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気体が関与する反応は研究室から工業スケールまで実施される基盤反応様式である。しかし、耐圧反応容器中、高圧で反応する方式は1世紀以上変わっていない。そのため反応装置の初期コスト、さらに導入後の維持管理コストがかかり、クリーンかつシンプルな反応様式であるにも関わらず“ものづくり”における気体が関与する反応の適用範囲は限定されている。本研究では通常の気泡とは異なる新奇な性質をもつマイクロからナノサイズの「ファインバブル（FB）」に着目し、常温・常圧で実施できる安全かつ革新的な次世代型気相－液相合成プロセス、ならびにバブル発生装置の創製を目的とした。平成30~31年度に取り組んだ1．小型化・高機能化によるFB発生装置の進化に続いて、平成30~令和2年度に2．FB手法の単位操作化・連続化・集積化：FBものづくりと3．FB手法の実用化指向定量化：動的に変化するFBの計測に取り組んだ。2について、フェアリー化合物合成における重要中間体のAICAの合成スキームを独自に設計し、新規に噴霧型FB発生装置を導入することによるオキシムの還元反応、さらに、グラジエント法による網羅的機械学習反応条件最適化により、オキシム化反応ならびに環化反応の収率と収量の最適条件を特定した。これらにより、後処理工程を削減したFBものづくりを達成した。3について、スチレンの水素添加をモデル反応として、反応性に対する各種物理データの相関を解析した。その結果、印加圧力と水素濃度、FB濃度の間に正の相関、触媒への基質・生成物の吸着率と水素濃度、FB濃度の間に負の相関が認められた。一方、FBサイズについて、MBサイズと収率間に正の相関、UFBサイズと収率間に負の相関が認められた。以上より、水素濃度あるいはFB濃度が高い場合に、水素添加反応の収率が向上するだけでなく、触媒への吸着を抑制する効果があることが明らかとなった。
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