KR100318550B1 - 배치마이크로파반응장치 - Google Patents

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KR100318550B1
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크리스토퍼 로이 스트라우스
로버트 윌리엄 트레이너
케빈 데이비드 레이너
죤 스탠리 토른
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커먼웰쓰 사이언티픽 앤드 인더스트리얼 리서치 오가니제이션
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Abstract

마이크로파 에너지(10-11-12)를 사용하여 배치식 화학반응을 수행하는 장치는 마이크로파 캐버티(13)내의 용기(15)를 포함한다. 상기 용기는 캐버티(13) 외측에 위치하며 상기 용기 내용물(23)안에서 액침되는 콜드-핑거형 열 교환기를 장착하는 밀폐된 커버(16)를 갖는다. 또한, 상기 커버(16)는 화학반응 동안 상기 용기 내용물을 감시하기 위한 압력 측정장치(17), 온도 측정장치(20)를 장착한다. 압력을 조절할 수 있는 안전밸브(18) 및 샘플링 설비(19) 또한 상기 커버(16)에 장착된다. 상기 용기는 또한 자기적으로 작동되는 교반기(22)를 포함한다. 상기 반응장치는 상기 용기(15)내에서 발생될지도 모르는 고온 및 고압에 견딜수 있도록 제작된다. 화학반응의 완성 또는 수행을 용이하게 하기 위한 상기 콜드-핑거(24)의 다양한 사용은 설명된다.

Description

배치 마이크로파 반응장치
기술분야
본 발명은 마이크로파 에너지를 사용하여 화학반응을 수행하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히 화학 합성 또는 동력학 분야에 적합하다.
본 명세서에서, "화학반응"이라는 용어는, 하나 또는 그 이상의 새로운 물질을 생성하기 위하여 하나 또는 그 이상의 물질내 또는 물질들 사이에서 적어도 하나의 화학 결합의 생성 및/또는 파괴를 수반하는 처리를 의미한다.
배경기술
마이크로파와 효과적으로 결합하기 위하여 반응 매체가 높은 유전 손실 탄젠트(dielectric loss tangent)를 갖는 적어도 하나의 솔벤트(solvent) 또는 반응물을 포함한다면, 마이크로파 에너지를 사용하여 화학반응율이 가속화되어 반응시간을 수십배 이상 감소할 수 있다는 것이 공지되어 있다. 그러나, 이렇게 가속화된 반응시간은, 통상적으로, 특히 밀폐된 반응용기내에서 높은 온도와 압력의 발생을 수반하며, 마이크로파 가열 장치에 효과적인 반응의 감시, 제어, 및 안전 설비를 제공해야 할 필요가 있다.
본 출원인의 선출원인 국제출원 제 PCT/AU89/OO437(공개 제 WO 9O/O384O)호는 연속하여 마이크로파로 화학반응을 개시하고, 반응감시 및 제어 설비를 포함하는 실험용 플로우-쓰루(flow-through) 장치를 개시한다. 그러나, 이 장치의 감시및 제어 설비는 마이크로파 방사구역 외측에 위치된다. 더욱이, 이 공지의 장치는 연속처리에 적합하지 않은 실험용으로는 적당하지 않다.
배치(batch)에 기초하여 반응용기내에 온도와 압력을 감시하는 설비를 포함하는 화학반응을 수행하는 장치는 디. 콘스터블, 케이. 레이너, 피. 솜로 및 씨. 스트라우스의 논문 "유기합성과 동력학에 적합한 새로운 마이크로파 반응장치", 정기간행물 마이크로웨이브 파워 및 일렉트로마그네틱 에너지, 제 27차 4호 1992년, 페이지 195∼198(다른항은 상세한 설명에서 설명됨)에 개시되었다. 이 반응장치에서, 압력 및 온도 감시 고정구를 갖는 스크류 캡 리드(screw-cap lid)를 구비한 반응용기는 마이크로파 캐버티(cavity) 내에 설치된다. 반응용기는 또한 마이크로파 캐버티의 외부로부터 자기적으로 구동되는 교반기 바(stirrer bar)를 포함한다.
비록 콘스터블등의 반응장치가 마이크로파 방사구역 내의 반응상태를 감시하기 위한 설비를 포함하고 있지만, 그것의 유일한 제어 가능한 입력은 마이크로파의 전력레벨이다. 더욱이, 콘스터블등의 반응장치로는 예를 들어, 반응 생성물을 제어 가능하게 냉각시키는 것은 불가능하며, 반응 과정 동안 용기내의 내용물로부터 제하거나 첨가할 수 없다.
본 발명의 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 아래에 설명한다.
제 1도는 본 발명을 구체화하는 반응장치의 개략도이다.
제 2도는 마이크로파 캐버티 내의 본 발명에 따른 반응용기를 도시한 것이다.
제 2A도는 제 2도의 반응장치의 일 부분에 대한 상세도이다.
제 3A, 3B, 3C 및 3D도는 제 2도의 반응용기의 끼워맞춤재에 대한 상세도이다.
제 4도는 본 발명에 따른 반응장치의 가열용량 및 냉각용량을 설명하는 그래프이다.
본 발명의 바람직한 실시예
본 발명을 구체화하는 장치의 구성이 제 1도에 개략적으로 도시된다. 도시된 바와 같이, 상기 장치는 마그네트론(magnetron)(11)에 가변 전력을 공급하는 가변력 발전기(10)를 포함한다. 이 구성은 온도 피이드백 제어의 경우에서와 같이 마그네트론이 선택된 전력설정치에서 가동되게 하거나 마그네트론 전력이 변화되게 한다. 상기 전력 공급기는 "내쇼널 파워 제너레이터 모델 NL 1O32O"이고, 마크네트론은 1.2킬로와트, 2450메가헤르츠 유닛이다. 마크네트론(11)에 의해 발생된 마이크로파는 도파관(12)을 경유하여 마이크로파 캐버티 엔클로저(enclosure)(13)에 전달된다. 엔클로저(13)는 조정 노브(knob)(64)에 접속된 부하 매칭장치(load matching device)(14)(혹은 제 2도에 도시된 바와 같이 전기모터(65)에 연결된 모드 교반기)를 포함한다.
마이크로파 엔클로저(13)는 다양한 감시 및 제어수단을 구비하는 커버(16)를 갖는 반응용기(15)를 포함한다. 상기 감시 및 제어수단(이하 상세히 설명됨)은 압력 측정장치(17), 안전밸브 조립체(18), 샘플링 설비(19) 및 온도 측정장치(20)를 포함한다. 상기 온도 측정장치 및 압력 측정장치는 모두 데이터 로깅(data logging)(제 1도에는 압력 측정장치가 컴퓨터(21)에 접속된 것으로서 도시되지는않음)을 위해 컴퓨터(21)에 접속된다. 본 발명은 또한 피이드백 온도 및/또는 압력 측정에 근거하여 전력공급의 컴퓨터 제어를 포함한다. 즉, 상기 장치는 온도값 및/또는 압력값의 사전 설정과 그러한 설정값에 따라 상기 입력 에너지의 변동을 가능하게 하는 제어설비를 포함한다.
