(57)【要約】有機化合物Ｅを触媒によりホスゲン化して生成物Ｐとする連続工程であって、工程は望ましくは円筒形の押し出し流れ反応器Ｒ２にて行われ、反応器Ｒ２は機械的軸方向攪拌手段を備え、反応器Ｒ２にて消費されるホスゲンは、反応器Ｒ２の上流側の第１の反応器Ｒ１にて連続的に生成される。ホスゲンは、第１の反応器Ｒ１にてＣＯ及びＣｌ2から生成される。有機化合物Ｅを含む少なくとも一つの液相が、望ましくは上流端から、反応器Ｒ２に連続的に導入され、且つ、第１の反応器Ｒ１において生成されたホスゲンが、望ましくは連続的に、望ましくは上流端から、第２の反応器Ｒ２に注入される。液相は、望ましくは−２５℃と＋２００℃との間の温度で且つ軸方向の機械的攪拌の下に、通過時間ｔが１秒から１０分、１〜１０気圧のホスゲンの影響に曝されて、ホスゲンが液相と反応して生成物Ｐを生成する。生成物Ｐを含む液相は反応器から除去される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機化合物Ｅをホスゲン化して生成物Ｐとする連続工程であって、前記工程は望ましくは円筒状であるピストン型反応器Ｒ２にて行われ、前記反応器Ｒ２は機械的軸方向攪拌手段を備え、前記反応器Ｒ２において消費されるホスゲンは、前記反応器Ｒ２の上流側に配置された第１の反応器Ｒ１において連続的に生成され、
ホスゲンは、前記第１の反応器Ｒ１においてＣＯ及びＣｌ2から生成され、
前記有機化合物Ｅを含む少なくとも一つの液相が、望ましくは上流端から、前記反応器Ｒ２に連続的に導入され、且つ、前記第１の反応器Ｒ１において生成された前記ホスゲンが、望ましくは連続的に、望ましくは上流端から、前記第２の反応器Ｒ２に注入され、
前記液相は、望ましくは−２５℃と＋２００℃との間の温度で且つ軸方向の機械的攪拌の下に、通過時間ｔが１秒から１０分、望ましくは１０秒から６分、更に望ましくは４０秒から３分の間、１〜１０気圧、望ましくは１〜５気圧のホスゲンの影響に曝されて、ホスゲンが前記液相と反応して前記生成物Ｐを生成し、
前記生成物Ｐを含む前記液相は前記反応器から除去され、
望ましくは、特性熱輸送時間ｔthermと特性物質輸送時間ｔmatとの比が１〜５０の間であるとき、前記反応器の入り口と出口との間における液の温度上昇ΔＴは、ΔＴ／ΔＴad（ΔＴadは断熱温度上昇を示す）が０．０２〜０．０６の間となる値である、連続ホスゲン化方法。
【請求項２】
請求項１の方法において、
触媒によるホスゲン化工程であることを特徴とする連続ホスゲン化方法。
【請求項３】
請求項１又は２の方法において、
ｔtherm／ｔmatが１．５と１２との間であるとき、ΔＴ／ΔＴadは０．０２と０．２との間であることを特徴とする連続ホスゲン化方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つにおいて、
ｔtherm／ｔmatが２と８との間であるとき、ΔＴ／ΔＴadは０．０３と０．１５との間であることを特徴とする連続ホスゲン化方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一つにおいて、
３秒＜ｔmat＜１０秒であることを特徴とする連続ホスゲン化方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つにおいて、
熱輸送は３００Ｗ／ｍ2／℃と７００Ｗ／ｍ2／℃との間であることを特徴とする連続ホスゲン化方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一つにおいて、
前記反応器Ｒ２の内径は２０ｍｍと１００ｍｍとの間であり、望ましくは３０ｍｍと７５ｍｍとの間であり、更に望ましくは４０ｍｍと６０ｍｍとの間であることを特徴とする連続ホスゲン化方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一つにおいて、
前記反応器Ｒ２の反応室の長さは、１０ｃｍと１００ｃｍとの間であり、望ましくは２０ｃｍと８０ｃｍとの間であることを特徴とする連続ホスゲン化方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一つにおいて、
前記有機化合物Ｅは、前記反応器に導入される前記液相を構成することを特徴とする連続ホスゲン化方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一つにおいて、
前記生成物Ｐは、塩化カルボニル、クロロ蟻酸エステル、酸塩化物、カルバマート、イソシアネート、塩化カルバモイル、尿素及びこれらの誘導体からなる群から選ばれたものである、連続ホスゲン化方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一つにおいて、
前記第１の反応器におけるＣＯガス及びＣｌ2ガスの流量は、前記ホスゲン化の反応器Ｒ２におけるホスゲンの消費に応じて制御される、連続ホスゲン化方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一つにおいて、
ホスゲンの消費量は、１ｋｇ／時間と５０ｋｇ／時間との間である、連続ホスゲン化方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一つの方法を実施するための装置であって、第１の反応器Ｒ１及び第２の反応器Ｒ２を備え、前記第１の反応器Ｒ１は前記第２の反応器Ｒ２の上流側に配置されると共に第１の閉容器Ｃ１内に配置され、前記第２の反応器Ｒ２は第２の閉容器Ｃ２内に配置され、これらの閉容器Ｃ１及びＣ２は壁によって分離されており、
前記第１の反応器Ｒ１は、ホスゲン生成反応器であって、
一酸化炭素ガスのための、流量制御器を備える入り口及び槽と、
塩素ガスのための、流量制御器を備える入り口及び槽と、
望ましくは管状であり、一酸化炭素・塩素混合ガスをホスゲンに変えることのできる固定床触媒を有する反応室と、を備え、
前記第２の反応器Ｒ２は、管状のホスゲン化反応器であって、
その上流端に設けられた第１の反応器Ｒ１から来るガス状態の反応生成物のための入り口と、
上流端に設けられた前記有機化合物を含む液相のための入り口と、
下流側に設けられた前記液相のための出口と、を備え、
前記第１の反応器Ｒ１及び前記第２の反応器Ｒ２は、管によって互いに接続され、これにより前記第１の反応器Ｒ１にて生成され且つホスゲンを含む反応生成物が前記第２の反応器Ｒ２に輸送され、前記管は、前記管は、前記第１の閉容器Ｃ１と前記第２の閉容器Ｃ２とを分離する壁を通過しており、
前記第２の反応器Ｒ２は、ピストン型反応器であって、軸方向攪拌手段を備え、
前記第２の反応器Ｒ２は、１気圧と１０気圧との間、望ましくは１気圧と５気圧との間において動作されることを特徴とする連続ホスゲン化装置。
【請求項１４】
請求項１３の装置において、
前記第１の閉容器Ｃ１及び前記第２の反応器Ｒ２は、減圧下に置かれ、内部ガスは常時吸引されると共に、当該ガスに含まれる場合があるホスゲン及び塩素ガスを分解できる湿式スクラバーに通されることを特徴とする連続ホスゲン化装置。
【請求項１５】
請求項１３又は１４の装置において、
前記第２の反応器Ｒ２の内径は２０ｍｍと１００ｍｍとの間であり、望ましくは３０ｍｍと７５ｍｍとの間であり、更に望ましくは４０ｍｍと６０ｍｍとの間であることを特徴とする連続ホスゲン化装置。
【請求項１６】
請求項１３〜１５のいずれか一つの装置において、
前記第２の反応器Ｒ２における反応室の長さは、１０ｃｍと１００ｃｍとの間であり、望ましくは２０ｃｍと８０ｍとの間であることを特徴とする連続ホスゲン化装置。
【請求項１７】
請求項１３〜１６のいずれか一つの装置において、
