No. 133 December 1 2019

触媒懇談会ニュース
触媒学会シニア懇談会

ものづくりの武器にすべき FLOW 技術
中條哲夫
FLOW に関して誤解がある

それでは狭い反応条件はどのようにして制石油化学では当たり前に使っている。バ御するのか。チューブ反応器やチップデバ

ッチ反応からフローに切り替えただけならイスなら反応温度分布を狭くできる。

何が新しいのか？プロセスよりも触媒に興

それは実験室の話。実用化は無理。確かに味があるから無縁だ。触媒寿命あるのか？

多くの課題を抱えているのは事実。それでFLOW には種々の抵抗感があるようだ。

もスケールアップの取り組みもあった。

FLOW とは精密反応条件制御手法だ１）

パイロット規模の取り組み２）

実験室での合成も、製造業の「ものづくドイツ政府の支援を受けて過酸化水素をり」にも FLOW 技術は適している。その優気化させてプロピレンをマイクロリアクタ位性は下図に表した様に反応条件を極めてーで反応させるプロジェクト（DEMiS）が狭い範囲に制御し得るからである。

期間限定で実施された。課題は山積しているが第１マイルストーンは達成した。

図１ ΔＧの差を優位に制御する。
（説明）Ｐ１目的生成物、Ｐ２副生物で反応条件例えば温度は ΔＧ２を越えない様に設定出来れば目的物Ｐ１を選択的につくれる。

1

マイクロリアクターを使いこなしている。

での物質移動は界面が律速になる場合が多もう少しエンジニアリング的に考える 3)い。体積当たりの界面の面積はマイクロリ

発熱反応の場合が多い。その場合、反応のアクターが有利になる。

持つエンタルピーと反応速度（半減期で表している。）を考え、除熱する為の伝熱面積をマイクロリアクターの内径で表し工業化が可能か否かを判断する材料としている。
その典型的な反応例をエンタルピーと半減期でプロットしたのが下図。
典型的な例は有機金属反応の例が良く目につく。混合拡散と他の条件も絡むので、滞留時間制御の項で紹介する。
液液系の２相系でも実施の例が多く、加水分解系もその一つ。更には相間移動触媒を用いた、フェノールやチオフェノールのベンジル化反応でも界面を大きくし物質移動の律速を外して収率を高める。マイクロリアクターの特徴が出ている。
左の方は半減期が短く（反応速度が速い）、上の方はエンタルピー（発熱量）が大きい。

バッチ収率 26% vs フロー収率>99%

左上に位置する反応は除熱が困難になる。

t=2 min

TBAB(相関移動触媒)0.2mol%

マイクロリアクターの内径 500μm 以下は、工業化には向かないとコメントがある。

滞留時間を精密に制御する工夫によっては可能かもしれない。

クロルヒドリンを合成する場合、リチウム逆に中央から右下は適用し易い反応タイクロルメチレン(Li-CH2-Cl)を使う。

プである。
反応が速い場合の注意点：混合
上述した推奨される反応でも比較的反応が速い場合、Da(Damkoehler number)と言う混合速度と反応速度の比が重要である。
十分に混合（拡散）しないうちに反応が進行滞留時間と反応温度を最適化するが、バッすると副生物が生じやすくなる。混合、拡散

チ反応では－40℃では中間体がカルベンにという意味では２相系（例えば気体と液体）分解し目的物は取れない。フローだと最適
2

滞留時間 0.31 秒で 98%の収率を得た。
中間体の利用（１）反応性中間体
抗うつ病薬アミトリプチリンの原料ジベンゾスベロン合成
ジアゾメタンやホスゲン等は貯蔵には安全上好ましくない。これらの原料を合成しながらそのまま次の反応へ利用するには、連続多段反応であるフローが適している。
ジベンゾスベロン(Dibenzosuberone)を光反応などとの組み合わせ

ジブロモ体からウルツ型(Wurtz-type)反応

光の透過性の観点から、反応する原料はで中間体を得て、即炭酸ガス CO2 と反応さ細管を流れている方が好ましい。盛んに研せ目的物環状ケトンを得ている。バッチ反究がなされている。超音波や電極反応との応では多段の反応時間だけでも約 12 時間、組み合わせも紹介されている。