반응용기(15)는 반응 혼합체(23)내에서의 온도 변화율을 최소화하는 교반기 바(22)를 포함한다. 바(22)는 모터(22b)에 의해 회전되는 자석(22a)에 의해 자기적으로 구동된다. 그러한 자기 교반기로 적절한 것이 국제 특허출원 제 PCT/AU92/OO454(국제출원 제 WO 93/O5345)에 개시되었다. 제 2도에 도시된 바와 같이, 자석(22a)은 마이크로파 영역내에 설치되는 경우 마이크로파 영역으로부터 차폐되어져야 한다.
또한, 반응용기(15)의 커버(16)는 반응 혼합체(23)내의 액침을 위해 상기 커버를 통과하여 용기(15)내로 연장하는 열 교환수단(24)을 지지한다.
제 2도는 반응용기와 마이크로파 캐버티 구조를 도시한 상세 단면도이다. 상기 구조는 상기 밀폐된 반응용기내에서 발생할 수 있는 고압에 견딜수 있는 구조로 되어 있어야 한다. 제 2도에 도시된 바와 같이, 마이크로파 엔크로저(13)는 상부의 구멍과 하부 벽 사이에 연장되는 알루미나 실린더(25)를 포함한다. 실린더(25)의 하단부는 실린더(25)에 인접하여 둘러싸는 엔클로저(13)의 하부 벽을 뒤덮는 플레이트(27)의 구멍내에 맞춰지는 커버(26)위에 지지된다. 커버(26)는 플레이트(27)에 고정된다(예를 들어 플레이트(27)에 겹치는 커버(26)의 외면 플랜지(26a)를 관통하는 스크류에 의해, 이 스크류는 도시되지 않았지만 인용부호 27a 지점에위치된다). 예를 들어 PTFE로 된 축(28)은 커버(26)를 관통하여 반응용기(15)내의 교반기 바(22)를 구동시키는 자석(22a)에 전기모터(22b)를 결합시킨다. 커버(26)는 또한 반응용기(15)의 하부를 지지하는 알루미나 받침대(29)를 지지한다.
알루미나 실린더(25)에 인접하여 둘러싸는 엔클로저(13)의 상부 벽은 하부 플레이트(27)와 유사한 플레이트(30)에 의해 덮혀 있다. 플레이트(30)를 거쳐 연장되는 교차빔(31, 32)과, 플레이트(27)를 거쳐 연장되는 교차빔(33, 34)은 엔클로저(13)의 대향 측벽 넘어 연장되어 있어, 엔클로저(13)의 어느 한 측에서 긴 볼트에 의해 함께 연결되게 된다. 따라서, 상기 엔클로저의 어느 한측에서 빔(31, 33)은 볼트(35)에 의해 연결되며, 빔(32, 34)은 볼트(36)에 의해 연결된다. 상기 플레이트(27, 30) 및 연결된 교차빔(31-33, 32-34)은 반응용기(15) 부근에 보강 구조물을 설치하여 반응용기(15)내의 고압에 견디도록 원조하며 발생할 수 있는 폭발을 억제하게 된다. 이러한 연결에 있어서, 반응용기(15)에 제공되는 플레이트(30)의 중앙 구멍은 알루미나 실린더(25)의 상부 림(rim)이 안착하는 리세스(37a)를 포함한다.
반응용기(15)는 알루미나 실린더(25)내의 받침대(29)상에 지지된다. 상기 용기(15)의 외경은 실린더(25)의 내경보다 약간만 작으며, 상기 실린더(25)의 벽 두께는 화학반응 동안 용기내에서 발생되는 고압에 용기(15)가 견디기에 적당한 지지부를 제공할 정도로 충분한 두께로 되어 있어야 한다. 다른 방법으로, 용기 내에 발생되는 내부압과 동일한 압력을 외부원으로부터 용기의 외면으로 공급하는 장치가 알루미나 실린더(25)와 같은 구성요소를 대신하여 사용될 수 있다.
용기(15)는 실린더(25)의 상부 림 면상에 위치하는 립(lip)(15a)을 포함한다. 용기(15)는 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK)(이하 "PEEK"로 칭함)과 같은 불활성 재료로 제작됨이 바람직하다.
반응용기(15)의 커버(16)는 PEEK와 같은 불활성 재료이고 스크류(40)에 의해 서로 부착되는 플레이트(38)와 플레이트(39)의 사이에 계류되어 유지되는 돔(dome)(37)을 포함한다. 돔(37)은 하부 플레이트(39)의 구멍 안에 설치되며, 상부 플레이트(38)는 플레이트(39)와 돔(37)의 위로 연장되고, 따라서, 플레이트(38)는 돔(37)의 형상에 대응하여 중앙이 돔 형상으로 성형된 부분을 포함하게 된다. 제 2A도에 도시된 바와 같이, 돔(37)의 하부면은 상기 용기(15)의 림(15a) 상부 면위로 연장되며, 0링 시일체(seal)(62)는 PEEK 돔(37)상의 챔퍼(chamfer)(37b)에 의해 생성된 공간내에서 상기 두 개의 면 사이에 삽입된다. 이러한 구조는 상기 반응용기의 수용면이 불활성 재료로 구성되는 것을 확실히 한다. 또한 제 2A도에 도시된 바와 같이, 0링 시일체(62)는 리세스(37a)내의 알루미나 실린더(25)와 플레이트(30)사이에 삽입된다. 실린더(25)의 외부 림에서 챔퍼(25a)는 상기 시일체(62)를 위한 공간을 제공해 준다.
상기 커버 조립체(16)는 플레이트(38,39)를 지나 플레이트(30)내로 관통하는 제거 가능한 스크류에 의해 적정 위치에 고정된다. 커버(16)를 구성하는 돔(37)과 플레이트(38,39)는 용기(15)내에서 발생될수 있는 고압에 견딜수 있는 정도의 충분한 강도를 가져야 한다.
제 2도에 도시된 바와 같이, 커버(16)에 의해 지지되는 열 교환수단(24)은콜드-핑거(cold-finger) 구조로 이루어 진다. 이것은 석영 또는 그 외 적절한 불활성 재료의 튜브(41)로 이루어 지며, 돔(37)을 관통하여 반응용기(15)내로 연장되어 반응 혼합체(23)내에서 액침되게 한다. 튜브(41)의 하단부는 밀폐되고 상단부는 커버(16)의 플레이트(38) 안으로 나사 체결된 하부(42a)를 갖는 관형 장착부(42)내에 지지된다. 석영 튜브(41)는 열 교환매체(예:냉각수)를 입구 단부(41a)에서 튜브(41)의 밀폐된 하단부로 운반하는 관을 포함하고, 상기 매체는 튜브(41)내(즉, 삽입 튜브와 석영 핑거(41) 사이의 환상 통로내)에서 하측 단부로부터 상승하여 41b에서 상기 열 교환수단으로부터 배출되게 된다.
