(57)【要約】【課題】光透過性容器により隔離された発光ダイオード光源と目的光反応物質との間の光の照射経路での光の反射を一層抑制することにより、より高い光透過率をもってより望ましい光照射を達成することが可能な光照射装置を用いた光反応装置と、その光反応装置を用いた光反応方法、その光反応方法を用いたラクタムの製造方法を提供する。【解決手段】発光ダイオードからなる光源と、該光源を覆う第１光透過性容器と、該第１光透過性容器を覆う第２光透過性容器とを有する光照射装置からの光を、該光照射装置の周囲に導入される光反応物質に照射する光反応装置であって、第１光透過性容器の内部に、光透過性を有する絶縁性液体を、第１光透過性容器と第２光透過性容器の間に光透過性液体をそれぞれ充填したことを特徴とする光反応装置、その光反応装置を用いた光反応方法、その光反応方法を用いたラクタムの製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードからなる光源と、該光源を覆う第１光透過性容器と、該第１光透過性容器を覆う第２光透過性容器とを有する光照射装置からの光を、該光照射装置の周囲に導入される光反応物質に照射する光反応装置であって、前記第１光透過性容器の内部に、光透過性を有する絶縁性液体を、前記第１光透過性容器と前記第２光透過性容器の間に光透過性液体をそれぞれ充填したことを特徴とする光反応装置。
【請求項２】
前記絶縁性液体の屈折率が１．２５以上である、請求項１に記載の光反応装置。
【請求項３】
前記絶縁性液体の屈折率が前記光透過性流体の屈折率以上である、請求項１または２に記載の光反応装置。
【請求項４】
前記絶縁性液体の屈折率は、前記光透過性流体の屈折率よりもより前記第１光透過性容器を構成する材料の屈折率により近い、請求項１〜３のいずれかに記載の光反応装置。
【請求項５】
前記絶縁性液体が、フッ素系不活性液体、シリコーンオイル、水のいずれかである、請求項１〜４のいずれかに記載の光反応装置。
【請求項６】
前記光透過性流体が、水、シリコーンオイル、フッ素系不活性液体のいずれかである、請求項１〜５のいずれかに記載の光反応装置。
【請求項７】
前記第１光透過性容器および前記第２光透過性容器の少なくとも第１光透過性容器はガラス製である、請求項１〜６のいずれかに記載の光反応装置。
【請求項８】
前記発光ダイオードの封止剤がシリコーンレンズである、請求項１〜７のいずれかに記載の光反応装置。
【請求項９】
前記光反応物質が光反応液体である、請求項１〜８のいずれかに記載の光反応装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の光反応装置を用いることを特徴とする光反応方法。
【請求項１１】
光反応物質の組成に少なくとも炭素原子が含まれている、請求項１０に記載の光反応方法。
【請求項１２】
光反応物質としての光反応液体にシクロアルカンが含まれている、請求項１１に記載の光反応方法。
【請求項１３】
前記シクロアルカンと光ニトロソ化剤に光照射装置からの光を照射することによりシクロアルカノンオキシムを製造する、請求項１２に記載の光反応方法。
【請求項１４】
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またはシクロドデカノンオキシムである、請求項１３に記載の光反応方法。
【請求項１５】
前記光ニトロソ化剤が塩化ニトロシルまたはトリクロロニトロソメタンである、請求項１３または１４に記載の光反応方法。
【請求項１６】
請求項１３〜１５のいずれかに記載の光反応方法で製造したシクロアルカノンオキシムを用いることを特徴とするラクタムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードを光源として使用した光照射装置からの光を光反応物質に照射する光反応装置、その光反応装置を用いた光反応方法、その光反応方法を用いたラクタムの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光反応は、光化学反応とも言われ、光照射により、すなわちラジカル反応剤に照射光によるエネルギーを吸収させることにより、分子をエネルギー準位の高い状態、いわゆる励起状態とし、励起された分子により反応を起こさせる化学反応全般を指す。光反応には、光による酸化・還元反応、光による置換・付加反応などの種類があり、適用用途としては写真工業、コピー技術、光起電力の誘起の他、有機化合物の合成に利用されることが知られている。また、非意図的な光化学反応としては光化学スモッグなども光化学反応に属する。
