[スポンサーリンク]

一般的な話題

Micro Flow Reactor ~革新反応器の世界~ (入門編)

[スポンサーリンク]

Tshozoです。

ケムステではこれまでに何度かフロー合成(1, 2)に関して記載がありましたが、今回はもう少し初歩的なところを出発点に書いてみようと思います。お付き合いください。(冒頭図はこちらの論文より)

フロー合成・マイクロリアクターの概要

フロー合成法をざっくり定義すると、「連続的な流れ場において化学反応を進行させ、目的物を合成する方法」のことです。その中でもマイクロリアクターは、より狭い場での反応を利用し、目的物を合成する反応器になります。

FC_09

フローリアクター(左)・マイクロリアクター(右)の例
こちらの資料より引用

なお、これまでの化学界ではバッチ合成が主流。基本はお料理です。素材を順序と火加減を決めてでっかい鍋で煮て、蓋を開けて取り出して、洗って生成物を取り出す。終わったら次のカレー原料を仕込む、というような流れ。これらは条件さえ決まればドカッと楽に目的物が合成出来るうえ、大概の場合装置が安いため、スケールアップのノウハウさえあれば量産化もそれなりに出来るというメリットがありました。

一方、フロー合成。実例が無かったわけではありません。たとえばハーバー・ボッシュ法。ハーバーと助手のル・ロシニョールが創り上げた反応器はまさにフロー合成・フローリアクターのはしりであり、その原型は100年以上も前に萌芽していたわけです。その他、石油化学に近いところやPP、PEといったMass Chemical、つまりプラント稼働率をとにかく上げてコスト競争力を持たせたいようなケースでもフロー合成は使われています。

FC_04

アンモニア合成器 レプリカ(BASFの資料より引用)
ハーバーが行ったこの装置のデモをBASFのミタッシュが見とどけた

ですが上記は比較的単純な構成のものが生成物であり、最終物が医薬品や精密合成品の分野では今なおバッチ合成が主流であることは否めません。上記の理由に加えて鍋があればカレーもシチューも豚汁も作れるように、いろんな反応に適用できるし、掃除がしやすいし、とりあえず混ぜときゃ収率はともかくだいたい大量に合成できることが大きなメリットであることは言うまでもないでしょう。

バッチからフロー、さらにマイクロへ

しかし、精密合成・反応制御と言いながらいつまでも鍋で煮てていいのか、ってことで2002年あたりからフロー合成の機運はこんな感じで高まっています↓。今回取り上げるのはそのうち「マイクロリアクター」をツールとして用いるものです。

FC_02
特にマイクロリアクターの論文数伸びがすごい こちらから引用

・・・言葉で書いててもアレなので、ざっくり下記のようなものを載せてみます。

FC_07

こういう小型のものから・・・

FC_06

こういう大型の多連化したものまである(上の写真が流路、下のが組上げたもの)
実際にこれらの装置を利用して合成される市販薬品類がそこそこある模様
いずれもこちらの資料より引用

欧州ではこうしたマイクロフロー合成装置の開発が盛んなようで、グラーツ工科大学、アイデンホーベン大学などで化学企業と組んでの研究が盛んに行われているとのこと。日本でも市販品としてYMC社、中村超硬社、テクニスコ社等が販売しています。

で、こうした反応器や手法の何がうれしいのか。色々な資料に様々に記述されていますが、たとえばオランダ最大の化学会社、DSM(元オランダ石炭公社)が提唱する「フロー合成」のメリットは、下記4点にまとめられています。

① 苛烈な条件でも安全に反応させられること (Safe use of extreme reaction conditions)
② 開発期間の短縮 (Reduced development time)
③ 反応制御性の向上 (Improved process control)
④ 製造コストの低減 (Reduced production costs)

さらに「マイクロ」フローリアクターとなると、反応部をより狭い空間に閉じ込めてその制御をより精密に行うことを狙ったものになり、そのような研究論文はこれまでにも多く登場しております。

今後の展開

マイクロフロー合成はそれぞれの個別反応を細かく制御出来ることが持ち味です。こうした個別反応を開発することもそうなのですが、最終的にはこれらの反応器を多数含むリアクターとして、「モジュール化」が進むような気がしています。そうだとすると、反応 ルートマップでマイルストーン的な反応物があって、それに従った反応モジュールが出来、そのモジュールの組み合わせだけで所望の医薬品や精密合成品が出来ていく、という夢のような反応器が出来上がっていくことになりそうなのですが・・・。

FC_10

たとえばこんな感じで複雑な反応も原理的には組上げられる
こちらの論文より引用

ただフロー合成最大の懸念は“詰まり”Constriction/Cloggingと呼ばれる現象で、生成物がキチンと溶媒にとけてくれればいいのですが、例えば下記のように固形物が出てくるようなケースだとこれは難儀です。

FC_05

たとえばこの単純な反応でも反応壁に析出しようもんなら
圧損がガンガン上がり最終的にはドン詰まりになってしまう(リンクこちら)