도시한 콜드-핑거형 열 교환수단 대신에, 본 발명은 예를 들어 코일형 열 교환기와 같은 다른 구조를 사용할 수 있다. 이것은 더욱 큰 냉각면을 제공하는 장점을 갖지만 반대로 더욱 방해될 수 있다; 즉, 청소하기가 더욱 어렵고, 따라서 연속하여 사용할 때 용기(15)내의 반응 혼합체의 더 높은 오염 위험성을 수반하게 된다. 일반적으로, 콜드-핑거형 열 교환기는 다른 형보다 더 우수하다. 또한 석영 이외의 물질이 열 교환기에 사용될 수 있다. 예를 들어 특정 환경에서는 스테인레스 스틸과 같은 금속이 사용될 수도 있다. 열 교환수단이 용기(15)내의 화학반응에 영향을 주지 않고 오염시키지 않는 재료로 제작됨이 중요하다.
커버(16)는 열 교환수단(24) 뿐만 아니라 압력 측정장치(17), 안전밸브 조립체(18), 샘플링 설비(19) 및 온도 측정장치(20)를 포함한다. 제 2도에 도시된 단면도에 안전밸브(18) 및 온도 측정장치(20)는 도시되지 않았음에 주의해야 한다.
제 3A도에 도시된 압력 측정장치(17)는 43b에서 커버 플레이트(38) 안으로나사 체결된 관형의 끼워맞춤재(43)를 포함한다. 관형 끼워맞춤재(43)는 PEEK 돔(37)내의 통로(48)를 경유하여 용기(15)와 연결되는 중앙 통로(44a)를 갖는 라이너(liner)(44)(PEEK로 됨)를 포함한다. 끼워맞춤재(43)는 내부에 라이너(44)의 확대 헤드부(44b)가 설치된 확대 헤드부(43a)를 포함한다. 라이너(44)의 확대 헤드부(44b)는 통로(44a)에 연결되는 챔버(45)를 한정한다. 챔버(45)의 일벽은 끼워맞춤재(43)와 다른 끼워맞춤재(47) 사이에 설치된 플로로에틸렌 폴리머 등의 불활성 재료의 다이아프램(46)에 의해 한정되며, 그것은 스크류(47a)에 의해 끼워맞춤재(43)의 헤드부(43a)에 부착된다. 끼워맞춤재(47)는 압력 변환기(17a)(제 2도에 도시됨)를 장착하도록 되어있다. 다이아프램(46)과 압력 변환기(17a)사이의 캐버티에는 물과 같은 유체로 채워진다.
압력 측정장치와 관련된 용기 내용물을 위한 모든 폐쇄면이 불활성 재료로 구성됨은 제 3A도를 통해 이해될 것이다. 상기 용기(15)내에서 발생된 압력은 통로(48, 44a), 챔버(45) 및 다이아프램(46)을 경유하여 변환기(17a)를 통해서 변환되어 감지된다.
제 3B도에 도시된 커버(16)의 온도 측정장치(20)는 반응용기(15)내에 설치된 밀폐 단부(58a)를 갖는 (석영으로 된) 작은 직경의 튜브(58)를 포함한다. 석영 튜브(58)는 커버(16)의 플레이트(38) 안으로 나사 체결되는 관형 끼워맞춤재(59)를 관통하여 그것에 의해 지지된다. 튜브(58)는 끼워맞춤재(59)의 외측 단부내에 수용된 고무씨트(robber seat)(60)에 의해 끼워맞춤재(59)내에 유지된다.
고무세트(60)는 섬유 광 온도계의 광섬유(제 3b도에 도시되지 않음)의 통로를 위해 튜브(58)의 내측으로 개방되는 작은 구멍(61)을 포함한다.
상기 광섬유는 튜브(58)내의 반응용기(15) 안으로 연장되며 온도 감지를 위한 열 민감성 인(phosphor) 팁을 포함한다. 상기 섬유의 타단은 교대로 컴퓨터(21)에 접속될 수 있는 분석 및 표시장치(2Oa)(제 1도에 도시됨)에 연결된다. 본 발명에서는 럭스트론 모델 755 다중채널의 형광 온도계가 사용되는 것이 바람직하다. 그러나, 적외선 감지 장치, 피복된 열전쌍 또는 가스 온도계와 같이 마이크로파 영역내에 설치하기에 적합한 다른 형식의 온도계가 본 발명에 사용될 수 있다.
제 3C도는 반응용기(15)의 샘플링 설비(19)를 도시한다. 샘플링 설비(19)는 PEEK와 같은 불활성 재료로 된 (약 1.6mm의 직경을 갖는) 작은 직경의 튜브(54)를 포함하며, 이 튜브(54)는 플레이트(38)내에 나사 체결되는 관형 끼워맞춤재(55)를 관통한다. 불활성 재료(예: PEEK)로 된 라이너(57)의 일단은 돔(37)내의 리세스안에 위치되며, 끼워맞춤재(55)의 외부 단부내로 나사 체결되는 너트(56)는 상기 돔(37)내의 라이너를 위한 내 압력 끼워맞춤을 확실하게 하기 위해 상기 라이너(57)의 타단 상부를 지지한다. PEEK 튜브(54)는 용기(15)내의 반응 혼합체내로 연장된다(제 1도에 도시됨). 튜브(54)의 외부는 밸브(제 1도의 19a)에 의해 밀폐된다.
상기 혼합체가 마이크로파에 의해 조사되고 화학반응이 진행되는 동안 상기 샘플링 설비(19)는 밸브(19a)를 개방시킴으로써 반응 혼합체 일부를 용기(15)로부터 추출한다. 또한, 이것은 반응 동안 상기 혼합체에 반응물 또는 솔벤트가 첨가되게 한다. 그러한 반응물 또는 솔벤트의 첨가는 용기내로 강제 첨가하기 위하여 반응용기(15)내의 압력보다 더 높은 압력이 튜브(54)에 가해지는 것을 요구한다. 샘플링 설비(19)는 또한 불활성 가스 입구로 사용될 수 있다. 이것을 달성하기 위한 장치는 당해 기술분야의 숙련자들에게 잘 알려져 있으며, 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.
커버(16)는 하나 이상의 샘플링 설비(19)를 결합할 수 있다. 예를 들어 두개의 샘플링 설비가 구비되었을 때, 용기(15) 내에서 화학반응이 진행되는 동안 하나의 샘플링 튜브를 통해 반응물 또는 솔벤트를 반응 혼합체에 첨가하고, 다른 샘플링 튜브를 통해 반응 생성물을 추출해 내는 것이 가능하다.
제 3D도에 도시된 안전밸브 장치는 표준형이며, 밸브 씨트(50)상에서 작동하는 조정 가능한 스프링 바이어싱 장치(49)를 포함하며, 그것의 반대면은 돔(37)을 관통하는 통로(52)를 경유하여 고압 영역과 연동된다. 상기 장치의 핵심은 모든 폐쇄면이 불활성 재료로 이루어지는 것이다. 따라서, 제 3D도에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 돔(37)과 밸브 씨트(50)사이로 연장되는 불활성 재료(예:PEEK)로 된 라이너(53)를 포함한다. 상기 밸브 씨트(50) 또한 불활성 재료(예:PTEE)로 만들어 진다.
