フローリアクター技術で実現するスケーラブルな光・電気化学 Hannes
Gemoets, CTO - Creaflow
2022年9⽉28⽇｜第13回 産業応⽤のための連続フローリアクタ技術｜
オーストリア、グラーツ© by Creaflow BV | Confidential and Proprietary

Creaflow

MTKgg

スケーラブルなリアクター
ソリューションの提供

COSTA™ テクノロジーをベースに

2

市場向け
ライフサイエンス
スペシャリティケミカル© by Creaflow BV | Confidential and Proprietary

COSTA™ テクノロジー
動作原理について
リニアプレートフローリアクターでの連続処理
振動フローレジーム
プロセスチャネルに配置されたスタティックミキシングエレメント

完全なプロセス制御

組⽴式ユニット
モジュラー

単⼀技術によるスケールアップ戦略

特許 WO2019/224376 A1（フローリアクターおよびその使⽤）
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COSTA™ テクノロジー
優れたプロセス制御
低流量ミキシング

純流量に依存しない強力で調整可能なミキシング

温度制御

プロセス流路の下に熱交換器を一体化したシステム

プラグフロープロファイル

振動流の重ね合わせにより、放物線状の境界層が排除されます

ポンプ パルセーター
単位フローリアクター
COSTA™ テクノロジーを基にして構築

Feed vessel

BPR

回収容器
4

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COSTA™ テクノロジー
組⽴式ユニット モジュール式
ウインドウズ…
アクティベーションソース

“Thinkfor Process Chemists!”

PROCESS INLAYS

⼊出⼒ポート
加熱・冷却ダクト

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COSTA™ テクノロジー
単⼀技術でのスケールアップ戦略
線形スケーラビリティ

市場投⼊までの最短期間反応路を広げても、他のプロセスパラメータに影響を与えない単一サイクルでのスケールアップにより、商業生産に向けたプロセスを迅速化…

研究開発
mg/h – g/d

3x30x

プロセス開発パイロット版＆プロダクション

g/h – kg/dkg/h – multi-MT/y6© by Creaflow BV | Confidential and Proprietary難解な化学を解き明かす
COSTA™ テクノロジー

光化学
 スケーラブルなUV・VIS光化学反応
 効率的な光量子利用
 長時間露光プロセス

電気化学
 物質移動の強化（最大4倍）
 シングルパスオペレーション
 防汚・不動態化

7多相化学
 サスペンションの効果的な取り扱い
 試薬の連続投与
 スルーウィンドウモニタリング© by Creaflow BV | Confidential and Proprietary

製品ポートフォリオ
電気化学

多相化学

スケール

光化学

パイロット版＆プロダクション
kg/h – マルチ-MT/yPILOTEC® HANU™ HX 150

HANU™ HX 150

プロセス
開発
g/h – kg/d

HANU™ 2X 15
MPDS®EVO photoLAB HANU™ 2X 15

研究開発
mg/h – g/d

L-L

S-LHANU™ 2X 5
HANU™ PX 9
HANU™ 2X 5
MPDS®BASIC photoLAB

G-L

FAVO™ 5GALI™ 2X 58

化学分野© by Creaflow BV | Confidential and Proprietary

HANU ™ PX 9 パラレルフォトリアクター
光化学のためのマルチバイアルスクリーニング装置••

10mLバイアルを最大9本まで並列接続可能
バッチを HANU™ Flow Reactor へのシームレスな移行が可能

完全な温度制御••-20 °C～+80°C
熱媒体システム

独自の攪拌機不要の混合技術•••

振動台（マグネットスターリングバーなし）
バイアルの均一な混合（位置に依存しない）
要求の厳しいスラリー混合物の取り扱いに対応した設計

交換可能な照射モジュール•••

複数の波長オプション 365～625nm
バイアルごとにオンデマンドで照射可能
光量調整可能9© by Creaflow BV | Confidential and Proprietary温度制御

HANU™ PX 9パラレルフォトリアクター

市販の様々なパラレルフォトリアクターでの反応中の実測温度。開始条件と設定温度は室温。

Svejstrup, T. D.; König, B. ChemPhotoChem 2021, 5 (9), 808–814; Semenakh, T.; Diprima, D.; Gemoets, H.P.L.; Van Aken, K. 2022, https://www.creaflow.be/application-notes
10© by Creaflow BV | Confidential and Proprietary