【０００３】
例えば、シクロヘキサノンオキシムを光化学反応により合成できることが知られており、また、シクロアルカンの光ニトロソ化についても、現在では広く知られた技術である。
【０００４】
これまでに用いられてきた光反応のための光源としては、いずれも真空または真空に近い環境に水銀やタリウム、ナトリウム、その他金属を封入して電圧を印加し、放出される電子線を封入金属に照射することで、気体または蒸気の中での放電による発光を利用したランプ、例えば放電灯や蛍光灯を光源として使用する場合がほとんどである。
【０００５】
例えば、高圧水銀灯を光源として使用する場合、有効波長は３６５ｎｍ〜６００ｎｍである。しかし、この種の水銀を用いる放電灯では、３６５ｎｍ未満の紫外線を含む波長領域にも水銀による特有の発光エネルギーが存在している。そのため、例えば３５０ｎｍ未満の紫外線を含む短波長領域に発光エネルギーを有する場合、多くの化学結合の解離エネルギーに匹敵するので、目的以外の反応が進行して、副反応を助長し、かつタール状の褐色被膜が放電灯の光照射面に生成し収率を低下させてしまう。したがって、紫外線をカットするために、水溶性蛍光剤の使用や紫外線カットガラスが使用される。
【０００６】
このような水銀灯における問題を低減し、かつ発光効率を上げるために、波長５３５ｎｍに有効な発光エネルギーを示すタリウム灯や波長５８９ｎｍに有効な発光エネルギーを示すナトリウム灯が有効であることが知られている。ナトリウム灯を光源とすることで、飛躍的に収率を上げ、安定した反応が可能になる。さらに、高圧ナトリウム放電灯を用いることで、工業的な有効波長は４００〜７００ｎｍとして、波長６００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域で効率アップが可能となる。この範囲での、ピーク波長は約５８０〜６１０ｎｍ程度と推定できる。しかし、放電灯の電気特性や始動を良好にするためには、水銀の共存は避けられず、水銀による紫外線をカットするフィルターは必要である。とくに、水銀により発生する波長４００ｎｍ未満の短波長は、エネルギーが強すぎ不要な副反応を引き起こすため、不要な波長とされている。
【０００７】
さらに、ナトリウム灯は、波長７８０〜８４０ｎｍの赤外線を含む波長領域に、特有の発光エネルギーピークを有し、そのエネルギー強度はナトリウム灯での最大発光エネルギーに匹敵するレベルのものも多い。塩化ニトロシルの解離エネルギーは約１５６ｋＪ／ｍｏｌであり、Ｅｉｎｓｔｅｉｎの法則より、波長７６０ｎｍ付近の発光エネルギーに匹敵するため、それ以上の長波長領域では光エネルギーが小さく、塩化ニトロシルが解離しないので、反応に寄与せず大きなエネルギーロスになる。
【０００８】
発光ダイオードは、ＬＥＤとも略称され、半導体を用いて電気エネルギーを直接光に転換できる利点があり、熱の発生の抑制、省エネルギー、長寿命等の点で注目されている。その開発の歴史はまだ浅く、１９６２年に赤色ＬＥＤが商品化され、２０００年頃から青色、緑色、白色といったＬＥＤが開発され、表示用、照明用途として商品化された。一方、光反応用に使用されている放電灯は、非常に高出力であり、発光効率も高いが、放電灯と同等の光反応に必要な発光エネルギーをＬＥＤで得ようとすると、ＬＥＤの必要個数が膨大となり、回路設計やＬＥＤの熱対策やコスト面の課題が残されており、光反応の光源としてＬＥＤを適用することは困難であると考えられてきた。さらに、光反応には反応物質に均一な光を照射させることが必要であるが、ＬＥＤは指向性が強く、反応に必要な波長を高効率で得ることも困難であり、この点からも光反応の光源へのＬＥＤの適用は困難と考えられてきた。しかし、近年では特許文献１や特許文献２に記載の通り、ＬＥＤによる光反応を小型の反応装置を用いて実施する例も見られ、さらに特許文献２に記載の通り、発光体を大型化するための課題についても解決の目処が立ちつつある。
【０００９】
しかしこれら特許文献１や２に開示の発明では、発光ダイオードから直線的に放出される光を必ずしも有効利用できる光照射装置や光反応装置の構造を提案できているとはいえない。また、光反応を目的とするならば、目的物質が可燃性液体の場合がほとんどであり、着火源となる光照射装置と目的物質との物理的分離が必須であるが、特許文献１や２に開示の発明では、分離のための光照射経路における障害物、つまり光透過性容器によって、光が反射により遮られ、光透過の割合が低下するという問題があった。