輸送用の前記管は、ホスゲンを冷却する手段を有することを特徴とする連続ホスゲン化装置。
【請求項１８】
請求項１３〜１７のいずれか一つの装置において、
有機化合物のホスゲン化を行う、連続ホスゲン化装置。
【請求項１９】
塩化カルボニル、クロロ蟻酸エステル、酸塩化物、カルバマート、イソシアネート、塩化カルバモイル、尿素及びこれらの誘導体と、カルボナートとからなる群から選ばれた生成物Ｐを調製する、請求項１８の連続ホスゲン化装置の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、連続ホスゲン化装置のだめの装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホスゲン（phosgene；炭酸ジクロリド、ＣＡＳ番号75-44-5）は、有機合成において非常に有用な分子である。ホスゲンは、塩素（Ｃｌ2）と一酸化炭素（ＣＯ）とを固定床触媒の存在下にて反応させることにより容易に合成でき、この反応は発熱反応である。この工程を実施する方法は、数多くの非常に古い特許、例えば、仏国特許502,672号明細書及び502,673号明細書(L'Air Liquide)、１９１５年出願且つ１９２０年特許化、米国特許2,457,493号明細書(D. Bradner)や、特許文献である仏国特許2 109 186号明細書 (仏国政府),仏国特許2 297 190号明細書, 仏国特許2 297 191号明細書及び仏国特許2 345 394号明細書(Tolochimie)、EP特許0 134 506号明細書、米国特許4,764,308号明細書及び米国特許6,930,202号明細書(Bayer AG)、メキシコ特許164 753号明細書(Antonio Laville Conde)、EP特許0 796 819 B1号明細書(Idemitsu Petrochemicals Co.)、米国特許出願公開2005/0118088及びEP特許1 485 195 (BASF AG)、米国特許出願公開2005/0025693号明細書(General Electric Co.)、及び米国特許出願公開2006/0047170号明細書(Bayer Material Science LLC)に記載されている。
【０００３】
触媒の性質は、数多くの研究、特に、仏国特許2 383 883号明細書(Ube Industries)、EP 0 881 986号明細書、米国特許6,022,993号明細書、米国特許6,054,107号明細書、米国特許6,054,612号明細書及びEP特許0 912 443号明細書(E.I. Du Pont de Nemours)、米国特許出願公開2002/0065432号明細書(Eckert et al.)にて探求されている。
【０００４】
塩素の供給源として、ＮＯＣｌ（米国特許1,746,506号明細書(Du Pont Ammonia Corp.)を参照）、ＣＣｌ4（仏国特許2 100 343号明細書(Farbwerke Hoechst)を参照)、ＨＣｌ（仏国特許2,144,960号明細書及び米国特許3,996,273号明細書(Societe Rhone-Progil)）、又はＣ2Ｃｌ4(米国特許5,672,747号明細書(J. Stauffer))を用いることもできる。これらの物質の中には、塩素よりも高価及び／又は危険なものもあり、塩素より取り扱いが容易なわけでもない。
【０００５】
ホスゲン合成の廃棄物のリサイクルは常に重要な関心事であり、これについては米国特許4,231,959号明細書(Stauffer Chemical Corp.)及び米国特許出願公開2009/0143619号明細書(Bayer Materials Science AG)を参照されたい。ホスゲンの合成は、工業廃棄物中に含まれた塩素の選択的な再利用の方法としてさえ想定されてきた（米国特許4,346,047号明細書(The Lummus Company)を参照）。
【０００６】
有機合成において、ホスゲンは顕著に多価の分子であり、４群の反応を起こすことができる。
（ｉ）カルボニル化、これによりイソシアネート（isocyanate）及び尿素が得られる。
（ｉｉ）クロロホルミル化、これによりクロロ蟻酸エステル（chloroformate）が得られ、そこからカルバマート（carbamate；ウレタン）、カルボナート（carbonate）及びジアリールケトン（diaryl ketone）が得られる。
（ｉｉｉ）塩素化、これにより特に塩化アルキル又は塩化アリール（alkyl 又は aryl chloride）が得られる。
（ｉｖ）脱水素、これによりシアニド（cyanide）、イソシアニド（isocyanide）及びカルボジイミド（carbodiimide）が得られる。
【０００７】
一例として、工業界において、例えば、ジアルキルカルボナートをアルコールから合成するために用いられている。特定の１，２−又は１，３−ジオールは、ホスゲンにより、環状カルボナートエステルを生成する。つまり、１，２−エタンジオール（別名エチレングリコール）はエチレンカルボナートエステル（ギ酸エステル）を生じる。この反応は、クロロカルボナートエステル中間体の生成を伴う。ジオールにおいて、複数のヒドロキシ基が３炭素を超えて分離しているとき、環化は遅く、反応により一般に高分子を生じる。
【０００８】
ホスゲンの欠点は、その非常に高い毒性である。従って、特に貯蔵と輸送とに関して、ホスゲンは非常に厳格な規制の対象である。更に、第一次世界大戦において化学戦の薬品として用いられたことによって、ホスゲンは一般大衆によく知られている。ホスゲンはアルカリ性溶液に触れると破壊されることが知られている。従って、米国特許4,493,818号明細書(Dow Chemical Co.)は、４級アミンを含むアルカリ性水溶液との接触によるホスゲンの破壊工程を説明している。
【０００９】
ホスゲンは、ポリカーボネート型のポリマー、及び、ポリウレタンポリマー合成の原材料であるイソシアネートの工業的な合成に大規模に用いられる。例えば、米国特許5,986,037号明細書(Mitsubishi Chemical Corp.)は、ビスフェノール及びホスゲンからポリカーボネートオリゴマー溶液を合成することについて述べている。米国特許出願公開2001/0041806 A1明細書及びEP特許 1 112 997 B1明細書(M. Miyamoto and N. Hyoudou)は、芳香族モノヒドロキシ化合物をホスゲンにより縮合することによるジアリールカーボネートの合成について述べている。この工程では、反応により生じた塩素がホスゲンの合成に再利用される。これらのホスゲンを利用する工程は、一般に連続工程である。
【００１０】
このような工業規模において、ホスゲンは大きな費用面の利点があるので、この危険な性質の気体の取り扱いは受け入れられている。貯蔵時の危険を最小限にするために、ホスゲンは溶液の形にて貯蔵及び使用可能である。よって、米国特許3,226,410号明細書(FMC Corporation)は、芳香族イソシアネートをアミン及びホスゲンの有機溶媒（モノクロロベンゼン）溶液から合成する連続反応器を説明している。同様に、米国特許3,321,283 号明細書(Mobay Chemical Co.)は、ホスゲンのオルトジクロロベンゼン溶液を利用したアミンのホスゲン化のための大型筒状反応器を説明している。
【００１１】