温度制御

HANU™ PX 9パラレルフォトリアクター
市販のパラレルフォトリアクターとの比較検討 Outstanding
温度制御 (± 0.2 - 0.6 ℃ )5℃、25℃、40℃、60℃での長時間動作時間
温度による悪影響の可能性を明らかにする信頼性の高いデータ
HANU™ PX 9パラレルフォトリアクターの温度実測値

T. Semenakh, D. Diprima, H.P.L. Gemoets, K. Van Aken 2022, https://www.creaflow.be/application-notes
11© by Creaflow BV | Confidential and Proprietary

HANU™ フローリアクター
スケーラブルな光化学のための究極のツールボックス
ラボから⽣産規模まで
5mL – 15mL – 150 mL

照射源
••
•
•

拡張T/p範囲
最大150℃/25bar

静⽌型
ミキシングエレメントの構成

2x2

交換可能なLED
波長：365～625 nm
輝度調整可能ATEX認証取得済み

プロセスインレイと⼊⼝/出⼝端⼦
• 金属
• 非金属
• コーティング

1x1
12

SS 316L, HC276, Tigr2, E-Cu, PTFE, PEEK, SiC, etc.

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GALI™ 2X 5 モジュール
HANU™ 2X 5 フローリアクター連続⽤ GAs-LIquid モジュール
ガス試薬の投⼊
スケーラブルな技術

反応チャネル
ガス透過型スタティック
ミキサー

ガス注⼊⼝
ガスの流れ

液体⼊⼝

アプリケーション• 好気性（光）酸化• ⽔素化反応• etc.
13

ガスチャンバー© by Creaflow BV | Confidential and Proprietary不均⼀系光化学振動プラグフロー型光リアクターによる半均質デュアルニッケル/窒化炭素光触媒C-Nカップリン
グの実現
C. O. Kappeら、React. Chem. Eng., 2020, 5, 597-604 (オープンアクセス)
金属を含まない半導体光触媒
パルセーターでサスペンションを維持
触媒を10回リサイクル
2.7g/hのアリールアミンを合成

振動プラグフロー型光反応器を⽤いた異種塩基によるIr/Niフォトレドックス⼆重触媒反応
W. Debrouwerら、Org. Process. Res. Dev. 2020, 24, 2319-2325
MacMillanメタラフォトードックスカップリング
mLバッチからスケーラブルフロー手順への移行に成功
無機ベーススラリーのフロー処理

14© by Creaflow BV | Confidential and Proprietary光化学脱離振動流リアクターを⽤いた医薬関連ベンゾピランの光脱離反応
C.O. Kappeら、Chem. - Eur. J., 2022, doi:10.1002/chem.202200741

フローフォトリアクターを用いた初のCIDTプロセス
4時間フローと24時間バッチの比較で>96%ee。
スケーラブルで高収率な手順

15© by Creaflow BV | Confidential and Proprietaryミセル・⾼分⼦化学
振動プラグフローリアクターによる⽔系ミセル条件下での連続フロー不均⼀系触媒による還元的アミノ化反応
S. B. Ötvös et al. Green Chem., 2021, 23, 5625-5632

フローにおけるスケーラブルなミセル化学
溶媒としての水マルチグラム／時間の生産性

⾮従来型振動プラグフロー反応器を⽤いた完全バイオベース・トリブロック・コポリマーの⽣成
Pitet L.M. et al.Polym. Chem., 2022, https://doi.org/10.1039/D2PY00600F

複雑なABA型トリブロックコポリマーの流動場での合成狭まった滞留時間分布
マルチグラム合成プロトコル16© by Creaflow BV | Confidential and ProprietaryFAVO™フローリアクター
電気化学 - 最先端の技術を超えて統合温度制御-20 to +150°C

複数のセル構成
フラットトップ

2 - コーム

⾼圧⽤途
最大25barg

静⽌型ミキシング
エレメントの構成

2x2

インサート

未分割セル
分割セル

電極インレイの材料構成が豊富

1x1
17ウインドウ

グラファイト（含浸）ステンレススチール
チタン
プラチナメッキニッケル
コーティング可能© by Creaflow BV | Confidential and Proprietary

物質移動の強化
物質移動限定領域を決定するための電流制限実験

電流密度 [A/cm2]

