マイクロリアクターの活用による電解合成プロセスのブレークスルー

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微小な流路内で化学反応を行うマイクロリアクターは、様々な分野で応用が期待されている反応デバイスであり、これを利用した研究は有機合成化学の分野においても大きな成果を挙げている。とくに大きな比界面積を有し迅速な溶液混合が可能といった特徴は、均一系反応よりもむしろ固-液不均一系界面での反応のほうが高効率化できるなど利点が多く、典型的な固-液界面での反応である電気化学反応においても大変魅力的なものと言える。さらに、『電極間距離がマイクロオーダーであり、電解液の流れがリアクター内で厳密に制御されている』といった特徴を最大限に活用すれば、従来のバッチ式反応容器(フラスコやビーカー)では決して実現できなかった全く新しい電解合成反応や電解合成システムが構築できることも予想される。筆者はこのような観点に立脚し、マイクロリアクターを利用した電解合成、とりわけマイクロリアクターによって初めて実現可能となるような、全く新しい電解合成システムの開発を目的に研究を行った。以下に本年度実施した具体的な研究内容を記述する。生成物選択性制御が可能な電解反応システムの開発1.液-液平行流を活用することで2種類の基質のうち、一方だけを優先的に還元することに成功するとともに、生成するクロスカップリング体の位置選択性制御が達成された。2.液-液平行流の形成とそれによる基質の濃度勾配をCFDシミュレーションにより確認し、理論的側面からも本システムの妥当性を裏付けた。不均一系光触媒反応に類似した分子変換反応システムの開発3.マイクロリアクターの極めて狭い電極間距離を活用し、非常に効率的な連続的レドックス反応(モデル反応としてベンジルアミンのN-アルキル化反応を採用。)を実現した。これによりマイクロリアクターが、不均一系光触媒に類似の反応場を提供できることを示した。