しかしながら、危険を最小化するには、ホスゲンの輸送を避けるためのホスゲンの直接合成と、全ての残留ガスの再利用が行われる。後者は、経済的理由からも必要である。そこで、米国特許出願公開2006/0123842号明細書及び米国特許出願公開2007/0012577号明細書(BASF)と、米国特許出願公開2007/0269365号明細書 (Bayer Material Science AG)とは、アミン及びホスゲンからのイソシアネート合成において生じたＨＣｌを再利用することについて述べており、これはＨＣｌを酸化してＣｌ2にすることを伴い、このＣｌ2はホスゲンの合成に再利用される。同じ文脈において、米国特許出願公開2007/0276158号明細書、米国特許出願公開2007/0276154号明細書及び米国特許出願公開2009/0054684号明細書(Bayer Material Science AG)は、ホスゲンの合成における過剰のＣＯを、イソシアネートの合成において生じるＨＣｌと混合して、ホスゲンの合成に再利用することについて述べている。国際公開第2009/143971号(Bayer Technology Services GmbH)は、準定量的な反応を可能とする複数の触媒領域を備えたホスゲン合成反応器を説明しており、これにより、処理するべき廃棄物を減少させるとしている。米国特許5,925,783号明細書(Bayer AG)は、アミン及びホスゲンからイソシアネートを合成する工程について説明しており、ここではホスゲンはイソシアネートと共に溶液として反応器に導入され、当該イソシアネートは目的とするイソシアネートであってもよいとしている。米国特許出願公開2009/0209784号明細書(Bayer Material Science)は、残留ホスゲンと、アミンのホスゲン化反応生成物から生じるＨＣｌとの分離及び再利用の改善について述べている。
【００１２】
文献"Production industrielle avec le phosgene" Chimia (1998) 52(12), 698-701, ["ホスゲンによる工業的生産"]は、Novartis Crop Protection (旧Ciba Geigy)によるホスゲンガスの直接生成及び使用プラントについて述べている。このプラントでは、ホスゲンが入りうる全ての部分が常に空気の流れる二重の外装に入れられ、当該空気は常に分析されていると共に、連続した二段の１０％ＮａＯＨ洗浄塔に通されて、漏れがあった際にホスゲンを分解するようになっている。プラントの全ての部分はコンピュータによって操作及び管理されている。記事"Safe phosgene production on demand（ホスゲンの需要に応じた安全生成）" (U. Osterwalder, Ciba-Geigy Werke Schweizerhalle A.-G., Bericht uber das Internationale Kolloquium uber die Verhutung von Arbeitsunfallen und Berufskrankheiten in der Chemischen Industrie (1985), 10 (785-800))は、同じプラントの発展型について説明しており、特に、要求に応じて４０〜６００ｋｇ／時のホスゲンを定量的に生産できる実験室的装置について述べている。
【００１３】
ホスゲン化反応器の設計には、数多くの実用上の点が考慮されなければならない。アミンのホスゲン化は発熱量の大きい発熱反応であり、低温であってさえ起こる。従って、出発物質（アミン及びホスゲン）の密接混合物を可能な限り素早く得る方法は、歩留まりを制限し、固体の二次副生成物（secondary byproduct）を生じさせる決定的な要素となる。米国特許7,547,801号明細書(Bayer Material Science)は、三段階の工程を説明しており、ここでは異なる中間反応が空間的に分離されるとしている。仏国特許2 940 283号明細書 (Perstop Tolonates France)は、ピストン反応器内に明確に設けられた乱流領域にホスゲンが非常に高い流速（１０〜１００ｍ／ｓ）にて注入される工程について説明しており、乱流領域は、高圧（５〜１００気圧、好ましくは２０〜７０気圧）且つ高温（１００〜３００℃）とされていることにより、連続的にアミンをイソシアネートに変換するとしている。この工程は、試薬の混合物の乱流と、ホスゲン流の高圧とによって、非常に短いホスゲン化反応の時間（２００ｍｓ以下）を実現する。しかしながら、これは過剰のホスゲンの使用及び高圧の利用を伴い、これら２つは大きな欠点である。
【００１４】
米国特許5,931,579号明細書 (Bayer AG)は、ホスゲン注入ノズルシステムを説明しており、これは固体の副生成物によって目詰まりすることを防ぐようになっている。これにより、反応器を開けて分解することの必要を最小限にしている。これは完全に排気して行わなければならず且つ非常に厳格な安全手段が必要な、労力のかかる作業である。更に、アミンの気相ホスゲン化反応に管状反応器を用いることには、数多くの実用上の問題があるようである。従って、他の形式の反応器が求められてきた。そこで、米国特許7,084,297号明細書(BASF AG)は、板状反応器において１級アミンの気相ホスゲン化によりイソシアネートを生成する工程について説明している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
精製化学製品の製造、特に、医薬品、香料、植物衛生製品等の有効成分の製造のためには、比較的少数しかホスゲンの直接利用の例はない。より多くの場合、ホスゲンはジホスゲン又はトリホスゲンから製造される。ジホスゲンは標準状態では液体であり、トリホスゲンは結晶を形成する。米国特許6,399,822号明細書(Dr. Eckert GmbH)は、ジホスゲン又はトリホスゲンから純粋なホスゲンを生成するための触媒反応を説明している。この特許を実施する装置は、Sigma Aldrich companyにより発売されており、journal ChemFiles, vol. 7, no. 2 (2007)の４〜１４ページに説明されている。これは、非常に小規模な利用に適しており、特に、アミノ酸及びペプチドの誘導体化に適している。同様に、最小限の量のホスゲンを発生させるマイクロリアクターに関する出版物がある。このような反応器は、サブミリ単位の装置であって、マイクロエレクトロニクス、特にフォトリソグラフィ及びイオンエッチングの技術に基づいて製造される。従って、マサチューセッツ工科大学の最終技術報告番号(the final technical report no.) AFRL-IF-RS-TR-2002-295 "Micro-Fluid Chemical Reactor Systems: Development, Scale-Up and Demonstration（微小流体化学反応器システム：展開、規模拡大及び実証）"は、標準状態流量４ｃｍ3／分のＣｌ2から微少量のホスゲンを直接合成するマイクロリアクターについて述べている。AlChE Journal, vol. 47(7), p. 1639 - 1647 (2010)において公開された、S. K. Ajmeraらによる記事"Microfabricated packed-bed reactor for phosgene synthesis（ホスゲン合成用の微細加工された充填床反応器）"は、標準状態流量４．５ｃｍ3／分の２ＣＯ＋Ｃｌ2を用いるマイクロリアクターについて述べている。米国特許出願公開2004/0156762号明細書も、ホスゲンの直接合成にマイクロリアクターを用いることについて述べている。
【００１６】
the journal Chemistry Today, vol. 24, n. 5, page 50 - 52 (2006)において公開された、Ann Gidnerによる記事"Challenging chemistries at Saltigo: A competitive advantage in custom manufacturing（サルティゴにおける挑戦的化学：注文製造における競争上の利点）"において、精製化学製品の生産にホスゲンを直接利用する選択肢の開発が要望されている旨が述べられている。