화학반응 동안 반응용기(15)내에서 고압이 발생될 것이라는 가정하에, 반응용기(15)와 커버(16) 상에 끼워맞추어지는 구성요소들은 그러한 압력을 견디기에 충분한 강도일 뿐 아니라 효과적으로 밀폐될 필요가 있다. 제 2도 및 제 3도에 도시된 바와 같이, 적합한 불활성 재료로 만들어진 0링(62)을 사용하여 이러한 밀폐가 수행될 수 있다. 일반적으로, 0링(62)은 용기(15)와 커버(16)의 돔(37) 그리고돔(37)과 나사 끼워맞춤재 사이를 밀폐하기 위해 사용되어야 하며, 커버(16)내로 삽입된다. 더욱이 반응용기 내에서 발생된 고온 고압은 상기 반응물이 접촉할지도 모르는 상기 재료로부터 반응 오염 위험성을 증가시킨다. 그 결과, 상술된 바와 같이, 그러한 모든 재료는 상기 기계장치를 사용하여 생성된 어떠한 반응 물질에 대해서도 오염시키지 말아야 한다. 일반적으로, 반응물이 접촉할지도 모르는 모든 구성요소는 PEEK, 석영 또는 PTFE와 같은 불활성 재료로 제작되어야 한다.
커버(16), 플레이트(27, 30) 및 커버 구성요소(플레이트(38, 39), 끼워맞춤부재(42,43,55,59) 등)와 같은 다른 구성요소는 스테인레스 스틸로 제작될 수 있다.
다시 제 2도를 참조하면, 마이크로파 엔클로져(13) 안으로의 도파관 구멍은 참조번호 63으로 표시되고, 상기 캐버티를 위한 모드 교반기는 참조번호 14로 도시된다. 모드 교반기(14)는 모터(65)에 의해 지속적으로 구동된다. 교반기(14)는 도파관(12)내에서 반사된 마이크로파 전력과 입력된 마이크로파 전력의 측정 등에 의해서 결정되는 특정 각도에 설정하기 위해 손으로 조정 가능한 노브(제 1도에 도시된 노브(64))에 접속된다. 즉, 도파관(12)은, 입력된 마이크로파 전력과 반사된 마이크로파 전력을 측정하는 관련 계측기를 구비하여 노브(64)에 의해서 입력전력이 최대화되고 반사전력이 최소화되는 위치로 모드 교반기(14)를 조절할 수 있는 장치를 포함한다.
제 2도에 도시된 실시예에서, 상기 캐버티(13)의 규격은 높이 175mm, 넓이 2OOmm 그리고 길이 4OOmm이다. 알루미나 실린더(25)는 외경 7Omm, 내경 5Omm 그리고 길이 2OOmm이다. 반응용기(15)는 1OO㎖의 명목상 용량을 가지며, 규격은 외경 5Omm, 내경 44mm 그리고 길이 1O3mm이다. 커버(16)는 외경 13Omm, 두께 15mm 그리고 돔 형상부에 대한 65mm의 내부 반경을 갖는다. 콜드 핑거(41)의 규격은 외경 15mm, 벽두께 1.5mm 그리고 길이 16Omm를 갖는 핑거부와 외경 2Omm, 6Omm의 길이를 갖는 헤드부를 갖는다. 본 실시예에서 250℃ 온도와 10,OOOkPa(1OOAtmos)의 압력이 용기(15)내에서 달성된다. 그러나, 반응용기의 용량과 사용된 물질과 안전요소에 의해 결정되어진 본 발명에 따른 장치의 최대 온도 및 압력정격에 실제적인 제한이 있을지라도, 본 발명은 상술한 바와 같은 규격 또는 작동 변수에 의해 제한되지 않는다.
제 4도는 제 2도의 실시예에 따른 배치식 반응장치의 가열능력 및 냉각능력을 도시한 그래프이다. 이 그래프는 용기 내용물(물)이 약 2½ 분 정도 내에서는 230℃의 온도로 빠르게 가열되고, 약 6½ 분 정도 까지는 이 온도에서 유지되고, 약 2분 동안 콜드 핑거 열 교환기를 통과하는 냉각제의 통과에 의해 약 30℃(온도가 약 200℃ 감소)로 빠르게 냉각되는 상태를 도시한다. 반응후의 용기 내용물을 냉각시키는 것에 부가하여 열 교환수단은 또한 용기 내용물을 예열시키는데 사용된다. 예열단계는 특히 가열될 때까지 마이크로파 에너지의 불량 흡수제인 재료에 대하여 유용하다.
특히 가열될 때에만 마이크로파 에너지의 좋은 흡수제가 되는 재료에 의해서, 콜드-핑거 열 교환기에 대한 다른 사용 형태는, 대기 온도에서 마이크로파 에너지의 좋은 흡수제인 물과 같은 재료로 상기 열 교환기를 채우고, 상기 물 등으로채워진 열 교환기 및 반응용 재료가 용기(15)내에 포함되도록 장치를 조립하고, 상기 조립체에 마이크로파를 방사하는 것이다. 이러한 사용 형태에 있어서, 열 교환기내의 재료는 먼저 가열되고, 용기 내의 반응용 재료를 전도적 및 대류적으로 차례로 가열하여 상기 마이크로파에 의해 직접적으로 가열되기에 충분한 마이크로파 흡수제가 되게 된다. 상기 마이크로파에 의해 용기(15)내의 상기 재료를 지속적으로 가열하는 것은 용기내에서 또는 재료내에서 화학반응을 야기시킨다.
상술한 바와 같은 사용 형태의 어떤것에 있어서, 상기 콜드-핑거 열 교환수단은 흡수관에 의해 또는 내용물을 불어내기(blowing-out) 위한 압력 수단에 의해 그 내용물이 비워진다.
전형적으로, 본 발명에 따른 반응장치내에서 5분동안 1OO㎖ 규모로 200℃에서 수행되는 반응은 단지 총 10분의 경과후 완료되며, 가열처리와 냉각처리는 각각 약 2.5분만을 필요로 한다.
본 발명의 사용을 예시적으로 보이기 위해서 제 2도에 도시된 바와 같은 장치를 사용하는 반응 실시예들이 설명된다.
실시예 1 - 냉각용 콜드-핑거(41) 사용
2-알릴페놀의 제조
자석 교반막대가 장치된 PEEK 용기에 알릴페놀 에테르(2.Og) 와 물(6O㎖)의 혼합물을 첨가하였다. 이 용기를 반응기에 놓고, 커버를 덮었다. 이 혼합물을 10분 이내에 242℃(압력 3.3 MPa)로 가열시키고, 이 온도에서 10분간 유지시킨 다음, 콜드-핑거를 사용하여 빠르게 냉각시켰다. 생성된 반응 혼합물을 디에틸에테르(3 ×5O㎖)로 추출하였다. 이 유기 추출물을 건조(MgSO4)시키고, 농축시켜 GC/MS 및1H NMR 분광기로 측정된 바와 같이, 순도 87%의 2-알릴페놀(1.7g)을 얻었다.