Fe CN 6 −4 ⇌ Fe CN 6 −3 + e−
Ilim
km =n 𝐴𝐴 F Cbulk

Ilim = 制限電流n = 電子量A = 露出電極表面積
F = 96 485 C/mol (ファラデー定数)
Cbulk = バルクの濃度

I𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙
電流は拡散制限(物質移動制限)

スタート
電位の関数として電流が増加する

電圧 [V]18© by Creaflow BV | Confidential and Proprietary

物質移動の強化

物質移動限定領域を決定するための電流制限実験
Fe CN 6 −4 ⇌ Fe CN 6 −3 + e−
Ilim
km =n 𝐴𝐴 F C∞

Ilim = 制限電流n = 電子量A = 露出電極表面積
F = 96 485 C/mol (ファラデー定数)
Cbulk = バルクの濃度

2つのコームセル構成

未分割セル
グラファイト電極

FAVO 5フローリアクター試作機（v1.0）
M. Vranckaert, H.P.L. Gemoets, R. Dangreau, K. Van Aken, T. Breugelmans, J. Hereijgers 2022 (paper submitted)
19© by Creaflow BV | Confidential and Proprietary

物質移動の強化

物質移動限定領域を決定するための電流制限実験
Fe CN 6 −4 ⇌ Fe CN 6 −3 + e−

COSTA™ テクノロジー+ピラーアレイ電極

パルセーション

ピラーアレイ電極

平⾯電極+乱流促進装置
パルス周波数2.1Hz、パルス振幅を変化させた極限電流密度曲線、流速5mL/min

平⾯電極

M. Vranckaert, H.P.L. Gemoets, R. Dangreau, K. Van Aken, T. Breugelmans, J. Hereijgers 2022 (paper submitted)
20© by Creaflow BV | Confidential and ProprietaryN-ホルミル-ピロリジンのメトキシル化
庄野酸化Two-Comb

流量[mL.min-1]

RT[min]電流[mA]

1,12

3 分50 秒360

132

3,6202,24

1 分 55 秒

720

272

3,920

3,36

1 分 17 秒

1080

4024,820

電流密度 ファラデー 電圧[mA.cm-2] [equiv.](V)

aCOSTA™の設定（振幅︓30％、周波数︓3Hz）

T°[C]

COSTA™, aOFF
ONOFFON
OFF
ON

変換
23[%]
[%]
[%]
75%
+7% 60% +22% 4%
80%
73%
3%
61%
46%
6%
+ 26%
+37%
77%
63%
3%
59%
49%
6%
+33%
+25%
74%
65%
3%

COSTA™ テクノロジー

21© by Creaflow BV | Confidential and Proprietary

デュアルパルステクノロジー

電気化学の最適化における真のパラダイムシフト

物質移動の究極のコントロール フ

Ultimate mass transfer control!

ロー＆ボルテージパルセーションにより、電気化学プロセスの優れた最適化が可能

定常状態での最適化エンドポイント

スタート地点=COSTA™でxx% 収率"電気化学プロセスの真のポテンシャルを引き出す"22© by Creaflow BV | Confidential and Proprietary電気化学 - ブラックボックスはもういらない!
挿入されたセルの構成"初めて⾒る電気化学フローセル"
透明なウィンドウ

アプリケーション• 目視によるモニタリング（ガスバブル、パーティクルなど）• スルーウインドウPAT方式• フローにおけるスケーラブルな光電気化学の実現

e.g., ステンレススチール

e.g., グラファイト

電極の接続

23

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Alexander Peschl
Turnkey systems

Ansgar Brieden
Photoreactor Sales AgentProf C. Oliver Kappe
Flow ChemistryProf. Timothy NoëlFlow photochemistryProf. Tom Breugelmans
Flow electrochemistry

Bert Metten
GMP and pilot

Dirk Vandeynse
PhotochemistryProf. Simon Kuhn
CFD modelling

Prof. Zacharias Amara
Flow photochemistryProf. Louis Pitet
Flow polymerizations

24© by Creaflow BV | Confidential and Proprietaryお問い合わせ先
For inquiries about HANU™ & FAVO™ Flow Reactors
Hannes Gemoets
Creaflow B.V.
hgemoets@creaflow.be+32 492 50 80 61
www.creaflow.be

For inquiries about integrated photoreactor systems
Ansgar Brieden
Peschl Ultraviolet GmbHa.brieden@peschl-ultraviolet.com+49 160 9791 9039
www.photoreactors.com

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