【００１０】
このような問題を解決するために、特許文献３により、光透過性容器により隔離された発光ダイオード光源と目的物質（目的液）との間での光の反射を抑制することにより、高い光透過率をもってより望ましい光照射を達成することを目的とした光照射装置と、その光照射装置を用いた光反応方法、その光反応方法を用いたラクタムの製造方法が提案されている。より具体的には、光反応に利用可能な、発光ダイオードを光源とする光照射装置であって、前記発光ダイオードを備えた発光体を覆う第１光透過性容器を備え、その外部に、前記第１光透過性容器の内側の気相部を形成する気体よりも前記第１光透過性容器の屈折率に近い液体で形成される液相部と、さらにその液相部を覆う第２光透過性容器とを備えている光照射装置が提案されている。
【００１１】
なお、後述の本発明の実施例で光透過性を有する絶縁性液体として使用したフッ素系不活性液体としての“フロリナート”（登録商標、３Ｍ社製）は、例えば特許文献４に記載されているが、特許文献４には、とくに、“フロリナート”を、発光ダイオードからなる光源を二重の光透過性容器で覆った光反応装置の光の照射経路に使用することについては何ら言及されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１０−００６７７６号公報
【特許文献２】特開２０１３−２００９４４号公報
【特許文献３】国際公開２０１６／０５６３７０号公報
【特許文献４】特開２００８−０１６５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記特許文献３によって提案された技術により、発光ダイオード光源からの光をそれまでよりも高い透過率をもって目的液に照射でき、それによって光反応においてより高い反応収率、反応収量を得ることが可能になった。しかしながら、本発明者らがさらなる検討を進めた結果、特許文献３に記載の光照射装置では、第１光透過性容器の内側には気相部が形成されているため、第１光透過性容器と気相部を形成する気体との界面での屈折によって、発光ダイオード光源からの光の反射の抑制が十分に行われない可能性があり、したがって、光照射装置全体として、発光ダイオード光源からの光の透過が十分ではない可能性があることが判明し、さらなる改良の余地があることが判明した。
【００１４】
そこで本発明の課題は、上記のような検討結果に基づき、特許文献３によって提案されたような技術をさらに格段に改良された技術へと進歩させ、実用的により有用な技術を確立するために、光透過性容器により隔離された発光ダイオード光源と目的光反応物質との間の光の照射経路での光の反射をさらに抑制することにより、より高い光透過率をもってより望ましい光照射を達成することが可能な光照射装置を用いた光反応装置と、その光反応装置を用いた光反応方法、その光反応方法を用いたラクタムの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明では以下の構成を採用する。すなわち、
（１）発光ダイオードからなる光源と、該光源を覆う第１光透過性容器と、該第１光透過性容器を覆う第２光透過性容器とを有する光照射装置からの光を、該光照射装置の周囲に導入される光反応物質に照射する光反応装置であって、前記第１光透過性容器の内部に（第１光透過性容器の内側の前記光源側に）、光透過性を有する絶縁性液体を、前記第１光透過性容器と前記第２光透過性容器の間に光透過性液体をそれぞれ充填したことを特徴とする光反応装置。
（２）前記絶縁性液体の屈折率が１．２５以上である、（１）に記載の光反応装置。
（３）前記絶縁性液体の屈折率が前記光透過性流体の屈折率以上である、（１）または（２）に記載の光反応装置。
（４）前記絶縁性液体の屈折率は、前記光透過性流体の屈折率よりもより前記第１光透過性容器を構成する材料の屈折率により近い、（１）〜（３）のいずれかに記載の光反応装置。
（５）前記絶縁性液体が、フッ素系不活性液体、シリコーンオイル、水のいずれかである、（１）〜（４）のいずれかに記載の光反応装置。
（６）前記光透過性流体が、水、シリコーンオイル、フッ素系不活性液体のいずれかである、（１）〜（５）のいずれかに記載の光反応装置。
（７）前記第１光透過性容器および前記第２光透過性容器の少なくとも第１光透過性容器はガラス製である、（１）〜（６）のいずれかに記載の光反応装置。