GC/MS: m/z (상대 세기 %) 134(M+, 100), 133(41), 119(38), 115(41), 107(25), 105(30), 91(63), 89(11), 79(29), 78(27), 77(55), 66(11), 65(15), 63(18), 55(11), 53(16), 52(14), 51(38), 50(20).
실시예 2 - 냉각용 콜드-핑거(41) 사용
루핀 바이오매스의 당화
건조된 루핀 껍질(입경 50㎛, 1Og, 질량으로 52%의 셀룰로오스를 함유)을 1%의 H2SO4수용액(1OO㎖) 중에 현탁시킨 현탁액을 마이크로파 조건하에 교반하면서 가열하였다. 이 반응의 반응 온도는 120초 이내에 30℃에서 215℃로 승온시키고, 이 온도에서 30초 동안 유지시킨 다음(압력 약 2 MPa), 콜드-핑거를 사용하여 50℃로 빠르게 냉각시켰다. 200℃ 이상에서 소요된 시간은 1분이었다. 셀룰로오스가 글루코오스로 변환된 변환율은 39%이었다.
실시예 3 - 냉각용 콜드-핑거(41) 사용
카르본의 이성질화
p-톨루엔술폰산(1.4g) 과 카르본(Carvone, 11.3g)을 클로로벤젠/l,4-디옥산(용량비 4:1; 75㎖)중에 혼합한 혼합물을 180℃에서 35분간 가열한 다음, 콜드-핑거를 사용하여 빠르게 냉각시키고, 10%의 NaOH수용액(3 × 1OO㎖)으로 추출하였다.모은 수성 추출액을 CH2Cl2(2 × 1OO㎖)로 세정하고, 진한 H2SO4을 적가(滴加)하여 중화시키고, CH2Cl2(3 × 1OO㎖)으로 추출하였다. 이 추출된 유기 추출물을 포화 NaHCO3(1OO㎖)로 세정하고, MgSO4로 건조시키고, 진공 중에서 농축시켜 카르바크롤(9.6g; 85%)을 얻었다.
월거로트 반응의 실시예
실시예 4 - 아세토페논으로부터 페닐아세트아미드의 제조
황(15g, 58.4mmol)을 피리딘(15㎖, 14.67g, 185.5mmol)과 수성 암모니아(28%; 2O㎖)중에 현탁시킨 현탁액에 아세토페논(1Og, 83.3mmol)을 첨가하였다. 교반시킨 혼합물을 185℃로 빠르게 가열하여 승온시키고, 이 온도에서 10분간 유지시킨 다음, 콜드-핑거를 사용하여 빠르게 냉각시켰다. 농축(감압하에)시켜 고체(32g)를 얻은 다음, 이를 에테르(8O㎖)로 현탁시킨 다음, 여과하고, 고체를 채취하고, 에테르(2 × 10㎖)로 세정한 다음, 끓는물(약 1ℓ)중에 현탁시키고, 여과하였다. 얻어진 여과물을 디클로로메탄(500㎖)으로 계속 추출하고, 유기층을 증발시켰다. 잔류물을 디클로로메탄으로 재결정하고(챠콜 사용 탈색), 건조(진공/P2O5)시켜 무색 박편의 아세트아미드(융점 157-158℃, 8.1g, 72%)를 얻었다.
vmax3364m, 3192m, 1640s, 1498w, 1456w, 1418m, 1290m, 1204w, 1184w, 1156w, 1136w, 1074w, 746m, 700m, 583w, 534w, 474w cm-1.
1H NMR (d6DMSO): δ 3.37, s; 6.91, bs; 7.1-7.35, m; 7.48, bs.
13C NMR (d6DMSO) : δ 42.22, 126.14, 128.03, 128.95, 136.39, 172.16.
질량 스펙트럼(CI) : m/z 136(M+1, 100%), 92(17), 91(17).
실시예 5 - 스티렌으로부터 페닐아세트아미드의 제조.
황(15g, 58.4mmol), 피리딘(15㎖, 14.67g, 185.5mmol), 수성 암모니아(28%; 2O㎖), 스티렌(8.66g, 83.3mmol) 및 4-3차-부틸카테콜(0.23g, 1.69mmol)을 혼합한 혼합물을 170℃까지 10분간 가열한다음, 콜드-핑거를 사용하여 빠르게 냉각시켰다. 통상의 반응 마무리를 하여 페닐아세트아미드(5.7g, 51%)를 얻었다. 불순물은1H NMR 또는13C NMR 스펙트럼에서 발견되지 않았다.
실시예 6 - 4'-히드록시페닐아세트아미드의 제조
황(15g, 58.4mmol), 이소프로판올(15㎖, 11.78g, 196mmol), 수성 암모니아(28%; 20㎖) 및 4'-히드록시아세토페논(11.3Og, 83.1mmol)을 혼합한 혼합물을 210℃에서 20분간 가열한다음, 콜드-핑거를 사용하여 빠르게 냉각시키고, 생성된 혼합물을 감압하에 농축시켰다. 잔류물을 에테르(3 × 50㎖)로 처리하고, 얻은 고체를 끓는물(1 × 500㎖, 2 × 250㎖) 로 처리하였다. 모아진 수층을 증발시키고, 잔류물을 물로 재결정하였다(챠콜 사용 탈색). 얻어진 결정을 여과하여 채취하고, 냉수(2O㎖) 및 에테르(2O㎖)로 세정한 다음, 건조(진공/P2O5)시켜 황색 분말의 4'-히드록시페닐아세트아미드(융점 171-173℃, 7.35g, 59%)를 얻었다.
vmax(KBr, 웨이퍼) 3700-2200bs, 1635s, 1510m, 1430s, 1360m, 1310w, 1290m, 1230s, 1200s, 1175m, 1115m, 1100m, 1015w, 925w, 885m, 855m, 820s, 795s, 670s, 565w, 525m, 495w cm-1.
1H NMR (d6DMSO0 : δ 3.27, s; 6.71, m; 6.85, bs; 7.08, m; 7.39, bs; 9.26, bs.
13C NMR (d6DMSO) : δ 41.44, 114.93, 126.62, 129.94, 155.81, 172.86.
질량 스펙트럼(CI) : m/z 152(M+1, 100%), 135(9), 134(5), 121(6), 107(45).
실시예 7 - 4'-히드록시페닐아세트아미드의 합성.
황(15g, 58.4mmol), 이소프로판올(15㎖, 11.78g, 196mmol), 수성 암모니아(28%; 2O㎖) 및 4'-아세톡시아세토페논(14.83g, 83.3mmol)을 혼합한 혼합물을 210℃에서 20분간 가열한다음, 콜드-핑거를 사용하여 빠르게 냉각시키고, 통상의 반응 마무리를 한다음, 재결정하여 4'-히드록시페닐아세트아미드(7.6Og, 61%)를 얻었다.
실시예 8 - 4'-메톡시페닐아세트아미드의 제조.