【００１７】
しかしながら、ジホスゲン及びトリホスゲンはホスゲンに比べて大幅に高価である。しかし、精製化学製品、例えば薬剤の有効成分、芳香剤又は香料の生産において、原材料の費用は特別に重要な論題となるとは限らない。この理由及び安全上の理由から、前記の産業分野では、ホスゲンの直接利用を伴う工程はほとんど無い。一般に、ホスゲンのような特定物質の利用を避ける代替方法は求められている。これは、例えば、the journal Green Chemistry 6, p. 544-556 (2004)にて公開されたJ. Jenckらによる記事"Products and processes for a sustainable chemistry: a review of achievements of prospects（持続可能な化学のための製品及び方法：見通しの達成の報告）"が実証する通りである。時には、ホスゲン代替物、例えばヴィルスマイヤー（Vilsmeier）試薬又はカルボニルジイミダゾールも用いられることがある。
【００１８】
本発明は、このような傾向に反して、精製化学製品の製造に適したホスゲン化の装置及び方法を提案する。この方法は、液相の反応器へのホスゲン注入を伴い、これは高圧にて行っても良い。また、大きな、但し限定された量、例えば１〜５０ｋｇ／時、特に１〜５ｋｇ／時程度、のホスゲンの生成と消費が可能であり、完全に安全な状態にて、特に、ホスゲンを全く貯蔵することなく実施することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、第１に、液相反応によって、ホスゲンをＣＯ及びＣｌ2から発生させると共に該ホスゲンを消費し、有機生成物Ｐを生成する連続工程に関連しており、前記工程は、２つの連続した反応器Ｒ１及びＲ２により実現され、
第１の反応器Ｒ１は、気体のＣＯ及びＣｌ2からホスゲンを触媒合成する反応器であり、
第２の反応器Ｒ２は、ピストン反応器であり、望ましくは円筒状であり、機械的な軸方向攪拌手段を備え、
望ましくは化学量論量のＣＯ及びＣｌ2を前記反応器Ｒ１に導入して混合ガスを生成する工程と、
前記混合ガスを、適切な触媒上に通してホスゲンを生成する工程と、
前記ホスゲンを含む混合ガスに、前記第２の反応器Ｒ２を通過させる工程と、
有機化合物Ｅを含む少なくとも１つの液相を、望ましくは前記第２の反応器Ｒ２の一端に、連続的に供給する工程と、
前記液相を、望ましくは−２５〜２００℃で且つ機械的な軸方向の攪拌の下に、任意で液相に分散された触媒の存在下にて、通過時間ｔが１秒から１０分、望ましくは１０秒から６分、更に望ましくは４０秒から３分の間、１〜１０気圧、望ましくは１〜５気圧のホスゲンの影響に曝す工程と、
前記液相を前記反応器から除去する工程とを備え、
望ましくは、特性熱輸送時間（characteristic heat transfer time）ｔtherm及び特性物質輸送時間（characteristic material transfer time）ｔmatの比が１〜５０の間であるとき、前記反応器の入り口と出口との間における前記液相の温度上昇ΔＴは、ΔＴ／ΔＴad（ΔＴadは断熱温度上昇を示す）が０．０２〜０．０６の間となる値である。
【００２０】
また、本発明は、前記に説明した工程を実施するための装置にも関係しており、第１の反応器及び第２の反応器を備え、前記第1の反応器は前記第２の反応器の上流側に配置されると共に第１の閉容器Ｃ１に配置され、前記第２の反応器Ｒ２は閉容器Ｃ２に配置され、閉容器Ｃ１及びＣ２は壁によって分離されており、
前記第１の反応器Ｒ１は、ホスゲン発生器であって、
一酸化炭素ガス用の入り口及び流量制御器を有する槽と、
塩素ガス用の入り口及び流量制御器を有する槽と、
一酸化炭素・塩素混合ガスをホスゲンに変えることのできる固定床触媒を備え、望ましくは管状の反応室とを備え、
前記第２の反応器Ｒ２は、管状のホスゲン化反応器であって、
上流側に設けられ、前記第１の反応器Ｒ１から来るガス状態の反応生成物のための入り口と、
上流側に設けられ、前記有機化合物を含む液相のための入り口と、
下流側に設けられた前記液相のための出口とを備え、
前記第１の反応器Ｒ１と、前記第２の反応器Ｒ２とは管によって互いに接続され、これにより前記第１の反応器Ｒ１にて生成されたホスゲンを含む反応生成物は前記第２の反応器Ｒ２に輸送され、前記管は前記第１の閉容器Ｃ１と前記第２の閉容器Ｃ２との間の前記壁を通過する。
【００２１】
更に、本発明の前記装置において、
前記第２の反応器Ｒ２は軸方向攪拌手段を備えるピストン反応器であり、
前記第２の反応器Ｒ２は、１気圧と１０気圧との間、望ましくは１気圧と５気圧との間の圧力にて動作する。
【００２２】
前記輸送管は、ホスゲンを冷却する手段を含み、およそ３０℃を実現できるのが望ましい。
【００２３】
また、本発明は、有機化合物のホスゲン化の発明についての装置の使用にも関係する。
【発明の効果】
【００２４】
精製化学製品の製造に適したホスゲンの生成と消費が可能であり、完全に安全な状態において、特に、ホスゲンを全く貯蔵することなく実施することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明は、有機化合物をホスゲン化する連続工程に関し、当該工程はピストン型の連続反応器（ピストン流れ反応器とも呼ばれる）にて実施される。反応器は、長さＬ、体積Ｖであり、化学物質は一方の端に入って反応器を通り抜け、少しずつ反応する。
【００２６】
本発明の連続工程は、複数の工程を含むものとして表現できる。
【００２７】
・第１の工程では、ＣＯ及びＣｌ2からホスゲンが第１の反応器Ｒ１において生成される。
【００２８】
・前記の化学物質を含む液相が、第２の反応器Ｒ２に連続的に導入される。当該反応器の一端に入れられるのが望ましい。
【００２９】
・この後、前記液相は、−２５℃と＋２００℃との間の温度において、軸方向に攪拌されながら、１気圧と１０気圧との間（望ましくは１気圧と５気圧との間）の気圧のホスゲンに曝される。通過時間ｔは１秒と１０分との間（望ましくは１０秒と６分との間、より望ましくは４０秒と３分との間）とする。
【００３０】
・生成物Ｐを含む液相が反応器Ｒ２の下流側端部に到達したら、これを当該下流側端部において取り除く。
【００３１】
当該液相は、過剰のＣＯ、ＣＯ2又はＨＣｌのような反応中に生じたガスを含んでいても良い。また、固体（反応生成物又は副生成物）を含んでいても良い。
【００３２】
ホスゲン化に用いられるホスゲンの生成は、第１の反応器Ｒ１において、塩素と一酸化炭素との反応により、通常は活性炭である触媒の存在下にて行われる。他の触媒、例えばハロゲン化金属、炭化ケイ素等を用いることもできる。ホスゲン生成反応は発熱が大きいので、反応器Ｒ１を冷却する必要がある。反応は、１５０℃程度にて行われるのが最も望ましく、より一般的には５０℃と２００℃との間にて行われる。反応器Ｒ１の出口においてホスゲンは冷却され、１気圧と１０気圧の間、望ましくは１気圧と５気圧との間の圧力にて約３０℃とされる。この圧力において、ホスゲンは、ピストン型反応器である反応器Ｒ２の上流側端部に注入される。通常、反応器Ｒ１の出口におけるホスゲン圧は、反応器Ｒ２に供給するのに十分である。従って、Ｒ１とＲ２との間に中間ポンプを設けて反応器Ｒ２に入るホスゲンの圧力を高める必要は無い。これにより、ホスゲン漏れの危険が少なくなっているので、本発明の工程はより安全である。この点が、本発明の工程の利点の一つである。しかしながら、反応によっては、中間ポンプを用いることが必要になる場合もある。例えば、揮発性が非常に高い溶媒を用いた場合である。この場合、本発明の工程において、反応器Ｒ２における圧力が２００気圧程度の場合まで実施することができる。
