 本連載では、研究者の方との対談形式を取り、研究内容をわかりやすく解説することをコンセプトとし、研究者個人にもフォーカスをあてた内容を目指しています。
連載第5回は、コンパクトシステムエンジニアリングチーム川波肇さんです。川波さんは平成12年より産総研東北センターで研究を始め、現在は超臨界水・亜臨界水を用いた物質合成についての研究に取り組んでいます。
なお、本文中の アイコンは、3ページの‘研究キーワード’に掲載された専門用語を示していますので、そちらも合わせて御参照ください。
私たちのチームでは、超臨界流体など、高温･高圧状態の水や二酸化炭素を使った物質の合成法を実用化するための研究を行っています。その中で、現在の私は超臨界水や亜臨界水を使った有機化合物の合成をメインに研究をしています。
超臨界水は、私たちの日常生活では余り馴染みがありません。しかし、深海には熱水噴出孔という高温の水を噴出している場所があり、中には、超臨界水を噴出している熱水噴出孔もあります。この様な熱水噴出孔の周辺では、アミノ酸などの生命に重要な有機化合物が作られていると考えられています。そのため、地球上に生命が誕生する過程でも、この超臨界水を含む高温・高圧状態の水が重要な役目を果たしてきたのではないかと想像されています。このように、超臨界水を含む高温・高圧状態の水は有機反応を行う上で、実は大変興味深い背景があるのです。
 超臨界水は化学反応の場として自然界に存在しているのですね。
そうです。ここで超臨界水の性質を簡単に説明しましょう。
例えば、水は超臨界流体になると、塩化ナトリウムなどの塩は溶けにくくなる代わりに、有機化合物を溶かしやすくなります。 |
また、亜臨界水は、酸化や加水分解、脱水反応などの化学反応を促す性質が出てきますし、超臨界水になると水分子同士の結合が失われることで、酸としての性質も表れてきます。この性質を利用して、トルエンなどの有機溶媒の代わりに超臨界水・亜臨界水を使う有機反応・有機合成法の研究をしています。なお、亜臨界水は、超臨界水に比べてより低温・低圧であるため、安全性の面からも取り扱いやすいメリットがあります。近年は、高温高圧な条件で利用できるマイクロリアクターを用いることにより、亜臨界水を用いても各種有機物の合成・反応・分解等を効率よくできるようになりました。
マイクロリアクターを利用して化学反応を行うメリットは何ですか？
従来、超臨界水・亜臨界水を用いた化学反応では、目的の反応温度に昇温したり、反応後に冷却したりするのに時間がかかるため、その間に原料や合成した化合物が分解されてしまって、高い収率が得られない問題がありました。マイクロリアクターを使うと反応条件までの急速昇温・急速冷却が出来るため、余分な化学反応を防いで高い収率を得ることが出来ます。例えば、o-アリルフェノールをクライゼン転位で合成する反応ですが、従来は合成に６時間くらいかかるうえ、収率は約85％でした。しかし、亜臨界水とマイクロリアクターを組み合わせた反応では、触媒を使わずに２分程度で反応が終わり、98％という高い収率が得られます。この反応は、ビタミンＤ3の合成にも応用できるものです。
高い収率と反応時間の短縮が実現するのですね。
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