황(15g, 58.4mmol), 이소프로판올(15㎖, 11.78g, 195mmol), 수성 암모니아(28%; 2O㎖) 및 4'-메톡시아세토페논(12.5Og, 83.3mmol)을 혼합한 혼합물을 210℃에서 20분간 가열한다음, 콜드-핑거를 사용하여 빠르게 냉각시켰다. 냉각된 반응 혼합물을 농축시키고, 반-고체 상태의 잔류물을 에테르(3 × 3O㎖)로 처리하였다. 잔류된 고체를 물로 재결정하고(챠콜 사용 탈색), 감압하에 건조시켜 무색 플레이트의 4'-메톡시페닐아세트아미드(8.5g, 62%)를 얻었다.
1H NMR (d6DMSO) : δ 3.31, s; 3.74, s; 6.85, m; 7.19, m; 7.43.
13C NMR (d6DMSO) : δ 41.28, 54.89, 113.49, 128.34, 129.94, 157.76, 172.62.
질량 스펙트럼(CI) : m/z 166(M+1, 100%), 151(5), 149(6).
실시예 9 - 4'-에톡시페닐아세트아미드의 제조.
황(15g, 58.4mmol), 피리딘(15㎖), 수성 암모니아(28%; 2O㎖) 및 4'-에톡시아세토페논(13.65g, 83.3mmol)을 혼합한 혼합물을 190℃에서 20분간 가열한다음, 콜드-핑거를 사용하여 빠르게 냉각시키고, 생성된 혼합물을 농축시고, 반-고체 상태의 잔류물을 에테르(3 × 3O㎖)로 처리하였다. 이어서, 잔류된 고체를 비등수(5 ×300㎖)중에서 현탁시키고, 여과시켰다. 모아진 수층을 증발시키고, 디클로로메탄으로 연속적으로 추출하였다. 용매를 제거한후, 얻어진 잔류물을 에탄올로 재결정하여(챠콜 사용 탈색) 4'-에톡시페닐아세트아미드(9.2g, 62%)를 얻었다.
1H NMR (d6DMSO): δ 1.36, t; 3.32, s; 4.02, q; 6.88, m; 7.18, m; 7.45.
13C NMR (d6DMSO): δ 14.68, 41.62, 62.89, 114.08, 128.31, 130.01, 167.46, 172.64.
질량 스펙트럼(CI) : m/z 166(M+1, 100%), 151(5), 149(6).
실시예 10- 시료채취기(19) 사용
(2-메톡시에틸)벤젠의 제조
(2-브로모에틸)벤젠(2.Og) 과 메탄올(6O㎖)의 혼합물을 자석 교반막대가 장치된 피크(PEEK) 용기에 넣었다. 이 용기를 반응기에 설치하고, 커버를 덮었다. 이 혼합물을 149℃(1.08 MPa)에서 10분간 교반하면서 가열하고, 이 온도에서 2시간 동안 유지시켰다. 시료를 일정 시간주기로 채취하여 분석하였다. 이 혼합물을 냉각시켰다. (2-메톡시에틸)벤젠의 전환율은 1시간 경과시에 50%에서, 2시간 경과시에 80%로 증가되었다.
GC/MS: m/z (상대 세기 %) 136(M+, 13), 104(8), 91(28), 77(6), 65(11), 63(4), 51(9), 50(4), 45(100).
1H NMR (CDCl3; 2OOMHz): δ 7.23, m, 5H, Ar; 3.6, t, 2H, -CH2-0-CH3; 3.4, s, 3H, -0-CH3; 2.9, t, 2H, Ar-CH2-
실시예 11 - 반응중의 물질의 첨가 및 채취(예를 들어, 시료채취기(19)를 통해)
1,6-디브로모헥산(3O㎖, 48g)을 자석 교반막대가 장치된 반응용기(PTFE)에넣었다. 이 반응용기를 커버 어셈블리에 연결된 3mm O.D. 출구관에 설치하였다. 상기 디브로마이드를 150℃로 가열하고, 커버 어셈블리에 부착된 제 2관을 통해 시린지를 사용하여 헥사메틸포스포로스 트리아미드(HMPTA; 약 3㎖)를 첨가하였다. 이어서, 이 반응용기 내용물을 200℃로 가열하고, 시린지를 사용하여 HMPTA(42㎖)를 적가하였다. 생성된 조생성물을 출구관을 통해 증류시키고, 냉각 플라스크에 모으고, 이어서 재증류하여 6-브로모헥스-1-엔(15.6g, 49%)을 얻었다.
1H NMR (CDCl3; 2OOMHz): δ 1.56, m, 2H, CH2; 1.85, m, 2H, -CH2; 2.10, m, 2H, CH2; 3.41, t, J=7Hz, 2H, CH2Br; 4.85-5.10, m, 2H, =CH2; 5.80, m, 1H, =CH.
상기한 NMR 데이터는 문헌(Kenneth J. Shea and Jang-Seob Kim in "Influence of Strain on Chemical Reactivity, Relative Reactivity of Torsionally Distorted Double Bonds in MCPBA Epoxidations" Journal of The American Chemical Society, Vol. 114 No.8, 1992, pages 3044-3051)에 발표된 데이터와 일치한다.
실시예 12.- 예열기로서 콜드-핑거(41) 사용
4-3차-부틸시클로헥산올의 탈수
(a) 인가된 마이크로파 에너지에 의해 가열된 콜드-핑거중의 액체(즉, 서셉터로 작용)을 사용한 탈수
반응용기중에 질소분위기를 유지시키는 것을 제외하고는 6-브로모헥스-1-엔의 제조에서와 동일하게 마이크로파 반응기를 설치하였다. 석영 콜드-핑거에 물을 채우고, PTFE 반응용기에 시스- 및 트란스-4-3차-부틸시클로헥산올(4Og, 256.4mmol)과 칼륨 피로술페이트(2Og)의 미세하게 분쇄된 혼합물을 넣었다. 이어서, 마이크로파 전력을 작동시켜 콜드-핑거중의 물을 가열하여 비등시킨 다음, 반응 온도를 다시 승온시켰다. 이 반응 혼합물을 마이크로파 에너지에 의해 175℃로 가열하고, 약 10분이 경과되어 2상 증류물이 모이기 시작하기 까지의 시간동안 이 온도를 유지시켰다. 증류하는 동안, 콜드-핑거중의 물은 과량의 입력 마이크로파 에너지를 흡수하는 "가상 부하"로 작용하며, 반사전력을 감소시킨다. 유기층을 분리하고, 물(4×1O㎖)로 세정한 다음, 건조하였다(MgSO4). 생성물(22.3g)은 4-3차-부틸시클로헥센(GC분석에 의하면 89%)과 3-3차-부틸시클로헥센(GC분석에 의하면 11%)로 이루어져 있다.