【００３３】
本発明の工程によると、ＣＯ及びＣｌ2のガスが第１の反応器Ｒ１に入る流速は、非常に望ましくは概ね量論量のホスゲンが反応器Ｒ２に導入されることを考えると、ホスゲン化反応器Ｒ２におけるホスゲンの消費に基づいて制御されるのが望ましい。しかしながら、わずかに多くのＣＯを用いることにより、塩素を含むホスゲンを得るのを避けるのが好ましい。反応器Ｒ２の出口におけるホスゲンの消費により、反応器Ｒ１の入り口におけるガス流量を制御することを可能にするには、ＣＯ及びＣｌ2のそれぞれの入り口に質量流量計を設ける。望ましくは、これらの流量計は、反応器Ｒ２が動作していない限りガスを通過させない。
【００３４】
反応器Ｒ１において発生させたホスゲンは、すぐに反応器Ｒ２に輸送される。
【００３５】
反応器Ｒ２にて行われるホスゲン化反応は、ほとんどの場合、高純度のホスゲンを用いることを要求し、９９％かそれより高い必要がある。
【００３６】
ホスゲン化に用いる反応器Ｒ２は、円筒状の形状を有することが望ましい。当該反応器は、軸方向攪拌手段、望ましくは機械的軸方向攪拌手段を備えている必要がある。軸方向攪拌手段とは、反応器の軸に平行な軸を有することにより、反応混合物を長さ方向全体又は大部分にわたって攪拌するあらゆる装置を意味する。これらの軸方向攪拌手段は、一方では、導入された化学種を液相に分散された状態の触媒と共に混合することによって反応を促進し、他方では、熱輸送を促進する。
【００３７】
ピストン反応器が有する温度及び濃度プロファイルは、その軸方向に沿って変化しうる。このような反応器は、それぞれ長さがΔＬで且つ体積がΔＶの基礎反応器を軸方向に連続して並べたものとしてモデル化できる。この反応器の工程条件では、供給される材料の組成と体積流量Ｆとは均一且つ一定であり、滞在時間、
τ＝Ｖ／Ｆ            （式１）
は、反応器に入った全ての分子について一定である。この種の反応器は既知である。また、当業者であれば、発熱性の高い反応がピストン型反応器にて行われた場合、直径方向の熱輸送が律速となりうることを知っている。ホスゲン化反応の場合、発熱性が高くなりうるので、熱輸送の制御は重大事項である。
【００３８】
本発明の工程は、次の形式の化学反応を伴う。
【００３９】
Ａ（液体）  ＋  νＣＯＣｌ2（気体）  →  νp生成物      （式２）
ここで、νはホスゲンの量論係数であり、νpは生成物の量論係数である。本発明によると、ホスゲン化に供される化学物質は、純粋液か、溶媒液により希釈された液体か、又は、溶媒液により希釈された固体である。
【００４０】
一般に、反応器の効率は、熱輸送及び物質輸送を示す二つの特性値によって定まる。このような特性時間は、以下の簡略化された式として定義されている（流体力学モデルは同じであり、反応器はピストン反応器であるか又は完全に攪拌された反応器であり、ホスゲン化反応については物質輸送により律速されている）。
【００４１】
・特性熱輸送時間：
【００４２】
【数１】
2013541533.tif 000002
【００４３】
・特性物質輸送時間
ｔmat＝１／（ｋLａ）
これらの式において、次のパラメータが用いられている。
・液体の密度ｐ、
・液体の熱容量Ｃp、
・下に定義する総括輸送係数Ｋ
・熱交換面積Ｓ（設計により決まるので、反応器ごとに一定）
・液体側の気−液物質輸送係数ｋLと、下に定義する比界面積ａとの積。
【００４４】
特性輸送時間が短いほど、システムは効率よく働き、熱及び物質がそれぞれ高速に輸送される。
【００４５】
ここで、当業者にはよく知られている係数Ｋの決定について簡単に説明する。
【００４６】
総括輸送係数Ｋ（総括交換係数とも呼ばれる）は、次の式により定義される。
【００４７】
Φ＝ＫＳΔＴml          （式５）
ここで、Ｓは交換面積（この例では、円筒状の反応器であるからＳ＝πＤＬであり、Ｄは反応器の内側の半径、Ｌは反応器の管のうち気体が液体と接触する部分の内側の長さである）であり、ΔＴmlは温度差の対数平均である。
【００４８】
ΔＴml＝｛［Ｔ（coolant）outlet−Ｔ（process）inlet］−［Ｔ（coolant）inlet−Ｔ（process）outlet］｝／ｌｎ｛［Ｔ（coolant）outlet−Ｔ（process）inlet］／［Ｔ（coolant）inlet−Ｔ（process）outlet］｝
また、Φは、プロセス側の熱流束から得られる仕事率（単位ワット、参照温度は２５℃）である。各反応において、これらのパラメータは反応器の形状及び流速に依存する。これらは容易に決定できる。
【００４９】
係数ｋLａは、これも当業者には既知であるが、実施形態を不必要に複雑しないように後に例１として説明する方法により決定することができる。
【００５０】
本発明の望ましい一実施形態において、次の特性を有するピストン型の連続反応器が用いられる。
【００５１】
・物質輸送： 0.1ｓ-1 ＜ ｋLａ ＜ 0.3ｓ-1、つまり、3ｓ ＜ ｔmat ＜ 10ｓ
・熱輸送  ：Ｋ ＝300〜1000 Ｗ／ｍ2／℃  （望ましくは300〜700 Ｗ／ｍ2／℃、更に望ましくは、およそ550Ｗ／ｍ2／℃）
（ここで、液体の金属に対する半輸送係数（partial transfer coefficient）が考慮される）。
【００５２】
典型的な実施形態において、前記の特性輸送時間は２５程度（ここで、ｐ＝１０５０ｋｇ／ｍ3、Ｃｐ＝２００Ｊ／ｋｇ／℃）である。
【００５３】
従って、この望ましい実施形態において、特性輸送時間の比は、
２ ＜ （ｔtherm／ｔmat） ＜ ８
となる。
【００５４】
本発明によるこの工程において、反応器の入り口と出口との間における液体の温度上昇ΔＴは、
【００５５】
【数２】
2013541533.tif 000003
【００５６】
ここで、
・ΔＴadは断熱温度上昇である。
【００５７】
【数３】
2013541533.tif 000004
【００５８】
・ΔrＨは反応のエンタルピーであり、
・ＸAは化合物Ａの量論係数である。
【００５９】
Ａが完全に反応する場合（つまり、ＸA＝１）、式６を次のように書き換えることができる。
【００６０】
【数４】
2013541533.tif 000005
【００６１】
ここで、Ｍは次の量論比である。
【００６２】
【数５】
2013541533.tif 000006
【００６３】
ここで、
・Ｐは動作圧力を表し、
・Ｈｅはヘンリー係数を表し、
・ＣA0は反応器の入り口における液体の濃度を表す。
【００６４】
本発明による工程の工程条件の選択には、三つの値が関わる。
【００６５】
・非希釈の溶媒における断熱温度上昇
【００６６】
【数６】
2013541533.tif 000007
【００６７】
・純粋な試薬の濃度において計算した量論比
【００６８】
【数７】
2013541533.tif 000008
【００６９】
・次のように定義される希釈係数
【００７０】
【数８】
2013541533.tif 000009
【００７１】
発明者らは、特定の動作条件によって反応器を動作することにより前記の問題を解決できることを発見した。この動作条件を、以下に量論係数Ｖp＝１の反応の場合について説明する。これは、例えば、クロロ蟻酸エステル化の場合である。これは、流量及び攪拌速度の両方に関する。
【００７２】
事実、本発明によると、特性熱輸送時間ｔthermと特性物質輸送時間ｔmatとの比が１．５から５０の間である時に、反応器の入り口と出口との間における温度上昇ΔＴについて、ΔＴ／ΔＴad（ΔＴadは断熱温度上昇を表す）が０．０２と０．６との間になるように行われる。
