マイクロフローシステムを用いた有機光反応の革新的手法の開拓

• Project Area: Organic Synthesis based on Integration of Chemical Reactions. New Methodologies and New Materials
• Project/Area Number: 24106729
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 垣内 喜代三 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 教授 (60152592)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000); Fiscal Year 2013: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2012: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: マイクロ・ナノデバイス / 有機光反応 / マイクロリアクター / キャピラリーリアクター / オンタイム計測 / CMOS半導体集積回路技術 / 不斉Paterno-Buchi反応 / スラグ流 / オンチップ偏光センサー / 光環化付加反応

Research Abstract

本研究では、CMOSインテリジェントセンサーを集積化したマイクロフローリアクターを作製するとともに、それを利用したオンタイム有機光反応システムを開発することを目的とし、高速、高収率、高選択的な有機光反応の実現を目指している。この目的を達成するために、本年度は、新たなモデル反応を用いたマイクロフローシステム中での有機光反応の検討と、その反応を利用した反応のオンライン解析に着手した。
これまでの検討により、マイクロリアクターを用いることで高効率な光反応の進行が可能であること、特に、気液二相系の反応において、キャピラリーリアクター内でスラグ流を形成させることが、高効率な反応の進行に非常に効果的であることを示してきた。そこで、本年度は液相一相系で進行する不斉Paterno-Buchi反応をモデル反応に採用し、バッチリアクターとキャピラリーリアクターとの比較を行った。さらに、意図的に反応不活性な試薬（窒素あるいは水）を加えて二相系スラグ流を形成させることによる反応性向上を狙った。その結果、これまでと同様にバッチリアクターに比べキャピラリーリアクター中で高効率な反応の進行が確認された。加えて、水を不活性試薬とするスラグ流においては、一相系の結果よりもさらに反応が加速することが明らかとなった。
オンライン観測においては、セル構造の改善による圧力・溶媒依存性の低減の改善を行い、光学系の調整技術を確立した。さらに上記のPaterno-Buchi反応のオンライン測定を実施し、光反応の転化率や立体選択性を直接観測することに成功した。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Highly efficient Paterne-Biichi type reaction in a microcapillary reactor utilizing slug flow (2014)
  • Author(s): Kimitada Terao, Kiyomi Kakiucii, et al.
  • Journal Title: Journal of Flow Chemistry Volume: 4 Issue: 1 Pages: 35-39
  • DOI: 10.1556/jfc-d-13-00035
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] [Paper] Demonstrations of Polarization Imaging Capability and Novel Functionality of Polarization-Analyzing CMOS Image Sensor with 65 nm Standard CMOS Process (2014)
  • Author(s): 徳田 崇
  • Journal Title: ITE Transactions on Media Technology and Applications Volume: 2 Issue: 2 Pages: 131-138
  • DOI: 10.3169/mta.2.131
  • NAID: 130004648186
  • ISSN: 2186-7364
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Microflow photochemistry : UVC-induced [2+2]-photoadditions to furanone in a microcapillary reactor (2013)
  • Author(s): Sylvestre Bachollet, Kimitada Terao, Michael Oelgemöller, et al.