4-3차-부틸시클로헥센에 대한,
13C NMR (CDCl3; 5OMHz): δ 23.93, 26.71, 26.78, 27.11, 32.22, 44.11, 126.78, 127.31,
3-3차-부틸시클로헥센에 대한,
13C NMR (CDCl3; 5OMHz): δ 22.87, 24.43, 25.22, 27.43, 32.67, 45.90, 127.91, 129.25
(b) 콜드-핑거를 통해 유동되어 외부로부터 예열된 액체를 사용한 탈수
상기 실시예 12(a)에서와 동일하게 마이크로파 반응기를 설치하였다. 이 반응용기에 시스- 및 트란스-4-3차-부틸시클로헥산올(4Og)과 칼륨 피로술페이트(2Og)의 혼합물을 넣었다. 콜드-핑거를 통해 열수(150-160℃)가 통과되어 상기 반응용기의 내용물을 75℃으로 예열시킨 다음, 마이크로파 전력을 인가하였다. 이 반응혼합물을 마이크로파 에너지에 의해 175℃로 가열되고, 증류물이 모이기 시작하기까지의 시간동안 이 온도에서 유지시켰다. 상기 실시예 12(a)에서와 동일하게 통상의 반응 마무리를하여 4-3차-부틸시클로헥센을 주성분으로 포함하는 액체(27g)을 얻었다.
실시예 13- 냉각용 콜드-핑거를 사용한 반응 온도 조절
4-3차-부틸시클로헥산올의 4-3차-부틸시클로헥산온으로의 산화
크롬(VI) 산화물(1Og, 1OOmmol)을 에세트산(5O㎖)와 물(1O㎖)중에 용해시킨 용액을 마이크로파 반응용기에 넣었다. 액체(-35℃)를 콜드-핑거를 통해 순환시키고, 반응용기의 내용물의 온도가 약 -5℃가 될 때까지 4-3차-부틸시클로헥산올(9g, 64.1mmol)을 아세트산(25㎖)중에 용해시킨 용액을 첨가하였다. 냉각 유체의 순환이 콜드-핑거를 통해 유지되고, 반응 온도는 마이크로파 전력을 인가하여 25℃로 증가시켰다. 상기한 반응의 온도를 25-28℃에서 1시간 동안 유지시킨 다음, 냉각 유동물을 제거하고, 반응용기의 내용물을 110℃에서 15시간 동안 가열한 다음, 20℃로 냉각시켰다. 이어서, 메탄올(5㎖)과 물(20㎖)을 첨가하였다. 이 생성물을 증기 증류하고, 얻은 증류물을 CH2Cl2로 통상의 반응 마무리를하여 백색 결정의 4-3차-부틸시클로헥산온을 얻었다. 생성물은 다음과 같은 분석결과, EI/MS(7OeV 에서): 154(M+11%), 98(54), 83(21), 69(16), 57(100).
비교를 위해, 크롬(VI) 산화물(5g)을 물(5㎖)과 아세트산(25㎖)중에 용해시킨 용액에 4-3차-부틸시클로헥산올(4.5g)을 아세트산(15㎖)중에 용해시킨 용액을 주변온도에서 냉각하지 않으면서 첨가하였다. 그 결과, 격렬하고, 조절되지 않은 발열반응이 일어나고, 혼합물의 온도는 20초 이내에 105℃로 증가되었다.
이상에서와 같이, 본 발명은 상세하게 기술된 것 이외에도 본 발명을 다양하게 변화 및 변경시킬 수 있으며, 본 발명은 첨부된 특허청구의 범위를 벗어나지 않는 이러한 모든 변화 및 변경을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명의 목적은 콘스터블 등의 반응장치에 부가되는 제어 특성을 구체화하는 화학반응을 수행하기 위한 마이크로파 반응장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 화학반응용 물질을 함유하는 용기로 이루어져 마이크로파 방사작용하에서 화학반응을 실행하는 반응장치에 있어서, 상기 용기는, 마이크로파에너지가 가해질 때 상기 용기 내용물을 감시하는 수단을 구비하는 커버의 마련으로 화학반응 과정 동안 상기 물질에 의해 발생되는 내부 압력에 견디기에 적합하게 되며, 상기 커버는 또한 용기 내용물 내에 액침되는 열 교환수단을 지지하는 것을 특징으로 하는 반응장치가 제공된다.
용기는 마이크로파 캐버티 내에 배치되는 것이 바람직하며, 대신에 마이크로파의 방사는 커버와 결합된 수단에 의해 상기 용기 내부로 유입된다.
열 교환수단은 원하는 때, 예를들어, 대개의 경우 발열반응인 화학반응을 처리하는 동안에 또는 반응을 위한 가열 단계의 완료시에 상기 물질을 예열하거나 상기 내용물을 냉각시키기 위한 것이다.
상기 용기 내용물의 감시 수단은 온도 및/또는 압력 측정수단을 포함하는 것이 바람직하다.
제 2형태에 따른 본 발명은:
( i ). 반응물 또는 솔벤트 또는 이들이 혼합된 써샙터(susceptor)(이하 "써샙터"라 칭함)가 마이크로파 에너지를 흡수할 수 있으며, 적어도 하나의 반응물 또는 반응물/솔벤트 혼합물을 고온 및 고압에서 견디기에 적합하게 된 용기에 채우는 단계와;
(ii). 상기 용기에 화학반응을 일으키기에 충분한 마이크로파 에너지를 가하는 단계; 및
(iii). 압력하의 상기 용기내에 남겨진 상기 반응 생성물을 액침된 열 교환수단을 통해 급속 냉각시키는 단계를 포함하는 화학반응 실행방법을 제공하는 것이다.
제 3형태에 따른 본 발명은 또한 :
( i ). 반응물 또는 솔벤트 또는 이들이 혼합된 써샙터가 마이크로파 에너지를 흡수할 수 있으며, 가열될 때 발열반응을 하는 적어도 하나의 반응물 또는 반응물/솔벤트 혼합물을 고온 및 고압에서 견디기에 적합하게 된 용기에 채우는 단계와;
(ii). 발열 화학반응을 일으키기에 충분한 마이크로파 에너지를 가하는 단계; 및
(iii). 반응과정 동안에, 압력하의 상기 용기내에 남겨진 상기 용기 내용물을 액칭된 열 교환수단을 통해 냉각시키는 단계를 포함하는 화학반응 실행방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 상술된 제 2 및 제 3형태에서 언급된 써샙터는 반응 유체가 마이크로파 에너지를 용이하게 흡수하지 못할 때 사용될 수 있다. 즉, 마이크로파 흡수성 물질인 써샙터는 마이크로파 에너지를 흡수하므로써 가열되고, 그 열을 전도에 의해 주위의 반응 유체에 전달한다. 적합한 써샙터는 카본, 자철광, 마그헤마이트 및 크롬염을 포함한다.
제 4형태에 따른 본 발명은 :
( i ). 대기 온도에서는 마이크로파 에너지의 불량 흡수제이고 가열될 때에는 마이크로파 에너지의 양호한 흡수제인 적어도 하나의 반응물 또는 반응물/솔벤트 혼합물을 고온 및 고압에 견디기에 적합하게 된 용기에 채우는 단계와;
(ii). 마이크로파 흡수성 매체로 채워진 상기 열 교환수단을 상기 용기 내용물내에 액침시키고 상기 용기를 밀봉하는 단계와;
(iii). 상기 열 교환수단내의 매체를 가열하고 이로써 상기 용기 내용물을 가열하기에 충분한 마이크로파 에너지를 상기 용기에 가하여, 상기 내용물이 상기 마이크로파 에너지를 점차적으로 흡수하게 하는 단계; 및
(iv). 화학반응을 일으키기에 충분한 마이크로파 에너지를 상기 용기 내용물에 계속 가하는 단계를 포함하는 화학반응 실행방법을 제공하는 것이다.