【００７３】
この工程は、溶媒無しに、つまり、前記の有機化合物が反応器に注入される液相を構成する形によって行うことも可能である。しかしながら、必要なら、特に、ホスゲン化の生成物又は副生成物が固体の場合（塩が生じる場合）、溶媒を用いても良い。望ましい実施形態では、ｔtherm／ｔmatが１．５と１２との間である時に、比ΔＴ／ΔＴadは０．０２と０．２との間であり、ｔtherm／ｔmatが２と８との間である時に、比ΔＴ／ΔＴadは０．０３と０．１５との間である。
【００７４】
反応器内の温度を一定に保つために、反応器Ｒ２の加熱又は冷却が調節される。
【００７５】
本発明によるホスゲン化工程は円筒形の管状ピストン型反応器Ｒ２において行われるのが望ましく、反応器Ｒ２の内側の直径は２０ｍｍから１００ｍｍとするのが良い。１００ｍｍを超えると反応の生産性が低下する。これは、大きな交換面を維持するためには流量を低下させなければならないからである。２０ｍｍ未満の場合、表面積／体積の比が非常に大きくなるが、流量は工業的な生産には不十分となる。ピストン型反応器の内径は３０ｍｍと７５ｍｍとの間であることが望ましく、４０ｍｍと６０ｍｍとの間であることが更に望ましい。反応器における反応室の長さは１０ｃｍと１００ｃｍとの間である。１０ｃｍ未満の場合、滞在時間が短すぎる。１００ｃｍを超える場合、筒状の反応器の機械加工が難しくなり、且つ、反応混合物の攪拌が難しくなる。望ましい長さは、２０ｃｍと８０ｃｍとの間である。
【００７６】
反応器Ｒ２は軸方向攪拌手段、特に、機械的軸方向攪拌手段を備えることが望まれる。このためには様々な手段を用いることができる。例えばウォームねじ、スターラー等であるが、これらの機械的攪拌手段は、式（１）において示した“ピストン”性を妨害してはならない。
【００７７】
本発明によるホスゲン化工程は触媒を必要としない。しかしながら、触媒を用いるとすると、少なくとも一つの分散触媒、例えば懸濁液中の粉末を用いることができる。より望ましくは、この粉末は、担体（例えばアルミナ、シリカ又は活性炭）に適切な金属元素が予め堆積されているものである。
【００７８】
本発明の工程は、多数の利点を有する。反応によっては、収率が９９％に等しいか更に大きい工程条件を見つけることも可能である。この高い収率により、収率が９５％未満の精製化学製品の合成の際にはしばしば必要になる追加の純化工程が不要になる。しかしながら、全ての反応においてそのような高い収率が得られるわけではない。ホスゲン化の生成物が固体でない場合、溶媒なしで実施することができることもある。反応器は、およそ１から５０ｋｇ／時、望ましくは１から５ｋｇ／時のホスゲンを消費することができる。更に、本発明の工程を実施することができる反応器に必要な費用はバッチ型の反応器の費用に比べて低く、且つ、必要な人員も削減できる。
【００７９】
有機化合物のホスゲン化によって得られる前記生成物Ｐは、塩化カルボニル、クロロギ酸エステル、カルバマート、イソシアネート、塩化カルバモイル（carbamoyl chloride）、尿素及びこれらの誘導体からなる群から選ばれたものであるのが望ましい。また、酸塩化物（acid chloride）を調製することもでき、このためには不均一系触媒（heterogeneous catalyst）を（懸濁液として）用いるのが望ましいが、発明者らは塩素化に非常に長い時間がかかることを観測している。この場合、反応の収率は良くない上に、反応器の出口において残留ホスゲンを処理しなければならない。従って、これは望ましい実施形態ではない。
【００８０】
クロロ蟻酸エステル
【００８１】
【化１】
2013541533.tif 000010
【００８２】
酸塩化物
【００８３】
【化２】
2013541533.tif 000011
【００８４】
カルバマート
【００８５】
【化３】
2013541533.tif 000012
【００８６】
イソシアネート
【００８７】
【化４】
2013541533.tif 000013
【００８８】
塩化カルバモイル
【００８９】
【化５】
2013541533.tif 000014
【００９０】
尿素
【００９１】
【化６】
2013541533.tif 000015
【００９２】
カーボネート
【００９３】
【化７】
2013541533.tif 000016
【００９４】
以上の化学式において、Ｒ、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3及びＲ4は、直鎖又は分岐の脂肪族、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、又はシクロアルケニル基等の置換基を示し、いずれの基も１から３６の炭素を含むのが望ましい。
【００９５】
Ｒ−Ｎ−基、Ｒ1（Ｒ2）−Ｎ−基、Ｒ2（Ｒ3）−Ｎ−基は、ピロール（pyrrole）、２−ピロリン（pyrroline）、３−ピロリン（pyrroline）、ピロリジン（pyrrolidine）、イミダゾール（imidazole）、２−イミダゾリン、イミダゾリジン（imidazolidine）、ピラゾール（pyrazole）、２−ピラゾリン（pyrazoline）、ピラゾリジン（pyrroline）、１，２，３−トリアゾール（triazole）、ピペリジン（piperidine）、ピペラジン（piperazine）、インドール（indole）、イソインドール（isoindole）、インドリノン（indolione）、１Ｈ−インダゾール（indazole）、ベンゾイミダゾール（benzimidazole）、プリン（purine）、カルバゾール（carbazole）、フェノチアジン（phenothiazine）、アジリジン（aziridine）、アゼチジン（azetidine）、モルホリン（morpholine）、チオモルホリン（thiomorpholine）を表すことができ、置換基無しでも良いし、飽和又は不飽和の置換基により一つ又は多くが置換されていても良いし、一つ又は複数のヘテロ環システムの環特性が維持されているのであれば誘導体でも良い。以下には、これらのヘテロ分子のより複雑な誘導体の例をいくつか示す。
【００９６】
インドール誘導体：トリプトファン（tryptophan）、トリプタミン（tryptamine）、レセルピン（reserpine）
イミダゾール誘導体：ヒスチジン（histidine）
プリン誘導体：アデニン（adenine）、グアニン（guanine）、テオブロミン（theobromine）
Ｒ−Ｎ−基、Ｒ1（Ｒ2）−Ｎ−基、Ｒ2（Ｒ3）−Ｎ−基は、ヘテロ環を有する化合物であって環外に共有結合を有する窒素原子を、少なくとも一つ環に含む基を示す。ここでは、ピリダジン（pyridazine）、ピリミジン（pyrimidine）、ピラジン（pyrazine）（例えばシトシン（cytosine）、チミン（thymine）、ウラシル（uracil））、キナゾリン（quinazoline）、キノキサリン（quinoxaline）キナゾリン（quinazoline）、フェナジン（phenazine）、及び１，２，３−オキサジアゾール（oxadiazole）が考えられる。
【００９７】
以下に、本発明の工程を用い、反応器Ｒ２において起こりうる化学反応の例をいくつか示す。
【００９８】
１）１，１’−カルボニルイミダゾール（1,1'-carbonyldiimidazole、ＣＡＳ番号530-62-1）のイミダゾールからの調製。
【００９９】
【化８】
2013541533.tif 000017
【０１００】