（８）前記発光ダイオードの封止剤がシリコーンレンズである、（１）〜（７）のいずれかに記載の光反応装置。
（９）前記光反応物質が光反応液体である、（１）〜（８）のいずれかに記載の光反応装置。
（１０）（１）〜（９）のいずれかに記載の光反応装置を用いることを特徴とする光反応方法。
（１１）光反応物質の組成に少なくとも炭素原子が含まれている、（１０）に記載の光反応方法。
（１２）光反応物質としての光反応液体にシクロアルカンが含まれている、（１１）に記載の光反応方法。
（１３）前記シクロアルカンと光ニトロソ化剤に光照射装置からの光を照射することによりシクロアルカノンオキシムを製造する、（１２）に記載の光反応方法。
（１４）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またはシクロドデカノンオキシムである、（１３）に記載の光反応方法。
（１５）前記光ニトロソ化剤が塩化ニトロシルまたはトリクロロニトロソメタンである、（１３）または（１４）に記載の光反応方法。
（１６）（１３）〜（１５）のいずれかに記載の光反応方法で製造したシクロアルカノンオキシムを用いることを特徴とするラクタムの製造方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ＬＥＤからなる光源と該光源から目的光反応物質への光の照射経路に設けられた第１、第２の光透過性容器とを備えた光照射装置において、第１光透過性容器の内部に光透過性を有する絶縁性液体を、第１光透過性容器と第２光透過性容器の間に光透過性液体をそれぞれ充填したので、光の照射経路における光の反射を大きく抑制することができ、とくに、光源から第１光透過性容器を構成する物質内に至る光の照射経路における光の反射を大きく抑制することができ、その結果、目的光反応物質に至るまでの光の照射経路全体における光の透過率を大幅に高めて、エネルギー効率の極めて高い光反応を実現することができる。したがって、光反応において極めて高い反応収率、反応収量を得ることが可能になる。とくに、本発明は、シクロアルカノンオキシムを製造するための光反応、そのシクロアルカノンオキシムを用いるラクタムの製造に極めて有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施態様に係る光反応装置の概略縦断面図である。
【図２】媒体間の境界面における光の屈折の一例を示す模式図である。
【図３】媒体間の境界面における光の屈折の別の例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
本発明において、光反応装置における光照射装置とは光を放つ光源を備え、目的対象物としての光反応物質へ光を照射することのできる装置である。光反応物質とは、例えば、光反応の原料となる光反応液体である。図１は、本発明の一実施態様に係る光反応装置１００を示しており、とくに、光反応の目的対象物としての光反応物質、とくに、反応容器１１内に導入される光反応物質（とくに、光反応液体）に光照射装置１からの光を照射する場合の一例について示している。光照射装置１は、反応容器１１内の光反応物質１０に光源３からの光を照射して光反応に供するために、反応容器１１内に挿入されている。光照射装置１は、図１に示す装着姿勢において、上部に電源供給部４を備え、その下部には多数の発光ダイオード(以下、ＬＥＤと略称することもある。)２を備えた光源３を有しており、電源供給部４の上部側は蓋５によって封止されている。
【００１９】
光源３は、第１光透過性容器６で覆われており、第１光透過性容器６は、間隔をもって第２光透過性容器７で覆われている。第１光透過性容器６の内部、つまり、光源３と第１光透過性容器６との間には、光透過性を有する絶縁性液体８が充填されており、この部分は液相部に形成されている。第１光透過性容器６と第２光透過性容器７の間には、光透過性液体９が充填されており、この部分も液相部に形成されている。
【００２０】
発光ダイオードとは、紫外線、可視光、赤外光を放射する発光ダイオードで、使用する発光ダイオード２としては、光照射装置１の用途で必要とされる波長を選択した種類が適宜選定できる。発光ダイオード２の形状や寸法には特に制限はなく、目的に合わせた形状・寸法のものを使用できる。一般的な砲弾型や実装型、チップ型等のいずれでもよいが、発光ダイオード２の裏面側から放熱できるものが、除熱が容易であるので望ましい。また、発光ダイオード２の裏面に放熱基板が設けられているものは、伝熱面積を大きく取れ冷却性能が向上するので望ましい。さらに、発光ダイオードには、一般的に何らかの封止剤が用いられるが、封止性能、光透過率の向上の面から、封止剤としてはシリコーンレンズが好ましい。
