(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温・高圧部と低温・高圧部とをこの両部の循環路とともに備えた液相重合反応用のフローリアクターであって、重合させるべき有機反応分子を含む反応液を高温・高圧部から低温・高圧部に循環路を介して噴出させ、高温・高圧部で生成された重合物の分解を低温・高圧部において抑え、重合物を循環路を介して再度高温・高圧部に送り込み、さらに重合を生じさせるという循環を繰り返すことを特徴とする非平衡開放型フローリアクター。
【請求項２】
循環路には、低温・高圧部の下流側に低温・低圧部が配置されている請求項１のフローリアクター。
【請求項３】
循環路には、低温・高圧部の下流側に、低温・低圧部と低温・高圧部とが順次に配置されている請求項１のフローリアクター。
【請求項４】
低温・低圧部には、重合物の取出し路が設けられている請求項２または３のフローリアクター。
【請求項５】
低温・低圧部には、重合させるべき有機反応分子の供給路が設けられている請求項２ないし４のいずれかのフローリアクター。
【請求項６】
高温・高圧部と低温・高圧部とを接続する循環路は、その径の大きさが可変とされて、低温・高圧部での冷却速度が制御可能とされている請求項１ないし５のいずれかのフローリアクター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、非平衡開放型フローリアクターに関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、アミノ酸等の低分子有機化合物を所要の重合度に制御容易として重合することのできる新しい技術としての非平衡開放型フローリアクターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来より、一般の化学重合反応では、重合性反応基を持つ有機分子を、重合触媒の存在下やエネルギー線の照射下にて、許容された強度や圧力という反応場においてその重合度を制御するようにしている。
しかしながら、従来のいずれの場合においても、この重合度を制御し、分子量分布を所定の狭い範囲とすることは大変に難しいのが実情である。
【０００３】
一方、自然界においては、深海底の熱水鉱床のように、アミノ酸等の低分子有機化合物から生命体を構成する重合体の生成までを可能とする、高度に制御された反応場が形成されていることがわかる。
そこで近年では、この熱水鉱床のような自然界の反応場に着目した研究が進められてきてもいる。
【０００４】
しかしながら、このような自然界の模倣による反応場の形成は容易ではなく、実際的に、新しい技術としての発展の可能性を有している研究はほとんど見出せない状況にある。
そこで、この出願の発明者らは、以上のような背景に鑑みて、自然界の知恵をより実際的に人為的に再構成するとの観点から検討を進めてきた。そして、アミノ酸等の低分子有機化合物を、より高度に制御された重合体へと変換することのできる新しい技術手段を提供することを課題としてきた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、前記のとおりの課題を解決するものとして提案されるものであって、その特徴は、第１には、高温・高圧部と低温・高圧部とをこの両部の循環路とともに備えた液相重合反応用のフローリアクターであって、重合させるべき有機反応分子を含む反応液を高温・高圧部から低温・高圧部に循環路を介して噴出させ、高温・高圧部で生成された重合物の分解を低温・高圧部において抑え、重合物を循環路を介して再度高温・高圧部に送り込み、さらに重合を生じさせるという循環を繰り返すことからなる非平衡開放型フローリアクターを構成することである。。
【０００６】
そしてまた、この出願の発明は、この非平衡開放型フローリアクターについて、第２には、循環路には、低温・高圧部の下流側に低温・低圧部が配置されているものとすること、第３には、循環路には、低温・高圧部の下流側に、低温・低圧部と低温・高圧部とが順次に配置されているものとすること、第４には、低温・低圧部には、重合物の取出し路が設けられているものとすること、第５には、低温・低圧部には、重合させるべき有機反応分子の供給路が設けられているものとすること、さらに第６には、高温・高圧部と低温・高圧部とを接続する循環路は、その径の大きさが可変とされて、低温・高圧部での冷却速度が制御可能とされているものとすること等を態様として提供する。
【０００７】
すなわち、以上のとおりのこの出願の発明においては、定常的に温度勾配が実現されている非平衡条件下で、エネルギーの注入（高温側）とエネルギーの放出（低温側）が同時に外部に開かれてなされているという開放系の反応場が実現される。このような非平衡開放系の反応場を構成することによって、重合物の生成と、生成した重合物の分解とを制御容易として、アミノ酸等の有機分子の所定の重合物を効果的に生成させるための展望を拓くものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は、以上の特徴をもつものであるが、次にその実施の形態について説明する。