  • Journal Title: Beilstein Journal of Organic Chemistry Volume: 9 Pages: 2015-2021
  • DOI: 10.3762/bjoc.9.237
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Microflow Photochemistry -Acetone Sensitized Addition of Isopropanol to (5R)-5-Menthyloxy-2-(5H)-furanone (2013)
  • Author(s): 会田 森
  • Journal Title: Rapid Communication in Photoscience Volume: 2 Pages: 68-71
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Polarisation analysing complementary metal-oxide semiconductor image sensor in 65-nm standard CMOS technology (2013)
  • Author(s): 若間 範充
  • Journal Title: The Journal of Engineering Volume: september Pages: 3-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Highly diastereodifferentiating and regioselective [2+2]-photoreactions using methoxyaromatic menthyl cyclohexenone carboxylates (2013)
  • Author(s): Inga Inhulsen
  • Journal Title: Tetrahedron Volume: 69 Issue: 2 Pages: 782-790
  • DOI: 10.1016/j.tet.2012.10.074
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Diastereoselective [2+2] Photocycloaddition of Chiral Cyclic Enones with Olefins in Aqueous Media Using Surfactants (2013)
  • Author(s): 西山 靖浩
  • Journal Title: Molecules Volume: 18 Issue: 2 Pages: 1626-1637
  • DOI: 10.3390/molecules18021626
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] CMOS sensor-based miniaturized in-line dual-functional optical analyser for high-speed, in situ chirality monitoring (2013)
  • Author(s): 徳田 崇
  • Journal Title: Sensors and Actuators B:Chemical Volume: 176 Pages: 1032-1037
  • DOI: 10.1016/j.snb.2012.09.042
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A novel thiochromone-type photolabile protecting group for carbonyl compounds (2013)
  • Author(s): 杉浦 遼
  • Journal Title: Tetrahedron Volume: 69 Issue: 19 Pages: 3984-3990
  • DOI: 10.1016/j.tet.2013.03.022
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Image sensor pixel with on-chip high extinction ratio polarizer based on 65-nm standard CMOS technology (2013)
  • Author(s): 笹川 清隆
  • Journal Title: Optics Express Volume: 21 Issue: 9 Pages: 11132-11140
  • DOI: 10.1364/oe.21.011132
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Diastereoselective [2+2] Photocycloaddition of a chiral Cyclohexenone with Ethylene in a Continuous Flow Microcapillary Reactor (2012)
  • Author(s): 寺尾 公維
  • Journal Title: Journal of Flow Chemistry Volume: 2 Issue: 3 Pages: 73-76
  • DOI: 10.1556/jfc-d-12-00005
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Diastereodifferentiating [2+2] Photocycloaddition of Chiral Cyclohexenone Carboxylates with Cyclopentene by a Microreactor (2012)
  • Author(s): 寺尾公維
  • Journal Title: Journal of Photochemistry and Photobiology A Chemistry Volume: 242 Pages: 13-19
  • DOI: 10.1016/j.jphotochem.2012.05.021
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Microflow photochemistry - a reactor comparison study using the photochemical synthesis of terebic acid as a model reaction (2012)
  • Author(s): 会田 森
  • Journal Title: Tetrahedron Letters Volume: 53 Issue: 42 Pages: 5578-5581
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2012.07.143
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Application Demonstaration of Polarization-Analyzing CMOS Image Sensor for Micro-Chemical Systems (2013)
  • Author(s): 若間 範充
  • Organizer: International Conference on BioSensors, BioElectronics, BioMedical Devices, BioMEMS/NEMS and Applications 2013
  • Place of Presentation: 東京医科歯科大学（東京都文京区）
• [Presentation] Highly Efficient Asymmetric Photoreactions using Microflow Reactors (2013)
  • Author(s): 垣内 喜代三
  • Organizer: 2013 Korea-Japan Symposium on Frontier Photoscience
  • Place of Presentation: Seoul National University (Seoul, Korea)
  • Invited
• [Presentation] Asymmetric Paterno-Buchi Type Photoreaction using Two-Layer Flow in Microreactor (2013)
  • Author(s): 寺尾 公維
  • Organizer: The Eighth International Symposium on Integrated Synthesis
  • Place of Presentation: 東大寺総合文化センター（奈良市水門町）
• [Presentation] A polarization-analyzing CMOS image sensor with metal wire grid in 65-nm standard CMOS technology for in-situ chiral analysis (2013)
  • Author(s): 若間 範充
  • Organizer: Seventh International Conference on Molecular Electronics and Bioelectronics (M&BE7)