【００２１】
本発明において、光源３の形状はとくに限定されないが、光源３からの照射光が大きな反応エネルギーを要する光反応に用いられることから、光源３は極めて多数の発光ダイオード２からなることが好ましい。
【００２２】
第１光透過性容器６は、光源３を覆う容器であり、光源３を外部から保護するために設置される。この第１光透過性容器６は、光を透過する材質を用いて構成されればよい。光透過性容器に透過波長選択性がある素材を用いると、不要波長の光の透過を抑制することが可能である。第１光透過性容器６の全体形状としては、例えば図１に示すように試験管型のものが例示できるが、形状にとくに制限はなく、円筒型や箱型、球型など目的に応じた形状を適宜選択できる。
【００２３】
第２光透過性容器７は、第１光透過性容器６の外側に配置される容器であり、第１光透過性容器６と同様に光を透過する材質を用いて構成されればよい。この第２光透過性容器７の材質は、第１光透過性容器６と同じでも、異なっていてもよい。形状は、例えば図１に示すように試験管型のものが例示できるが、形状にとくに制限はなく、円筒型や箱型、球型など目的に応じた形状が選択でき、また、第１光透過性容器６と相似形状でも、異なる形状でもよい。
【００２４】
本発明において、光照射装置１による光の照射経路における光の反射を大きく抑制し、目的光反応物質に至るまでの光の照射経路全体における光の透過率を大幅に高めるためには、第１光透過性容器６の内部に充填される光透過性を有する絶縁性液体８の屈折率は、１．２５以上であることが好ましい。また、絶縁性液体８の屈折率は、光透過性液体９以上であることが好ましい。さらに、絶縁性液体８の屈折率は、光透過性流体９の屈折率よりもより第１光透過性容器６を構成する材料の屈折率により近いことも好ましい。
【００２５】
絶縁性液体８としては、例えば、フッ素系不活性液体、シリコーンオイル、水のいずれかを使用できる。光透過性流体９としては、例えば、水、シリコーンオイル、フッ素系不活性液体（フロリナート（登録商標、３Ｍ社製）や、ガルデン（登録商標、ソルベー社製）など）のいずれかを使用できる。入手の容易性、取り扱いの容易性等の面から、工業的に好ましい組合せとして、例えば、絶縁性液体８としてフッ素系不活性液体またはシリコーンオイル、光透過性流体９として水またはシリコーンオイルの組合せが挙げられる。
【００２６】
第１光透過性容器６および第２光透過性容器７を構成する材料はとくに限定されないが、光の透過率と強度の面から、少なくとも第１光透過性容器６はガラス製であることが好ましい。
【００２７】
本発明においては、第１光透過性容器６と第２光透過性容器７の間に光透過性液体９が充填されるとともに、とくに第１光透過性容器６の内部に光透過性を有する絶縁性液体８が充填されることにより、光源３からの光の照射経路における反射が抑制され、光の反射によるエネルギーロスが抑制され、光反応物質１０への光の透過率が高められるとともに、光反応に使用されるエネルギーが効果的に高められて、光反応における極めて高い反応収率、反応収量が得られる。
【００２８】
光の照射経路における反射が抑制されるには、光の照射経路における各境界面での反射率を低下させることが求められる。図２、図３に示す模式図を用いて、互いに異なる屈折率ｎ１、ｎ２の媒体１、媒体２の境界面での光の屈折、反射について説明する。光は、屈折率の異なる媒体の境界面で反射ロスを生じる。入射角θ１が０度以外の場合、光の表面反射率は次式（１）で示され、境界面を形成する媒体の屈折率差が大きいほど反射ロスが大きいことが知られている。なお、ここでは入射角、θ２は屈折角を示す。より具体的には、入射角θ１が０度以外の場合には、入射角θ１、屈折角θ２、屈折率ｎ１、ｎ２は、ｓｉｎθ１／ｓｉｎθ２＝ｎ２／ｎ１の関係にあるから、入射角θ１、屈折率ｎ１、ｎ２が決まれば、屈折角θ２が決まることになり、θ１、θ２が決まるから次式（１）により表面反射率Ｒが算出される。
表面反射率R＝0.5×{tan(θ1−θ2)/tan(θ1+θ2)｝2+｛sin(θ1−θ2)/sin(θ1+θ2)｝2  ・・・（１）
【００２９】