この発明のフローリアクターの構成をたとえば図１に示した側に沿って説明すると、高温・高圧部（Ａ）と低温・高圧部（Ｂ）とを、この両部の循環路（Ｃ）とともに備えている。
【０００９】
この構成において、重合させるべき有機反応分子を含む反応液を高温・高圧部（Ａ）から低温・高圧部（Ｂ）に循環路（Ｃ）を介して噴出させ、高温・高圧部（Ａ）で生成された重合物の分解を低温・高圧部（Ｂ）において抑え、重合物を循環路（Ｃ２）を介して再度高温・高圧部（Ａ）に送り込み、さらに重合を生じさせるという循環を繰り返すようにしている。高温・高圧部（Ａ）と低温・高圧部（Ｂ）とによって、定常的な温度勾配が実現されて非平衡な状態場となる。
【００１０】
そして、この図１の例においては、高温・高圧部（Ａ）のチャンバーは、電気炉（Ｅ）等の加熱手段によって加熱され、また、低温・高圧上張り層（Ｂ）のチャンバーは、たとえば冷却槽（Ｆ）中において冷却水により冷却されるようになっている。熱エネルギーの注入（高温側）とエネルギーの放出（低温側）が同時に進行し、外部の高温熱源としての電気炉（Ｅ）と低温熱浴としての冷却槽（Ｆ）に接していること、つまり外部に対して開かれていることで開放系が実現されている。また、前記の循環炉（Ｃ２）には、たとえば減圧ニードルチューブ（Ｃ２１）介して、低温・高圧部（Ｂ）の下流側に、低温・低圧部（Ｄ）が連結配置され、この低温・低圧部（Ｄ）には、重合物の取出し路（Ｇ）が接続されている。
【００１１】
さらにまた、循環路（Ｃ２）には、たとえば低温・高圧部（Ｈ）としての無脈流ポンプ（Ｐ）と安全装置付圧力計（Ｉ）等が配置されてもいる。
たとえば以上のとおりの図１の例のリアクターにおいては、図示することは省略しているが、初期の反応有機分子、つまり原料物質としての、あるいは合成中間体としての低分子のアミノ酸もしくはその誘導体等の化合物を、低温・低圧部（Ｄ）に供給する。この場合、これらの有機分子は、液状のものとして、溶媒に溶解したもの、あるいは溶媒への分散混合物として供給する。次いで、供給された有機分子を含む反応液は、加圧のためのポンプ（Ｐ）を経由させるために低温・高圧部に送り込む。加圧された反応液は、たとえば予備加熱部（Ｊ）を経由して高温・高圧部（Ａ）へと導かれることになる。
【００１２】
高温・高圧部（Ａ）では、有機分子の重合と分解の反応が同時に進行するが、反応液がそこに滞在する時間を制御することにより、高温部での分解をある範囲、もしくは程度にあらかじめ制御することができる。
反応によって生成した重合物を含有する反応液は、前記の循環路（Ｃ１）を介して、低温・高圧部（Ｂ）に噴出させることになる。この際に、噴出された生成重合物は、その周囲環境が冷却による低温であるため、生成重合物の熱分解が抑制され、この抑制を受けた重合物が、この低温・高圧部（Ｂ）に保持される。
【００１３】
高温・高圧部（Ａ）から低温・高圧部（Ｂ）への噴出は、循環路（Ｃ１）を介して行われるが、この場合、循環路（Ｃ１）は径の細いノズル形状、もしくはノズル構造として考慮することができる。そして、このノズル形状、もしくはノズル構造の循環路（Ｃ１）においては、その径を可変とすることによって、低温・高圧部での冷却速度を制御することが可能となる。径を小さくすればするほど、冷却速度を増大させることができる。このような冷却速度の制御のために、高温・高圧部（Ａ）の出口近傍には、測温部（Ｋ）を配置しておいてもよい。
【００１４】
たとえば以上のような循環路（Ｃ１）の構成により、高温において分解速度の大きな重合物を目的物として得ようとする場合には、低温・高圧部（Ｂ）での冷却速度をこの分解速度により大きくなるように設定すればよい。
生成重合物を含んだ反応液は、以上の低温・高圧部から、たとえば減圧ニードルチューブ（Ｃ２１）等の減圧手段を介して減圧されて低温・低圧部（Ｄ）に送られる。重合物の一部もしくは全部は、この低温・低圧部（Ｄ）から取出し路（Ｇ）を介して外部へ取出すことができる。
【００１５】
残余の生成重合物は、反応液とともに前記のとおりの低温・高圧部（Ｈ）を経由して再度高温・高圧部（Ａ）へと循環される。ここで、生成重合物は、さらに反応物としての別の重合物に転化される。このようにして、熱エネルギーを受けることによってさらなる重合反応が継続して進行する。このような循環を、所要回数繰り返すことにより、生成重合の重合度が順次増大して行くことになる。
【００１６】
もちろん、図１はこの発明の例の一つであって、これに限定されることはない。ただ、いずれの具体的構成においても、この発明のフローリアクターは、アミノ酸などの低分子の有機分子を非平衡開放系の環境下で重合させる流通式のリアクターであって、有機分子を含有する液相を高温・高圧部（Ａ）から低温・高圧部（Ｂ）、そしてさらに低温・高圧部（Ｂ）から低温・高圧部（Ｂ）へと循環させることを特徴としている。
【００１７】
また、以上の説明においては、「低温」「高温」、そして「低圧」「高圧」についてそのレベル数値を示していないが、これらは重合させる有機分子の種類と、目的とする重合物の重合度、さらには循環日数等に応じて設定されることになる。たとえば「低圧」は常圧条件であってよい。
