マイクロ電気化学チャンネルチップを用いた微小化学システムの構築

利用微电化学通道芯片构建微化学系统

基本信息

批准号：
01J10952
负责人：
上野貢生
金额：
$ 1.92万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

電極内蔵型ポリマー基板マイクロチャンネルチップ(流路幅100μm、深さ20μm)の作製を行った。作製した電極チップを用いてピレン分子を一段階でシアノ化する化学反応をマイクロチップ中で行い、その特徴について明らかにした。本研究では、ラージスケールの反応をアセトニトリル-水の混合溶媒系で行う場合とマイクロチップ中で反応を同様の混合溶媒系で行う場合およびマイクロチップ中で油水界面を反応場として用いた場合の3種類の実験により比較検討を行った。反応スキームは、電極上で電解生成されたピレンカチオンラジカルがシアン化物イオンと求核置換反応して、1-シアノピレンが生成するものと考えられる。ラージスケールの反応では、一時間反応後GC-MSの測定から原料であるピレンはほぼ消費され、新たに生成物であるシアノピレンが41%、副生成物としてジシアノピレンが14%生成することが確認された。一方、同様の条件でマイクロチャンネルチップ中において電解反応を行った場合、最適流速条件でチャンネルチップ中の溶液の滞留時間1分ほどで生成物が60%副生成物が4%生成することがわかった。生成物の収率の向上はマイクロチップ中で効率良く電解反応が行われたためであるが、生成物の選択率がチップ中のほうが向上したところがマイクロチップ反応の特徴的な点である。一方、油水界面反応では生成物の相(有機相)をチャンネル出口において分離することが可能であるため、油水界面反応-溶媒抽出系により反応の自動化が行うことが可能であることを明らかにした。また、油水界面反応では物質移動の数値シミュレーションや顕微分光測定による反応中間体の追跡により、反応の律速段階の理解や反応速度論的な研究に応用が可能であることを示し、マイクロチップを用いた化学システムの構築と幅広い化学研究に展開が可能であることを実験的に明ちかにした。

制造了带有内置电极（流动路径宽度为100μm，深度20μm）的聚合物底物微通道芯片。使用准备好的电极尖端，在微芯片中进行了一个化学反应，其中cy烯型分子在一个步骤中被一步进行，并阐明了其特性。在这项研究中，我们比较并检查了三种类型的实验：当在混合乙腈 - 水的混合溶剂系统中进行大规模反应时，当反应在微芯片中与类似的混合溶剂系统进行时，当该反应在微芯片中使用了相似的混合溶剂系统时，将油 - 水界面用作反应场。反应方案被认为是在电极上产生的吡啶阳离子自由基与氰化物离子反应形成1-苯吡喃。在大规模的反应中，一小时反应后的GC-MS测量确认了原料pyrene几乎完全消耗了，而新产物的氰基吡啶则有41％和14％的副产品二氰基吡啶。另一方面，当在相同条件下在微通道芯片中进行电解反应时，发现在最佳的流速条件下，在通道芯片中产生60％的副产品，在通道芯片中的停留时间约为溶液的停留时间。由于在微芯片中有效地进行了电解反应，因此产生的产量得到了提高，但是微芯片反应的一个特征是芯片中产物的选择性提高。另一方面，在油水界面反应中，可以在通道出口处分离产物的相（有机相），因此已经揭示了可以使用油水界面反应溶剂萃取系统进行反应的自动化。此外，在油水界面反应中，我们证明了通过微光谱镜检查传质和跟踪反应中间体的数值模拟，可以理解反应的速率限制阶段并研究动力学，并在实验上揭示它们可以在化学研究的广泛范围内开发。