つまり、光路上に屈折率差の大きい媒体境界面がある場合、光の反射によるロスが大きくなる。本発明では、光源３と第１光透過性容器６の間の空間に光透過性を有する絶縁性液体８が充填され、第１光透過性容器６と第２光透過性容器７の間の空間に光透過性液体９が充填されることで、光源３からの光照射経路における各境界面の反射率が小さく抑えられ、光照射経路全体の透過率が高められている。
【００３０】
なお、入射角θ１が０度の場合には、境界面における表面反射率Rは次式（２）で示される。
表面反射率R＝(n1-n2)2/(n1+n2)2・・・（２）
【００３１】
但し、各発光ダイオード２からの照射光は光軸に沿った直進性の強いものであるが、各発光ダイオード２からの光は、実際には種々の角度で照射されるため、現実には入射角θ１が０度から種々の入射角θ１における反射や屈折の合成形態となる。したがって、後述の実施例に示すように、各境界面においては、入射角θ１が０度の場合の反射率の評価に加え、例えば、ある代表的な入射角θ１（例えば、入射角６０度）の場合の反射率の評価を行い、これら評価結果を相互的に勘案する必要がある。総合的に見て、境界面における反射率が低い方が、全体として光の透過率の高い望ましい形態といえる。
【００３２】
容器面への光の入射角は、発光ダイオード２が配置された発光面と容器面の位置関係、具体的には、発光面と容器面のなす角によって決まる。発光面と容器面のなす角は、発光ダイオード２を配置した構造体の形状と、容器の形状によって決まるため、該構造体と容器の形状を調整することで、入射角を調整することができる。
【００３３】
なお、高屈折率の媒体側から低屈折率の媒体側へ光を入射する際、ある入射角以上では、入射光の全てが透過しなくなる全反射を起こすことが知られている。全反射を起こす最小入射角を臨界角と呼び、臨界角は入射側媒体屈折率n1と透過側媒体屈折率n2を用いて次式（３）で示される。臨界角以上の入射角で入射した光は透過することなく、境界面ですべて反射される。そのため、入射角が臨界角を超えないようにすることが反射ロスの抑制に重要である。ここで
臨界角θc = arcsin(n2/n1)・・・（３）
【００３４】
さらに、各液相部を形成する液体としては、例えば、水に糖などを溶解したものや、グリセリン水溶液など、水に溶解性物質を溶解して屈折率を調整したものでもよい。また、各液相部を形成する液体は、温度によっても屈折率が変化するため、温度を調節することで屈折率を調整してもよい。
【００３５】
また、各液相部を形成する液体に、特有波長の光を吸収する物質を添加することで、反応に不要な特定波長の光を除去することも可能である。
【００３６】
本発明においては、第１、第２光透過性容器は少なくとも一方が（好ましくは、少なくとも、第２光透過性容器が）、屈折率１．４以上の材質で構成されていることが好ましい。このような材質としては、ガラスが挙げられるが、樹脂をはじめとする有機系材料でもよい。より具体的には、ガラスとして、硼珪酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、鉛ガラスなどが挙げられ、樹脂としては、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリカーボネード、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエステルなどが挙げられる。
【００３７】
第１、第２光透過性容器には、特定波長の光を吸収する材質を用いてもよい。光反応に不要な波長を容器に吸収させることで光反応に必要な波長のみを光反応物質へ透過させることができる。
【００３８】
本発明においては、光反応物質、とくに光反応液体が、炭素原子を含むものとすることができる。このような原料となる液体は、炭素原子を含む液体であればとくに制限はなく、例えばアルカン、シクロアルカンなどの炭化水素類を例示できる。
【００３９】
本発明において、シクロアルカンは、特にその炭素数は限定しないが、例えば、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロノナン、シクロデカン、シクロウンデカン、シクロドデカンが好ましい。特に、ε−カプロラクタムの原料となるシクロヘキサン、ω−ラウリルラクタムの原料となるシクロドデカンが好ましい。
【００４０】