２）（クロロメチレン）ジメチルイミニウムクロリド（Preparation of (chloromethylene)dimethyliminium chloride、ＣＡＳ番号3724-43-4）（ヴィルスマイヤー試薬）の調製。
【０１０１】
【化９】
2013541533.tif 000018
【０１０２】
３）１，１’−カルボニル−ジ（１，２，４−トリアゾール）（1,1'-carbonyl-di(1,2,4-triazole)、ＣＡＳ番号41864-22-6）の調製。
【０１０３】
【化１０】
2013541533.tif 000019
【０１０４】
４）５−クロロ吉草酸クロリド（5-chlorovaleroyl chloride、ＣＡＳ番号 1575-61-7）の調製。
【０１０５】
【化１１】
2013541533.tif 000020
【０１０６】
５）フタロイルクロリド（phthaloyl chloride、ＣＡＳ番号 88-95-9）の調製。
【０１０７】
【化１２】
2013541533.tif 000021
【０１０８】
６）２−クロロベンズイミダゾール（2-chloro benzimidazole）の調製：この例は、本願の工程が複数ステップ合成において如何に的確に利用できるかを示している。
【０１０９】
【化１３】
2013541533.tif 000022
【０１１０】
７）ジフェニルカルボネート（diphenyl carbonate、ＣＡＳ番号 102-09-0）の調製。
【０１１１】
【化１４】
2013541533.tif 000023
【０１１２】
また、本発明は、以上に説明した工程を実施するための装置に関する。当該装置は、第１の反応器Ｒ１及び第２の反応器Ｒ２を備え、第１の反応器Ｒ１は第２の反応器Ｒ２の上流側に配置されると共に第１の閉容器Ｃ１内に配置され、第２の反応器Ｒ２は第２の閉容器Ｃ２内に配置され、第１の閉容器Ｃ１及びＣ２は壁によって分離されている。
【０１１３】
第１の反応器Ｒ１は接触ホスゲン生成反応器であり、一酸化炭素ガスの入り口及び流量制御器を有する槽と、塩素ガスの入り口及び流量制御器を有する槽と、望ましくは管状であり、一酸化炭素・塩素混合ガスをホスゲンに変えることのできる固定床触媒を有する反応室とを備える。
【０１１４】
第２の反応器Ｒ２は管状の反応器であって、その上流端に設けられた第１の反応器Ｒ１から来るガス状態の反応生成物のための入り口と、上流端に設けられたホスゲン化させる有機化合物を含む液相のための入り口と、下流側に設けられたホスゲン化された生成物Ｐを含む前記液相のための出口とを備える。第１の反応器Ｒ１及び第２の反応器Ｒ２は管によって互いに接続され、これにより前記第１の反応器Ｒ１にて生成され且つホスゲンを含む反応生成物が前記第２の反応器Ｒ２に輸送され、前記管は、前記第１の閉容器Ｃ１と前記第２の閉容器Ｃ２とを分離する壁を通過する。この輸送管は短く、１０ｃｍから３０ｃｍ程度である。輸送管は、少なくとも一つ柔軟な箇所を有し、機械的なストレスに適応できるようになっているのが望ましい。これにより、輸送管と、その反応器Ｒ１及びＲ２との接続部分とについて破損の危険を最小限にできる。
【０１１５】
更に、第２の反応器Ｒ２は、ピストン型反応器であって、軸方向攪拌手段を備える。第２の反応器Ｒ２は、１気圧と２００気圧との間、望ましくは１気圧と５気圧との間の圧力にて動作される。
【０１１６】
望ましい一実施形態では、本発明にかかる装置の前記の第１の容器Ｃ１及び第２の容器Ｃ２は、不活性ガス（例えば窒素）を通気しながら減圧下に置かれ、当該不活性ガスは上下から常に吸引されて湿式スクラバーに通されて、これに含まれる可能性があるホスゲンガス及び塩素ガスを分解するようになっている。第１の容器Ｃ１と第２の容器Ｃ２との壁による分離が完全に気密である必要は無いが、これら二つの容器は周囲から気密であり、スクラバーを通過する気体の出口だけを有するようになっている必要がある。
【０１１７】
本発明の装置は、また、適切なデータ処理システムのような制御手段を備える。反応器Ｒ１における一酸化炭素及び塩素の流量制御器は、反応器Ｒ２におけるホスゲン化反応に必要なホスゲンの量によって制御されるのが望ましい。一実施形態においては、ホスゲンの必要量が計算され、ＣＯ及びＣｌ2の気体流量を常に調整し、わずかにＣＯが多いことを確実にする。
【０１１８】
本発明の工程は、数多くの利点を有する。本発明の装置における遊離ホスゲンの量は非常に少ないので、ホスゲンの取り扱いは不要になる。多くのホスゲンを含む残留ガスの取り扱いは不要になる。非常に柔軟性に富み、異なる反応機構を実現して非常に多くの種類の分子を非常に良い収率にて生成することを可能にする。反応器Ｒ２の大きさを考慮すると、当該装置は精製化学製品の合成に最適である。反応器Ｒ２の大きさは一定の最大値を超えることはできない。これは、ピストン型反応器における熱輸送及び／又は物質輸送に限界があるからである。反応器Ｒ２は、ホスゲン生成の不規則性を吸収することができる。このような不規則性は、特に、工程が開始されるときに、定常状態が実現する前に起こりうる。
【０１１９】
（例）
本発明について、以下に例１〜３により説明する。これらは、本発明を限定するものではない。例１は、本発明の範囲に含まれない化学反応に関係しているが、これをピストン型反応器のパラメータｋLを決定するために使用可能な実験手順を説明するために、ここで用いている。例２及び３は、典型的な二つの反応を説明している。
【０１２０】
（例１）
これは、反応器のパラメータｋLを決定するために使用できる実験方法である。
【０１２１】
積ｋLａは、よく知られた化学反応、つまり、ニトロベンゼンを接触水素化によってアニリンにする反応（Ｐｈ−ＮＯ2 ＋ ３Ｈ2 → Ｐｈ−ＮＨ2 ＋ ２Ｈ2Ｏ、ただしＰｈはフェニル基を示す）に基づいて反応器ごとに決定される。この反応は、溶媒無しに液相にて、初期圧力が２気圧の純粋な水素を気相として行われる。触媒は、重量で５％のパラジウムを含む炭素粉末（等価球径は約５０μｍ）である。触媒の質量濃度は２．５ｇ／ｌであり、水素化は常温にて行われる。クォーツ圧力計により、水素圧力を時間と共に計測できる。反応器は二重外装を有しており、当該二重外装内に温度制御された水が循環されることによって反応温度を一定に保つことができる。最初、攪拌すること無しに反応器が窒素圧力下に保持され、その後水素によってパージされる。２気圧の水素圧力下にて攪拌を開始し、水素圧力の低下を測定する。圧力が０．５気圧に低下するまで反応を進行させる。その後、攪拌を停止し、装置を水素によって再加圧し、十分後に異なる攪拌速度において測定を繰り返す。行われたテスト毎に、水素圧力の低下を指数法則に従って記録する。つまり、ｌｎＰH2／Ｐ0＝ｆ（ｔ）を描くことにより直線をプロットし、その傾きから積αｋappを得ることができる。攪拌速度に対してこの積αｋappに変化がプロットされた場合、漸近的特性が観測される。攪拌速度が小さい場合には、見かけのコンダクタンスは攪拌速度に応じて上昇し、これは、見かけ反応速度が気−液間の輸送に律速されていることを示唆する。攪拌速度が高い場合、平坦域が達成され、これは、輸送が、化学反応の速度、又は、液−固の物質輸送の速度に律速されていることを示唆する。αｋapp＝ｆ（攪拌速度）の曲線を用いると、輸送コンダクタンス（transfer conductance）の値を見積もることができる。
【０１２２】
このようなことが、ｋLａの決定についての理論的な基礎である。
【０１２３】
液相における水素の蓄積を無視すると、閉じられた反応器における水素の消失流束（hydrogen disappearance flux）は、次のように定められる。
【０１２４】
【数９】
2013541533.tif 000024
【０１２５】