分解と重合との制御が高度に可能とされる新しい重合反応用のフローリアクターがこの発明によって提供されることになる。
【００１８】
そこで以下に実施例を示し、さらに詳しく説明する。
【００１９】
【実施例】
図１の構成において、高温・高圧部（Ａ）および低温・高圧部（Ｂ）、並びに循環路（Ｃ）は全てステンレススチール製（ＳＵＳ３１６）とした。
高温・高圧部（Ａ）のチャンバーは容積１５ｍｌとし、このものに、径１００μｍ、長さ５０ｍｍの循環路（Ｃ１）チューブを介して、径２０ｍｍ、長さ２５０ｍｍの低温・高圧部（Ｂ）チャンバーを接続した。また、この低温・高圧部（Ｂ）のチャンバーは、−２０℃の冷媒を循環させる冷却パイプを備えた容積２０ｌの水浴中に浸漬した。水浴中では、循環出口部の水温度が０℃となるようにした。
【００２０】
低温・高圧部（Ｂ）のチャンバーには、１ｍ長の、径１００μｍのキャピラリーチューブを接続し、圧力がこのチューブにおいて常圧にまで減圧されるようにした。
反応液の流速は、８〜１２ｍｌ／ｍｉｎとし、高温・高圧部（Ａ）のチャンバー内圧が一定（２３．０ＭＰａ）となるようにした。
【００２１】
１００ｍＭのＬ−グリシンの純水溶液が、循環液の総容量として５００ｍｌとなるようにして、重合反応を実施した。この反応においては、容積１５ｍｌの高温・高圧部（Ａ）チャンバーの圧力は前記のとおり、２３．０ＭＰａとしたが、この圧力は、水の臨界圧（２２．１ＭＰａ）をわずか上まわるもので、水が常に液相を保つことのできる圧力としている。また、高温・高圧部（Ａ）のチャンバーの温度は、１１０〜３５０℃の範囲に保持した。この温度までの室温からの初期の昇温は、約１０分間で行った。
【００２２】
高温・高圧部（Ａ）チャンバーの温度を２５０℃に設定した場合に、１時間後の生成物のＨＰＬＣによるプロファイルを例示したものが図２である。３種のオリゴマーとして、ジケトピペラジン、ジ−グリシン、およびトリ−グリシンの生成が確認された。
図２の横軸はRetention Timeを示している。なお、ＨＰＬＣのカラム、溶出液、溶出速度、検出手段は、次の表１のとおりとした。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
前記の３種のオリゴマーの生成は、液相クロマトグラフィー−マススペクトロメトリーによっても確認された。
高温・高圧部（Ａ）の温度を、２５０℃、２２５℃および２００℃に設定した場合の、この３種のオリゴマーの各々の生成量を、反応時間の経緯との関係として示したものが図３、図４および図５である。なお、生成量は、ＨＰＬＣピーク面積より算出している。
【００２５】
図３、図４および図５の結果から、オリゴペプチドの生成は、初期増大が顕著であることがわかる。特に、ジ−グリシンとトリ−グリシンの初期増大は著しく、時間とともに指数関数的な生成が認められる。この増大は、自己触媒的（autocatalytic)である。
このような自己触媒的なオリゴペプチドの生成は、グリシン溶液にあらかじめトリ−グリシンを添加して重合させた場合の結果としても確認された。すなわち、図６は、高温・高圧部（Ａ）の温度２５０℃において、１００ｍＭグリシン溶液に５μＭのトリグリシンを添加しておいた場合の経時的生成を示した図である。
【００２６】
以上のような自己触媒的な重合は、熱的平衡状態を想定している従来の重合反応においては全く予期できないことであって、非平衡開放系のこの発明のフローリアクターの顕著な特徴をよく示している。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、非平衡開放系において、アミノ酸等の低分子の有機分子を、高度に制御された重合度の生成重合体として生成させること等を可能とする新しい重合技術手段が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のフローリアクターの構成を例示した概要図である。
【図２】実施例としてのＨＰＬＣプロファイルを示した図である。
【図３】高温・高圧部（Ａ）２５０℃の条件下でのオリゴペプチドの生成量を経時的に示した図である。
【図４】高温・高圧部（Ａ）２２５℃の条件下でのオリゴペプチドの生成量を経時的に示した図である。
【図５】高温・高圧部（Ａ）２００℃の条件下でのオリゴペプチドの生成量を経時的に示した図である。
【図６】トリ−グリシンの初期添加時のオリゴペプチドの生成量を経時的に示した図である。
【符号の説明】
Ａ  高温・高圧部
Ｂ  低温・高圧部
Ｃ，Ｃ１，Ｃ２  循環路
Ｃ２１  減圧ニードルチューブ
Ｄ  低温・低圧部
Ｅ  電気炉
Ｆ  冷却槽
Ｇ  重合物取出し路
Ｈ  低温・高圧部
Ｉ  圧力計
Ｊ  予備加熱部
Ｋ  測温部
Ｐ  ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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