上記のシクロアルカンおよび光ニトロソ化剤を用いて、発光ダイオードの光照射による光化学反応にてシクロアルカノンオキシムが得られる。光ニトロソ化剤には、例えば、塩化ニトロシル、塩化ニトロシルと塩化水素との混合ガスが好ましい。その他、一酸化窒素と塩素との混合ガス、一酸化窒素と塩素と塩化水素との混合ガス、ニトローゼガスと塩素との混合ガス等のいずれも光反応系にて、塩化ニトロシルとして作用するので、これらニトロソ化剤の供給形態に限定されるものではない。また、塩化ニトロシルとクロロホルムを光化学反応させて得られるようなトリクロロニトロソメタンをニトロソ化剤として用いてもよい。光化学反応を塩化水素の存在下で行う場合、シクロアルカノンオキシムはその塩酸塩となるが、そのまま塩酸塩の形態でもよい。
【００４１】
上記の光反応によって、シクロアルカンの炭素数に応じたシクロアルカノンオキシムを得ることができる。例えば、シクロヘキサンを用いた塩化ニトロシルによる光ニトロソ化反応ではシクロヘキサノンオキシムが得られる。また、シクロドデカンを用いた塩化ニトロシルによる光ニトロソ化反応ではシクロドデカノンンオキシムが得られる。
【００４２】
＜ラクタムの製造方法＞
本発明に係る光照射装置を用いて、光化学反応を行い、得られたシクロアルカノンオキシムをベックマン転位することによってラクタムが得られる。例えば、シクロヘキサノンオキシムをベックマン転位する反応では以下の反応式［化１］で示すようにε−カプロラクタムが得られる。また、シクロドデカノンオキシムをベックマン転位する反応ではω−ラウロラクタムが得られる。
【００４３】
【化１】
2020121252.tif 000003
【実施例】
【００４４】
以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。
実施例１
表１に示すように、封止剤がシリコーンレンズの発光ダイオードを多数用いた光源と、第１光透過性容器、第２光透過性容器共に屈折率１．４７の硼珪酸ガラスを用い、第１透過性容器の内側、外側両方の液相部（表では絶縁性液体８による液相部を液相部８と、光透過性液体９による液相部を液相部９と表記）に屈折率１．４２５のシリコーンオイル（ＫＦ−５０−１００ｃｓ（信越化学工業社）：比重１.００）を充填し、液相部と光透過性固体との界面の入射角がすべて０度になる場合の光の透過率を計算した。表より発光ダイオードのシリコーンレンズから第２光透過性容器入射までの全体の反射率が低い値を示している。
【００４５】
実施例２
封止剤がシリコーンレンズの発光ダイオードを多数用いた光源と、第１光透過性容器、第２光透過性容器共に屈折率１．４７の硼珪酸ガラスを用い、第１透過性容器の内側に屈折率１．４２５のシリコーンオイル（ＫＦ−５０−１００ｃｓ（信越化学工業社）：比重１.００）を、外側に屈折率１．３３の水を充填し、液相部と光透過性固体との界面の入射角がすべて０度になる場合の光の透過率を計算した。表１より発光ダイオードのシリコーンレンズから第２光透過性容器入射までの全体の反射率が低い値を示している。
【００４６】
実施例３
封止剤がシリコーンレンズの発光ダイオードを多数用いた光源と、第１光透過性容器、第２光透過性容器共に屈折率１．４７の硼珪酸ガラスを用い、第１透過性容器の内側、外側両方の液相部に屈折率１．３３の水を配置し、液相部と光透過性固体との界面の入射角がすべて０度になる場合の光の透過率を計算した。表より発光ダイオードのシリコーンレンズから第２光透過性容器入射までの全体の反射率が低い値を示している。
【００４７】
実施例４
封止剤がシリコーンレンズの発光ダイオードを多数用いた光源と、第１光透過性容器、第２光透過性容器共に屈折率１．４７の硼珪酸ガラスを用い、第１透過性容器の内側に屈折率１．２８の“フロリナート” （登録商標、３Ｍ社製）６−３０８−０６、外側に屈折率１．３３の水を充填し、液相部と光透過性固体との界面の入射角がすべて０度になる場合の光の透過率を計算した。表より発光ダイオードのシリコーンレンズから第２光透過性容器入射までの全体の反射率が低い値を示している。
【００４８】
比較例１
封止剤がシリコーンレンズの発光ダイオードを多数用いた光源と、第１光透過性容器、第２光透過性容器共に屈折率１．４７の硼珪酸ガラスを用い、第１透過性容器の内側に屈折率１．００の気相の窒素（Ｎ２）を、外側に屈折率１．３３の水を充填し、液相部または気相部と光透過性固体との界面の入射角がすべて０度になる場合の光の透過率を計算した。表より発光ダイオードのシリコーンレンズから第２光透過性容器入射までの全体の反射率が実施例１〜４よりも高い値となった。