ここで、φH2は特性水素消失流束（specific hydrogen disappearance flux）である。この流束は、反応速度又は移動流束を示すように表現することができる。
【０１２６】
【数１０】
2013541533.tif 000025
【０１２７】
ｒvは体積水素反応速度（volumetric hydrogenation reaction rate）、αは反応器における固体物残留時間（overall hydrogen transfer conductance）、（ＫH2ａ）globalは気相から触媒表面に対する総水素輸送コンダクタンス（overall hydrogen transfer conductance）である。
【０１２８】
触媒の体積とニトロベンゼン密度はテスト中において不変量であると考えると、反応速度は、水素濃度に対する一次速度則により表すことができる。つまり、
【０１２９】
【数１１】
2013541533.tif 000026
【０１３０】
となる。
【０１３１】
気相が純粋な水素であるとき、総輸送コンダクタンスは、気−液及び液−固の部分コンダクタンスの関数として表すことができ、次のようになる：
【０１３２】
【数１２】
2013541533.tif 000027
【０１３３】
ここで、ａsは固体の比表面積であり、ａLGは気−液の比界面積である。反応速度論（chemical kinetics）及び動力学（physical kinetics）による表現を組み合わせると、反応器の特性水素消失流束は次のように表される：
【０１３４】
【数１３】
2013541533.tif 000028
【０１３５】
ここで、αｋappは見かけのコンダクタンスであって、反応速度論による律速を構成すると共に、動力学による律速も構成する。
【０１３６】
【数１４】
2013541533.tif 000029
【０１３７】
（５）を（１）に代入すると、下記が得られる：
【０１３８】
【数１５】
2013541533.tif 000030
【０１３９】
これを積分すると、次のようになる。
【０１４０】
【数１６】
2013541533.tif 000031
【０１４１】
閉鎖系における水素圧力の変化を解釈することにより、系の見かけのコンダクタンスを決定することができる。後者により、気−液間輸送コンダクタンスの値を決定することができる。
【０１４２】
（例２）
第１の反応器Ｒ１において、流束８．０ｇ／分（つまり、０．１１３mol／分）のＣｌ2と、３．３ｇ／分（つまり、０．１１８mol／分）のＣＯ（ＣＯ／Ｃｌ2のモル比約１．０５０に対応する）が、本発明の反応器にて反応する。第１の反応器を出る流束は、１１．１ｇ／分のホスゲンと、過剰の０．２ｇ／ｌのＣＯを含む。８時間の安定した状態の運転において、５．４ｋｇのホスゲンが、３．８ｋｇのＣｌ2と１．７ｋｇのＣＯとから生成され、０．１ｋｇの過剰のＣＯが回収される。
【０１４３】
第２の反応器Ｒ２内において、第１の反応器Ｒ１にて生成された流束１１．１ｇ／分（つまり、０．１１３mol／分）のホスゲンが、２８．１ｇ／分（つまり、０．４１２mol／分）のイミダゾールの酢酸エチル溶液と反応する（イミダゾール／ＣＯＣｌ2のモル比約４．０に対応する）。この溶液は、連続した流束としてとして第２の反応器に導入される。反応器に導入される溶液は６０℃から６５℃である。反応自体は、７５℃から８０℃にて行われる。反応器を出る溶液は、３５℃から４０℃に保たれた槽に集められる。反応中、白い沈殿、１７．３ｇ／分のイミダゾール塩酸塩が生じる。この後、バッチ工程により、１３．４ｇ／分の１，１’−カルボニルイミダゾールを回収する。
【０１４４】
８時間の反応により、約５．４ｋｇのホスゲン、１３．５ｋｇのイミダゾール及び７２．９ｋｇの酢酸エチル溶媒が消費される。
【０１４５】
反応器の滞留時間Ｔsは、０．７分と計算される。
【０１４６】
反応のスキームは以下の通りである。
【０１４７】
【化１５】
2013541533.tif 000032
【０１４８】
（例３）
第１の反応器Ｒ１において、流束９．０ｇ／分（つまり、０．１２７mol／分）のＣｌ2と、３．７ｇ／分（つまり、０．１３３mol／分）のＣＯ（ＣＯ／Ｃｌ2のモル比約１．０５０に対応する）が、本発明の半導体装置中にて反応する。第１の反応器を出る流束は、１２．５ｇ／分のホスゲンと、０．２ｇ／ｌの過剰のＣＯを含む。８時間の安定した状態の運転において、６．０ｋｇのホスゲンが、４．３ｋｇのＣｌ2と１．８ｋｇのＣＯとから生成され、０．１ｋｇの過剰のＣＯが回収される。
【０１４９】
第２の反応器Ｒ２内において、第１の反応器Ｒ１にて生成された流束１２．５ｇ／分（つまり、０．１３３mol／分）のホスゲンが、２４５．１ｇ／分のＣＨ2Ｃｌ2及び１８．８ｇ／ｌ（つまり、０．２５７mol／分）のジメチルホルムアミド（ＤＭＦ、ＣＡＳ番号68-12-2）を含む液相と反応する。ＤＭＦに対して重量で７．１％であり、連続した流束として第２の反応器Ｒ２に導入される（ＤＭＦ／ＣＯＣｌ2のモル比約２に対応する）。反応器に導入される溶液は、−５℃から５℃である。反応自体は、０℃から５℃にて行われる。反応器を出る溶液は、０℃から５℃に保たれた槽に集められる。反応中、１６．３ｇ／分の（クロロメチレン）ジメチルイミニウムクロリド（一般にヴィルスマイヤー試薬呼ばれる。ＣＡＳ番号3724-43-4）が生じる。二酸化炭素の発生量は５．６ｇ／分である。この後、バッチ工程により、（クロロメチレン）ジメチルイミニウムクロリドを回収する。
【０１５０】
８時間の反応により、約６ｋｇのホスゲン、約９．０ｋｇのＤＭＦ及び１１７．７ｋｇの溶媒ＣＨ2Ｃｌ2が消費される。
【０１５１】
反応器の滞留時間Ｔsは、０．６分と計算される。
【０１５２】
反応のスキームは以下の通りである。
【０１５３】
【化１６】
2013541533.tif 000033
【０１５４】
（例４）
第１の反応器Ｒ１において、流束４８．６ｇ／分（つまり、０．６８６mol／分）のＣｌ2と、２０．０ｇ／分（つまり、０．７１８mol／分）のＣＯ（ＣＯ／Ｃｌ2のモル比約１．０５０に対応する）が、本発明の反応器にて反応する。第１の反応器Ｒ１を出る流束は、６７．５ｇ／分のホスゲンと、０．２ｇ／ｌの過剰のＣＯを含む。８時間の安定した状態の運転において、３２．４ｋｇのホスゲンが、２３．２ｋｇのＣｌ2と９．７ｋｇのＣＯとから生成され、０．５ｋｇの過剰のＣＯが回収される。
【０１５５】
第２の反応器Ｒ２において、第１の反応器Ｒ１にて生成された流束６７．５ｇ／分（つまり、０．６７４mol／分）のトルエン中のシクロヘキサノールと反応する。これは、連続した流束として導入される。当該溶液は、１０℃から４０℃の間の温度にて導入される。第２の反応器Ｒ２の反応温度は、１５℃から４５℃に維持される。溶液は、モル等量のトリエチルアミン（ＴＥＡ）を含み、生成されるＨＣｌが捕獲されるようになっている。また、このＴＥＡは、第２の反応器の出口において物質の流束を受け入れる槽にも含ませている。反応生成物、つまりシクロヘキシルクロロホルマート（ＣＡＳ番号13248-54-9）、を含む溶液は、反応器Ｒ２の出口において、３０℃程度に保たれた槽に集められる。洗浄及び抽出により、シクロヘキシルクロロホルマートを単離することができる。更に、要求される品質に応じて蒸留により純度を上げることができる。８時間の反応により、３２ｋｇのホスゲンが消費され、１２．３ｋｇのシクロヘキシルクロロホルマートが生成される。
【０１５６】
反応のスキームは以下の通りである。
【０１５７】
【化１７】
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【国際調査報告】
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