一方フローではわずか 33 秒である。
ジブロム体と n-ブチルリチウムを―50℃フロー反応に＋アルファーで反応させ、Wurtz 型カップリング中間体大環状環化反応の例が得られる。そのまま室温で炭酸ガスと反香料などに有用な大環状化合物を、グレ応させる。
更に n-BuLi を追添して収率 76%ーサー反応を用いてフロー合成している。

で環状ケトンを得た。全系は 5.2 bar。

最終目的物アミトリプチリンは原料環状ケトンとグリニア試薬(原料)を低温で反応。
生成したアルコール生成物は充填カラム(210℃/36 秒)を用い最終目的物を 71%収率で得られている。これは連続２段反応で実施している。
従来、大環状環化反応は分子間反応のオリ中間体の利用（２）特殊原料合成即反応

ゴメリゼーションを阻止するため、ゆっく3

り滴下するか低濃度で反応させる。それにイクロ特殊 T 字管で達成できる場合がある。

対して、親水性溶媒に塩化銅触媒、親油性溶

2)多相系の場合、物質移動が重要であり界媒に原料の両末端ジインを仕込み、反応さ面を大きく取って生産性を向上出来る。

せた。２相系で、界面にある触媒との接触で3)滞留時間の制御は最適温度に連動する。

反応するので、高濃度で反応させても分子選択性向上に有効。更に、反応性中間体の発間反応（オリゴメリゼーション）は極度に抑生と続く反応方式への展開は、まだまだ開制される。一方反応速度が落ちるが、界面を拓の余地があると思われる。

大きく取れるフローで反応性を向上させる。

4)フローの中で＋アルファーの工夫で広がフローの特徴を活かし、更なる工夫（触媒りを持たせると期待している。と基質・生成物の分離。界面での触媒反応）

石油化学で慣れ親しんだ研究開発者にも、をプラスして目的を達成している。

従来のプロセスに留まらず、幅広く自由に設計し全体を最適化するフローに一歩踏み反応が遅い場合出せばと思うのだが。触媒に関しても従来高温高圧反応が推奨されている。紙面の型に拘る必要はない。マイクロリアクター

関係上項目を列挙するとそのものが触媒になる研究もある。copper＜100℃

溶解度の高い低沸点溶媒活用

coil reactor で溶解した銅が反応している様

Schmidt 反応

で課題はあるが興味深い。一方、石油化学の(ArCOOH ⇒ ArNH2)

既存プロセスを置き換える手法ではない。

ニトリルから一気にカルボン酸まで加水分解(＊表下説明)

石油化学周辺に付加価値をつけ、またファ100~200℃

インケミカルの合理的な合成法として、魅環化複素環の合成力ある手法ではないかと期待している。

Diels-Alder 反応など
＞200℃

課題は山積。例えば激しい条件変更には複素環の置換反応接続部に苦労するなど新たな課題が出てく

DMF,DMC,CH3CN など溶媒る。具体的ターゲットに着実に解決策を積でもあり反応試薬み上げて我々の技術に仕上げて行きたい。

DA 反応から複素環合成(＊)アミノニトリルの加水分解の例

参考文献

R-(CN)NH2 ⇒ R-(COOH)NH21) Chem. Rev. 2017, 117, 11796-11893

バッチ反応では数時間～数日かかる。

大部分はこの総説から抜粋。実験化学者へ

フロー反応(110℃/37 分)で 100%目的物。の解説啓蒙書。工業的見地からの記載ではないと筆者らは明言している。

まとめ2)Chem. Eng. Technol. 2005, 28, No.4,

色々主にマイクロフローの特性を活かし459-464 国家 PJ の報告た反応例を示した。有機合成的で、工業的な

3) Org. Process Res. Dev. 2016, 20, 487-

視点から遠いと感じるかもしれない。しかしながら反応面では興味深い手法に思える。
1)高速攪拌でも得られない混合状態が、マ4494

化学者に対して最低限のエンジニア的考え方を示している。

（日付）2019 年 10 月 31 日5