【００４９】
実施例５
封止剤がシリコーンレンズの発光ダイオードを多数用いた光源と、第１光透過性容器、第２光透過性容器共に屈折率１．４７の硼珪酸ガラスを用い、第１透過性容器の内側、外側両方の液相部に屈折率１．４２５のシリコーンオイル（ＫＦ−５０−１００ｃｓ（信越化学工業社）：比重１.００）を配置し、液相部と光透過性固体との界面の入射角がすべて６０度になる場合の光の透過率を計算した。表２に示すように、発光ダイオードのシリコーンレンズから第２光透過性容器入射までの全体の反射率が０．００７９となった。
【００５０】
実施例６
封止剤がシリコーンレンズの発光ダイオードを多数用いた光源と、第１光透過性容器、第２光透過性容器共に屈折率１．４７の硼珪酸ガラスを用い、第１透過性容器の内側に屈折率１．４２５のシリコーンオイル（ＫＦ−５０−１００ｃｓ（信越化学工業社）：比重１.００）を、外側に屈折率１．３３の水を配置し、液相部と光透過性固体との界面の入射角がすべて６０度になる場合の光の透過率を計算した。表２に示すように、発光ダイオードのシリコーンレンズから第２光透過性容器入射までの全体の反射率が０．０８８６となった。
【００５１】
実施例７
封止剤がシリコーンレンズの発光ダイオードを多数用いた光源と、第１光透過性容器、第２光透過性容器共に屈折率１．４７の硼珪酸ガラスを用い、第１透過性容器の内側、外側両方の液相部に屈折率１．３３の水を配置し、液相部と光透過性固体との界面の入射角がすべて６０度になる場合の光の透過率を計算した。表２に示すように、発光ダイオードのシリコーンレンズから第２光透過性容器入射までの全体の反射率が０．１３２５となった。
【００５２】
実施例８
封止剤がシリコーンレンズの発光ダイオードを多数用いた光源と、第１光透過性容器、第２光透過性容器共に屈折率１．４７の硼珪酸ガラスを用い、第１透過性容器の内側に屈折率１．２８の“フロリナート” （登録商標、３Ｍ社製）６−３０８−０６を、外側に屈折率１．４２５のシリコーンオイル（ＫＦ−５０−１００ｃｓ（信越化学工業社）：比重１.００）を配置し、液相部と光透過性固体との界面の入射角がすべて６０度になる場合の光の透過率を計算した。表２に示すように、発光ダイオードのシリコーンレンズから第２光透過性容器入射までの全体の反射率が０．２１８４となった。
【００５３】
実施例９
封止剤がシリコーンレンズの発光ダイオードを多数用いた光源と、第１光透過性容器、第２光透過性容器共に屈折率１．４７の硼珪酸ガラスを用い、第１透過性容器の内側に屈折率１．２８の“フロリナート”（登録商標、３Ｍ社製）６−３０８−０６を、外側に屈折率１．３３の水を配置し、液相武と光透過性固体との界面の入射角がすべて６０度になる場合の光の透過率を計算した。表２に示すように、発光ダイオードのシリコーンレンズから第２光透過性容器入射までの全体の反射率が０．２７７１となった。
【００５４】
比較例２
封止剤がシリコーンレンズの発光ダイオードを多数用いた光源と、第１光透過性容器、第２光透過性容器共に屈折率１．４７の硼珪酸ガラスを用い、第１透過性容器の内側に屈折率１．００の気相の窒素を、外側に屈折率１．３３の水を配置し、液相部または気相部と光透過性固体との界面の入射角がすべて６０度になる場合の光の透過率を計算した。表２に示すように、発光ダイオードのシリコーンレンズから第２光透過性容器入射までの全体の反射率は実施例５〜９よりも高くなっている。なお、反射率１．００００は全反射を表している。
【００５５】
【表１】
2020121252.tif 000004
【００５６】
【表２】
2020121252.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明に係る光反応装置は光反応物質に効率の良い光照射が望まれるあらゆる分野に適用可能であり、とくに、その光反応装置を用いる光反応方法、その光反応方法を用いたラクタムの製造方法に好適なものである。
【符号の説明】
【００５８】
１  光照射装置
２  発光ダイオード
３  光源
４  電源供給部
５  蓋
６  第１光透過性容器
７  第２光透過性容器
８  絶縁性液体
９  光透過性液体
１０  光反応物質
１１  反応容器
１００  光反応装置
【図１】
2020121252.tif 000006
【図２】
2020121252.tif 000007
【図３】
2020121252.tif 000008