる光化学反応装置において、光源の波長に対する発光エネルギー分布の中で、発光エネルギーの最大値を示す波長が430nm〜650nmの範囲にある発光ダイオードを光源とし、該光源の裏面に冷却ジャケットを設けて、該冷却ジャケットに冷媒を連続的に導入して、該光源を強制的に間接冷却させる装置を備えたこと、発光ダイオードのエネルギー変換効率が12%以上75%以下であることを特徴とする光化学反応装置。
- 前記発光ダイオードを複数使用して、光反応液を含む光化学反応器の側面に沿って、発光ダイオードの照射面を光反応液に対面させて配列し、光透過性の光化学反応器を介して光反応液に光照射するように設置すること、かつ、発光ダイオードの裏面あるいは発光ダイオードをマウントした基板の裏面と冷却ジャケットを密着させることを特徴とする請求項12に記載の光化学反応装置。
- 前記発光ダイオードの配列により形成される光源の裏面あるいは発光ダイオードをマウントした基板の裏面と冷却ジャケットが接する面の水平方向断面を多角形として、発光ダイオードの配列により形成される光源の裏面あるいは発光ダイオードをマウントした基板の裏面と冷却ジャケットを密着させて光反応液に照射するようにしたことを特徴とする請求項12〜13のいずれかに記載の光化学反応装置。
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