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場（福岡市博多区）
• [Presentation] マイクロリアクターを用いた高濃度溶液中でのジアステレオ区別[2+2]光付加環化反応 (2013)
  • Author(s): 西山 靖浩
  • Organizer: 日本化学会第93春季年会
  • Place of Presentation: 立命館大学びわこ・くさつキャンパス（草津市野路東）
• [Presentation] Application Demonstration Of Polarization-Analyzing CMOS Image Sensor and Performance Improvement Using 65 nm Standard CMOS Process (2013)
  • Author(s): 徳田 崇
  • Organizer: 2013 International Image Sensor Workshop（IISW2013）
  • Place of Presentation: Snowbird Ski & Summer Resort (Utah, USA)
• [Presentation] On-chip metal wire grid polarizer for CMOS image sensor based on 65-nm technology (2012)
  • Author(s): 笹川 清隆
  • Organizer: Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO 2012)
  • Place of Presentation: San Jose Convention Center (San Jose, USA)
• [Presentation] A polarization analyzing CMOS image sensor with metal wire grid in 65-nm standard CMOS technology (2012)
  • Author(s): 若間 範充
  • Organizer: International Meeting for Future of Electron Devices
  • Place of Presentation: 関西大学（吹田市山手町）
• [Presentation] 偏光分析CMOSイメージセンサによるマイクロ化学システム用in situ不斉計測デバイス (2012)
  • Author(s): 若間 範充
  • Organizer: バイオ・マイクロシステム研究会
  • Place of Presentation: 京都大学百周年時計台記念館（京都市左京区）
• [Presentation] フローリアクター中における立体選択的光反応のオンライン観察システム開発 (2012)
  • Author(s): 寺尾 公維
  • Organizer: 第33回光化学若手の会
  • Place of Presentation: 草津セミナーハウス（群馬県吾妻郡草津町）
• [Presentation] 不斉光反応の制御を指向した反応集積化手法の開発 (2012)
  • Author(s): 寺尾 公維
  • Organizer: 2012年光化学討論会
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス（東京都目黒区）
• [Presentation] 65 nm標準CMOSプロセスを用いた偏光分析CMOSイメージセンサの消光比評価 (2012)
  • Author(s): 若間 範充
  • Organizer: 応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 愛媛大学城北地区（松山市道後樋又）
• [Presentation] Real-time multifunctional optical analyzer based on polarization-analyzing CMOS image sensor for microchemical systems (2012)
  • Author(s): 若間 範充
  • Organizer: 2012 International Conference on Solid State Devices and Materials(SSDM2012)
  • Place of Presentation: 京都国際会議場（京都市左京区）
• [Presentation] マイクロリアクターとCMOSイメージセンサ技術の融合による光反応の集積化 (2012)
  • Author(s): 寺尾 公維
  • Organizer: 第2回CSJ化学フェスタ2012
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス（東京都目黒区）
• [Presentation] Dual-Layer Metal-Grid Polarizer for Polarization Image Sensor in 65-nm CMOS Technology (2012)
  • Author(s): 笹川 清隆
  • Organizer: IEEE Sensors 2012
  • Place of Presentation: Taipei International Convention Center (Taipei, Taiwan)
• [Presentation] Building the Integrated Asymmetric Photoreaction System Using a Microcapillary Reactor and a New Monitoring Unit (2012)
  • Author(s): 寺尾 公維
  • Organizer: The 12th International Kyoto Conference on New Aspects of Organic Chemistry (IKCOC-12)
  • Place of Presentation: 京都リーガルロイヤルホテル（京都市下京区）
• [Presentation] High-Efficient Asymmetric Photoreaction by Micro-flow Reactor (2012)
  • Author(s): 西山 靖浩
  • Organizer: 2012 GIST-NCTU-NAIST Joint Symposium on Interdisciplinary Nan science and Beyond
  • Place of Presentation: National Chiao Tung University (Hsinchu, Taiwan)
  • Invited
• [Presentation] In situ chiral analysis device using CMOS polarization analyzing image sensor for a microchemical system (2012)
  • Author(s): 若間 範充
  • Organizer: 2012 GIST-NAIST-NCTU Joint Symposium on Interdisciplinary Nanoscience & Beyond
  • Place of Presentation: National Chiao Tung University (Hsinchu, Taiwan)
• [Presentation] 偏光分析CMOSイメージセンサを用いた in situ 不斉計測システム
  • Author(s): 若間 範充
  • Organizer: 応用物理学会関西支部平成25年度第2回講演会「関西のグリーン・バイオエレクトロニクス研究の現状と若手からの発信」
  • Place of Presentation: 奈良先端大ミレニアムホール（生駒市高山町）
• [Presentation] Building the Integrated Asymmetric Photoreaction System Using a Photo Micro Reactor and a New Monitoring System
  • Author(s): 寺尾 公維
  • Organizer: International Symposium on Green Photonics for Efficient Photon-Harvesting Materials and Reactions
  • Place of Presentation: 奈良先端大ミレニアムホール（生駒市高山町）
• [Presentation] 先端集積回路プロセスによる偏光子搭載イメージセンサ
  • Author(s): 笹川 清隆
  • Organizer: 光応用電磁界計測（PEM)時限研究専門委員会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス（豊中市待兼山町)
• [Remarks] 奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 反応制御科学研究室
  • URL: http://mswebs.naist.jp/LABs/kakiuchi/index-j.html
• [Remarks] 奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 反応制御科学研究室
  • URL: http://mswebs.naist.jp/LABs/kakiuchi/index-j.html