상기 열 교환수단은 콜드-핑거(cold-finger)(이하 콜드-핑거로 칭함) 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.
열 교환수단내의 마이크로파 흡수성 매체(또는 써샙터)는 예를 들어 물, 디메틸슐폭시드, 에틸렌 글리콜 또는 그 외 적당한 매체이다.
본 발명에 따른 반응장치는 마이크로파 가열 동안 반응용기로부터 물질들을 첨가하거나 제하기 위한 설비를 더욱 포함하기도 한다. 하나 이상의 이러한 설비가 제공되어 물질을 동시에 첨가하거나 제할수 있게 하는 것이 바람직하다.

Claims (23)

  1. 화학반응용 물질을 함유하는 용기를 포함하며 마이크로파 방사영향하에서 화학반응을 실행하는 반응장치에 있어서,
    상기 용기는 마이크로파 에너지가 가해질 때 상기 용기 내용물을 감시하는 수단을 구비하는 커버의 마련으로 화학반응 과정 동안 상기 물질에 의해 발생되는 내부 압력에 견디기에 적합하게 되며, 상기 커버는 또한 상기 용기 내용물 내에 액침되는 열 교환수단을 지지하는 것을 특징으로 하는 반응장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 열 교환수단은 콜드-핑거형 열 교환기인 것을 특징으로 하는 반응장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 열 교환수단은 밀폐 단부를 갖는 열 교환 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 튜브는, 상기 밀폐 단부 근처에서 끝나고 열 교환유체를 상기 열 교환수단내로 운반해 주는 작은 직경의 입구 튜브를 포함하며, 상기 열 교환유체는 상기 입구 튜브와 상기 주위의 열 교환튜브 사이에 한정된 환상 통로를 경유하여 열교환수단으로부터 배출되는 것을 특징으로 하는 반응장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 열 교환튜브는 상기 커버로부터 실질적으로 법선방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 반응장치.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 열 교환튜브는 코일로 된 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 반응장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 용기 내용물을 감시하는 수단은 압력 측정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반응장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 압력 측정수단은 상기 커버내로 나사 체결되는 끼워맞춤재와 상기 끼워맞춤재 상에 장착되는 압력 변환기를 포함하며, 상기 끼워맞춤재는 상기 용기와 상기 변환기 사이의 압력 연통을 위한 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 용기 내용물 감시 수단은 온도 측정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반응장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 온도 측정수단은 상기 커버내로 나사 체결되며 상기 용기내에 위치되는 밀폐단부를 갖는 작은 직경의 튜브를 장착하는 끼워맞춤재를 포함하며, 상기 작은 직경의 튜브는 섬유광 온도계의 광섬유를 포함하는 것을 특징으로하는 반응장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 커버는 압력을 조절할 수 있는 안전밸브 조립체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반응장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 커버는 마이크로파 가열동안 상기 용기로부터 물질을 첨가 또는 제하는 샘플링 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반응장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 샘플링 수단은 상기 커버내로 나사 체결되며 상기 용기내를 통과하는 개방 단부를 갖는 직경의 튜브를 장착하는 끼워맞춤재를 포함하며, 상기 튜브는 상기 끼워맞춤재로부터 연장되고 상기 용기의 외측에 위치되는 밸브 수단에 접속되어 밀봉되는 것을 특징으로 하는 반응장치.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 커버는 두 개의 샘플링 설비를 포함하고, 이로 인해 화학반응 과정 동안 하나의 상기 샘플링 수단을 경유하여 물질이 상기 용기에 첨가될 수 있으며, 동시에 다른 상기 샘플링 수단을 경유하여 용기로부터 반응 생성물을 추출할 수 있는 것을 특징으로 하는 반응장치.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 용기는 마이크로파 캐버티내에 수납되고, 상기 커버는 상기 캐버티 외측에 위치되는 것을 특징으로 하는 반응장치.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 커버는 상기 용기의 내측으로 마이크로파 방사를 유도하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반응장치.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 캐버티는 상기 용기와 상기 커버의 영역내에 상기 캐버티를 강화하기 위한 구조체 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반응장치.
  18. 제 1항에 있어서,
    상기 용기를 상기 내부압에 견디게 하기 위해 주위의 지지수단 내에 상기 용기를 배치하는 것을 특징으로 하는 반응장치.
  19. 제 1항에 있어서,
    상기 용기를 상기 내부압에 견디게 하기 위해 상기 용기의 외부면을 가압하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반응장치.
  20. 반응물 또는 솔벤트 또는 이들이 혼합된 써샙터가 마이크로파 에너지를 흡수할 수 있으며, 적어도 하나의 반응물 또는 솔벤트/반응물 혼합물을 고온 및 고압에서 견디기에 적합하게 된 용기에 채우는 단계;
    상기 용기에 화학반응을 일으키기에 충분한 마이크로파 에너지를 가하는 단계; 및
    액침된 열 교환수단을 통해 압력하의 상기 용기에 남겨진 상기 반응 생성물을 급속 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학반응 실행방법.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 화학반응은 월거로트 반응인 것을 특징으로 하는 화학반응 실행방법.
  22. 가열될 때 발열반응을 하는 반응물 또는 솔벤트 또는 이들이 혼합된 써샙터가 마이크로파 에너지를 흡수할 수 있으며, 적어도 하나의 반응물 또는 반응물/솔벤트 혼합물을 고온 및 고압에서 견디기에 적합하게 된 용기에 채우는 단계와;
    발열 화학반응을 일으키기에 충분한 마이크로파 에너지를 가하는 단계; 및
    반응과정 동안, 액침된 열 교환수단을 통해 압력하의 상기 용기내에 남겨진 상기 용기 내용물을 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학반응 실행방법.
  23. 대기 온도에서는 마이크로파 에너지의 불량 흡수제이고 가열될 때에는 마이크로파 에너지의 양호한 흡수제인 적어도 하나의 반응물 또는 반응물/솔벤트 혼합물을 고온 및 고압에 견디기에 적합하게 된 용기에 채우는 단계와;
    마이크로파 흡수성 매체로 채워진 열 교환수단을 상기 용기 내용물내에 액침시키고 상기 용기를 밀봉하는 단계와;
    상기 열 교환수단 내의 매체를 가열하고 이로써 상기 용기 내용물을 가열하기에 충분한 마이크로파 에너지를 상기 용기에 가하여, 상기 내용물이 상기 마이크로파 에너지를 점차적으로 흡수하는 단계; 및
    화학반응을 일으키기에 충분한 마이크로파 에너지를 상기 용기 내용물에 계속 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학반응 실행방법.
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