そのほか、ちょっとしたチリでも原料やプロセスに入ったり生成してしまうと詰まって全部止まってしまうわけで。もちろん手前にフィルタかますとかメインポイントでバイパスするとかパラレル化するとかのやり方で色々対応することが出来るでしょうが、管理的にはなかなか難儀な問題となりそうな。ここらへんもどう技術的に目途をつけていくか、非常に興味のあるところであります。素人の思いつきレベルでは、詰まりに対して超音波を定期的に当てるとかどうかな、と思ったりしましたが既にそういう技術あるんですね、はい。実際にChemtrex社などそこらへん解決して大量合成を実証してるようですから、今までできなかった反応等を進められるツールとしての発展は益々進んでいくことでしょう。

 

参考文献

・”PI Technology Update on Microreactors”  リンクこちら
・”Microreactors in Discovery and Development” リンクこちら
・”Microreactors and Microfluidic Cells in Organic Synthesis” リンクこちら
・”The past, present and potential for microfluidic reactor technology in chemical synthesis” リンクこちら

関連書籍

[amazonjs asin=”4759814175″ locale=”JP” title=”フロー・マイクロ合成: 基礎から実際の合成・製造まで (DOJIN ACADEMIC SERIES)”][amazonjs asin=”4946553320″ locale=”JP” title=”マイクロリアクタ入門”][amazonjs asin=”4781305873″ locale=”JP” title=”マイクロリアクター技術の最前線 (ファインケミカルシリーズ)”]

関連記事

  1. ポンコツ博士の海外奮闘録XIX ~博士,日本を堪能する①~
  2. 第18回日本化学連合シンポジウム「社会実装を実現する化学人材創出…
  3. 未来の化学者たちに夢を
  4. TLCと反応の追跡
  5. オンライン講演会に参加してみた~学部生の挑戦記録~
  6. ノーベル化学賞を担った若き開拓者達
  7. ポンコツ博士の海外奮闘録 〜留学サバイバルTips〜
  8. 有望な若手研究者を発掘ー研究者探索サービス「JDream Exp…

注目情報

ピックアップ記事

  1. インタラクティブ物質科学・カデットプログラム第一回国際シンポジウム
  2. ファイザーがワイスを買収
  3. 「ヨーロッパで修士号と博士号を取得する」 ―ETH Zürichより―
  4. 育て!燃料電池を担う子供たち
  5. 分子糊 モレキュラーグルー (Molecular Glue)
  6. ナノグラムの油状試料もなんのその!結晶に封じて分子構造を一発解析!
  7. ビス(トリシクロヘキシルホスフィン)ニッケル(II)ジクロリド : Bis(tricyclohexylphosphine)nickel(II) Dichloride
  8. 乙卯研究所【急募】 有機合成化学分野(研究テーマは自由)の研究員募集
  9. ナノってなんナノ?~日本発の極小材料を集めてみました~
  10. 「低分子医薬品とタンパク質の相互作用の研究」Harvard大学 Woo研より

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2016年6月
月 火 水 木 金 土 日
 12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
27282930  

注目情報

最新記事

光前駆体法の活用によって、ヘプタセンで初の一重項分裂を観測!

第725回のスポットライトリサーチは、京都大学大学院 理学研究科化学専攻 有機元素化学研究室(山田研…

【スタッフ・寄稿募集】Chem-Stationで、化学を「伝える側」になりませんか?

Chem-Station(ケムステ)は2000年に開設された国内最大の化学ポータルサイトです。大学・…

第17回大津会議―とある参加者の記録―

2026年9月28日~29日に開催された第17回大津会議についての、とある参加者の記録です。この記事…

第17回大津会議 -Otsu Conference- 2026 開催報告 ~新体制で紡ぐ「有機合成の夢」~

第17回大津会議が2026年9月28日(月)〜9月29日(火)びわ湖大津プリンスホテルにて開催されま…

有機合成化学協会誌2026年10月号:医薬品プロセス開発・σ芳香族性・含窒素複素環・メロテルペノイド二量体・高歪み化合物

有機合成化学協会が発行する「有機合成化学協会誌」2026年10月号がオンラインで公開されています。…

時代は水だ! セメントのように水と混ぜるだけで成形・硬化できる「水硬性」高分子

第724回のスポットライトリサーチは、東京科学大学物質理工学院(大塚研究室)博士前期課程2年の徳満玲…

複雑さを設計して、結晶の動きをプログラムする

第723回のスポットライトリサーチは、高知工科大学大学院工学研究科(林研究室) 博士後期課程3年の樋…

ハロゲンの力で強力な結合を切断!天然物クマリンから医薬品・機能性材料原料のクマラノン類へ

第 722 回のスポットライトリサーチは、立命館大学大学院薬学研究科薬学専攻 精密合…

観察を写真で残す!カメラ内蔵リアクタ EasyMax 102i を使ってみた

反応の温度も、攪拌(かくはん)も、滴下も、サンプリングもいまや自動で記録される時代になりました。とこ…

ケムステ人気新着記事 トップ 5【2026年9月版】

2026年9月にケムステでは21本の新しい記事を公開しました。この記事では、その新着記事の中から、ペ…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP