JP2010196019A - Organic silica-based material and organic silica-based mesoporous body - Google Patents

Organic silica-based material and organic silica-based mesoporous body Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic silica-based material and an organic silica-based mesoporous body which at least absorbs light with a wavelength of 600 nm or more and has meso-structure. <P>SOLUTION: The organic silica-based material contains a polymer having meso-structure of a perylene-based organic silane compound represented by formula (1), wherein at least three groups of R<SP>1</SP>to R<SP>10</SP>are substituents containing an alkoxysilyl group represented by formula (2):-(Z)<SB>m</SB>-Si(OR<SP>a</SP>)<SB>n</SB>R<SP>b</SP><SB>3-n</SB>, and a surfactant. The organic silica-based porous body comprises the polymer of the perylene-based organic silane compound. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、有機シリカ系材料および有機シリカ系メソ多孔体に関し、より詳しくは、ペリレンビスイミド骨格を有する有機シリカ系材料および有機シリカ系メソ多孔体に関する。   The present invention relates to an organic silica-based material and an organic silica-based mesoporous material, and more particularly to an organic silica-based material having a perylene bisimide skeleton and an organic silica-based mesoporous material.

メソ構造を有する有機シラン化合物の重合体は、発光材料や光触媒、太陽電池などへの応用が期待できる有機/無機ハイブリッド材料であり、従来から様々な有機シラン化合物の重合体が提案されている。   A polymer of an organic silane compound having a meso structure is an organic / inorganic hybrid material that can be expected to be applied to a light emitting material, a photocatalyst, a solar cell, and the like, and various organic silane compound polymers have been proposed.

例えば、国際公開第2007/034861号パンフレット(特許文献1)には、ピレン骨格、アントラセン骨格、アクリドン骨格、アクリジン骨格、クアテルフェニル骨格またはオリゴフェニレンビニレン骨格などを有する架橋型有機シランが開示されている。特許文献1に記載されているように、ピレン骨格またはアクリジン骨格を有する架橋型有機シランからなるメソ構造体は紫外線を吸収することから、紫外線応答型の光触媒への応用が期待できる。また、アントラセン骨格、アクリドン骨格またはクアテルフェニル骨格を有する架橋型有機シランからなるメソ構造体は400nm以上の可視光線を吸収することから、可視光応答型の光触媒や太陽電池への応用が期待できる。   For example, WO 2007/034861 (Patent Document 1) discloses a crosslinked organosilane having a pyrene skeleton, anthracene skeleton, acridone skeleton, acridine skeleton, quaterphenyl skeleton, oligophenylene vinylene skeleton, or the like. Yes. As described in Patent Document 1, since a mesostructure composed of a crosslinked organosilane having a pyrene skeleton or an acridine skeleton absorbs ultraviolet rays, application to an ultraviolet-responsive photocatalyst can be expected. In addition, a mesostructure composed of a crosslinked organosilane having an anthracene skeleton, an acridone skeleton, or a quaterphenyl skeleton absorbs visible light of 400 nm or more. .

しかしながら、これらの架橋型有機シランからなるメソ構造体は、その吸収スペクトルにおける長波長側の吸収端が500nm以下であり、太陽光を効率よく利用するには、より長波長側の光を吸収するメソ構造体が必要であった。   However, the mesostructures composed of these crosslinked organosilanes have an absorption edge on the long wavelength side in the absorption spectrum of 500 nm or less, and absorb light on the longer wavelength side in order to efficiently use sunlight. A mesostructure was required.

また、Chandraら、Chem.Mater.、2007年、第19巻、5347〜5354頁(非特許文献1)には、ビス(プロピルイミノメチル)フェノール骨格を有する有機無機ハイブリッドメソポーラスシリカが開示されており、Corneliusら、J.Mater.Chem.、2008年、第18巻、2587〜2592頁(非特許文献2)には、4,4’−ジビニルアゾベンゼン骨格を有するメソポーラスシリカ系有機無機ハイブリッド材料が開示されている。これらのメソポーラスシリカは、比較的長波長の光を吸収するものであるが、これらのメソポーラスシリカにおいても、その吸収スペクトルの長波長側の吸収端は550〜570nmであり、太陽光をより効率よく利用するには、さらに長波長側の光を吸収するメソ構造体が必要であった。   See also Chandra et al., Chem. Mater. 2007, Vol. 19, pp. 5347-5354 (Non-patent Document 1) discloses organic-inorganic hybrid mesoporous silica having a bis (propyliminomethyl) phenol skeleton, and Cornelius et al. Mater. Chem. 2008, Vol. 18, pp. 2587-2592 (non-patent document 2) discloses a mesoporous silica-based organic-inorganic hybrid material having a 4,4′-divinylazobenzene skeleton. These mesoporous silicas absorb light having a relatively long wavelength. However, even in these mesoporous silicas, the absorption edge on the long wavelength side of the absorption spectrum is 550 to 570 nm, and sunlight is more efficiently used. In order to use it, a mesostructure that absorbs light on the longer wavelength side was necessary.

一方、Yangら、Adv.Func.Mater.、2008年、第18巻、1〜10頁(非特許文献3)には、2つのアルコキシシリル基を有するペリレンビスイミド骨格を有する有機シラン前駆体、およびそれを縮重合させて得られる有機シリカ構造体が開示されている。しかしながら、非特許文献3に記載の有機シラン前駆体を用いても、メソ構造を有する有機シリカ構造体を得ることは困難であった。   Meanwhile, Yang et al., Adv. Func. Mater. 2008, Vol. 18, pp. 1-10 (Non-patent Document 3), an organosilane precursor having a perylene bisimide skeleton having two alkoxysilyl groups, and an organosilica obtained by polycondensation thereof A structure is disclosed. However, even if the organosilane precursor described in Non-Patent Document 3 is used, it is difficult to obtain an organic silica structure having a mesostructure.

国際公開第2007/034861号パンフレットInternational Publication No. 2007/034861 Pamphlet

Chandraら、Chem.Mater.、2007年、第19巻、5347〜5354頁Chandra et al., Chem. Mater. 2007, Vol. 19, pp. 5347-5354 Corneliusら、J.Mater.Chem.、2008年、第18巻、2587〜2592頁Cornelius et al. Mater. Chem. 2008, Vol. 18, pp. 2587-2592 Yangら、Adv.Func.Mater.、2008年、第18巻、1〜10頁Yang et al., Adv. Func. Mater. 2008, Vol. 18, pp. 1-10

本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、波長600nm以上の光を少なくとも吸収することが可能である、メソ構造を有する有機シリカ系材料および有機シリカ系メソ多孔体を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and includes an organic silica-based material having a mesostructure and an organic silica-based mesoporous material that can absorb at least light having a wavelength of 600 nm or more. The purpose is to provide.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、有機シラン化合物の重合体と界面活性剤とを含有する有機シリカ系材料および前記有機シラン化合物の重合体からなる有機シリカ系多孔体において、前記有機シラン化合物として少なくとも3つのアルコキシシリル基を備えるペリレンビスイミド骨格を有する有機シラン化合物を使用することにより、前記有機シラン化合物の重合体がメソ構造を形成し、さらに、有機シリカ系材料および有機シリカ系多孔体が、波長600nm以上の光を少なくとも吸収することが可能となることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the inventors of the present invention have developed an organosilica material containing an organosilane compound polymer and a surfactant, and an organosilica compound comprising the organosilane compound polymer. In a porous body, by using an organic silane compound having a perylene bisimide skeleton having at least three alkoxysilyl groups as the organic silane compound, a polymer of the organic silane compound forms a mesostructure, and further an organic silica The present inventors have found that the system material and the organic silica-based porous body can absorb at least light having a wavelength of 600 nm or more, and have completed the present invention.

すなわち、本発明の有機シリカ系材料は、下記式(1):   That is, the organic silica material of the present invention has the following formula (1):

Figure 2010196019
Figure 2010196019

〔式(1)中、R〜R10のうちの少なくとも3つの基は、それぞれ独立に、下記式(2):
−(Z)−Si(OR 3−n (2)
(式(2)中、Rは炭素数1〜8のアルキル基を表し、Rは炭素数1〜8のアルキル基または炭素数2〜8の置換もしくは無置換のアリル基を表し、Zは、炭素数1〜12のアルキレン基、炭素数6〜12のアリーレン基、エテニレン基、エチニレン基、エーテル基、カルボニル基、アミノ基、アミド基、ウレタン基およびイミド基からなる群から選択される1種の基を表し、mは0〜2の整数であり、nは1〜3の整数である。)
で表されるアルコキシシリル基を含有する置換基であり、
〜Rのうちの前記アルコキシシリル基を含有する置換基以外の基は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数6〜12のアリール基、フェノキシ基、アセチル基、ベンゾイル基、アミノ基、アミド基、ニトロ基、シアノ基およびイミド基からなる群から選択される1種の基であり、
〜R10のうちの前記アルコキシシリル基を含有する置換基以外の基は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜12のアルキル基および炭素数6〜12のアリール基からなる群から選択される1種の基である。〕
で表されるペリレン系有機シラン化合物のメソ構造を有する重合体と、界面活性剤とを含有することを特徴とするものである。
[In the formula (1), at least three groups of R 1 to R 10 are each independently represented by the following formula (2):
- (Z) m -Si (OR a) n R b 3-n (2)
(In formula (2), R a represents an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, R b represents an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or a substituted or unsubstituted allyl group having 2 to 8 carbon atoms, and Z Is selected from the group consisting of alkylene groups having 1 to 12 carbon atoms, arylene groups having 6 to 12 carbon atoms, ethenylene groups, ethynylene groups, ether groups, carbonyl groups, amino groups, amide groups, urethane groups and imide groups. 1 type of group is represented, m is an integer of 0-2, n is an integer of 1-3.)
A substituent containing an alkoxysilyl group represented by:
Groups other than the substituent containing the alkoxysilyl group among R 1 to R 8 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms, One group selected from the group consisting of an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, a phenoxy group, an acetyl group, a benzoyl group, an amino group, an amide group, a nitro group, a cyano group, and an imide group;
The groups other than the substituent containing the alkoxysilyl group among R 9 to R 10 are each independently selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and an aryl group having 6 to 12 carbon atoms. One kind of group selected. ]
A polymer having a mesostructure of a perylene-based organosilane compound represented by the formula: and a surfactant.

また、本発明の有機シリカ系メソ多孔体は、前記式(1)で表されるペリレン系有機シラン化合物の重合体からなることを特徴とするものである。   Moreover, the organosilica mesoporous material of the present invention is characterized by comprising a polymer of a perylene-based organosilane compound represented by the formula (1).

本発明の有機シリカ系材料および有機シリカ系メソ多孔体において、前記ペリレン系有機シラン化合物としては、前記式(1)中のR、R、RおよびRが前記式(2)で表されるアルコキシシリル基を含有する置換基であるものが好ましい。 In the organic silica-based material and the organic silica-based mesoporous material of the present invention, as the perylene-based organic silane compound, R 2 , R 3 , R 6 and R 7 in the formula (1) are represented by the formula (2). What is the substituent containing the alkoxysilyl group represented is preferable.

また、本発明の有機シリカ系材料および有機シリカ系メソ多孔体においては、その吸収スペクトルの長波長側の吸収端の波長が600nm以上であることが好ましい。   In the organic silica material and the organic silica mesoporous material of the present invention, it is preferable that the wavelength of the absorption edge on the long wavelength side of the absorption spectrum is 600 nm or more.

なお、本発明のように、少なくとも3つのアルコキシシリル基を備えるペリレンビスイミド骨格を有する有機シラン化合物を用いることによって有機シラン化合物の重合体がメソ構造を形成する理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、ペリレンビスイミド骨格のように大きな架橋有機基に3つ以上のシリル基(シリカ骨格形成部位)を導入すると、加水分解後の有機シラン化合物中のシラノール基の密度が増加し、このシラノール基と鋳型界面活性剤ミセルとの相互作用が強まり、ペリレンビスイミド骨格同士の相互作用が緩和されるためであると推察される。   Although the reason why the polymer of the organosilane compound forms a mesostructure by using an organosilane compound having a perylene bisimide skeleton having at least three alkoxysilyl groups as in the present invention is not necessarily clear, The inventors speculate as follows. That is, when three or more silyl groups (silica skeleton-forming sites) are introduced into a large crosslinked organic group such as a perylene bisimide skeleton, the density of silanol groups in the organosilane compound after hydrolysis increases. This is presumably because the interaction between the template surfactant micelle and the template surfactant micelle is enhanced, and the interaction between the perylene bisimide skeletons is relaxed.

一方、ペリレンビスイミド骨格にシリル基が2つしか導入されていない場合においては、ペリレンビスイミド骨格同士の相互作用が強く、有機シラン化合物が凝集するため、規則的なメソ構造が形成されにくいと推察される。また、架橋有機基の大きさが大きくなると、加水分解後の有機シラン化合物中のシラノール基と鋳型界面活性剤ミセルとの相互作用が相対的に弱くなるため、規則的なメソ構造を形成しにくくなると推察される。   On the other hand, when only two silyl groups are introduced into the perylene bisimide skeleton, the interaction between the perylene bisimide skeletons is strong and the organic silane compound aggregates, so that it is difficult to form a regular mesostructure. Inferred. In addition, when the size of the crosslinked organic group is increased, the interaction between the silanol group in the organosilane compound after hydrolysis and the template surfactant micelle is relatively weak, so that it is difficult to form a regular mesostructure. It is assumed that

本発明によれば、波長600nm以上の光を少なくとも吸収することが可能である、メソ構造を有する有機シリカ系材料および有機シリカ系メソ多孔体を得ることが可能となる。   According to the present invention, it is possible to obtain an organic silica-based material having a mesostructure and an organic silica-based mesoporous material that can absorb at least light having a wavelength of 600 nm or more.

実施例1で得た有機シリカ粉末および実施例2で得た多孔体粉末のX線回折パターンを示すグラフである。2 is a graph showing X-ray diffraction patterns of the organic silica powder obtained in Example 1 and the porous powder obtained in Example 2. FIG. 実施例1で得た有機シリカ粉末および実施例2で得た多孔体粉末の紫外/可視吸収スペクトルを示すグラフである。2 is a graph showing ultraviolet / visible absorption spectra of the organic silica powder obtained in Example 1 and the porous powder obtained in Example 2. FIG. 実施例3で得た有機シリカ薄膜および実施例4で得た多孔体薄膜のX線回折パターンを示すグラフである。4 is a graph showing X-ray diffraction patterns of the organic silica thin film obtained in Example 3 and the porous thin film obtained in Example 4. 実施例3で得た有機シリカ薄膜および実施例4で得た多孔体薄膜の紫外/可視吸収スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the ultraviolet / visible absorption spectrum of the organic silica thin film obtained in Example 3, and the porous body thin film obtained in Example 4. 実施例5で得た有機シリカ薄膜および実施例6で得た多孔体薄膜のX線回折パターンを示すグラフである。It is a graph which shows the X-ray-diffraction pattern of the organic silica thin film obtained in Example 5, and the porous body thin film obtained in Example 6. 実施例5で得た有機シリカ薄膜および実施例6で得た多孔体薄膜の紫外/可視吸収スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the ultraviolet / visible absorption spectrum of the organic silica thin film obtained in Example 5, and the porous thin film obtained in Example 6. 実施例7で得た有機シリカ薄膜および実施例8で得た多孔体薄膜のX線回折パターンを示すグラフである。It is a graph which shows the X-ray-diffraction pattern of the organic silica thin film obtained in Example 7, and the porous body thin film obtained in Example 8. 実施例7で得た有機シリカ薄膜および実施例8で得た多孔体薄膜の紫外/可視吸収スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the ultraviolet / visible absorption spectrum of the organic silica thin film obtained in Example 7, and the porous body thin film obtained in Example 8. 比較例1で得た有機シリカのX線回折パターンを示すグラフである。3 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of organic silica obtained in Comparative Example 1.

以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments thereof.

先ず、本発明の有機シリカ系材料について説明する。本発明の有機シリカ系材料は、下記式(1):   First, the organic silica material of the present invention will be described. The organic silica material of the present invention has the following formula (1):

Figure 2010196019
Figure 2010196019

で表されるペリレン系有機シラン化合物のメソ構造を有する重合体(以下、「Si系重合体」という。)と、界面活性剤とを含有するものである。このように、本発明の有機シリカ系材料は、ペリレンビスイミド骨格を有するSi系重合体を含有しているため、吸収スペクトルの長波長側の吸収端の波長が600nm以上となり、500nm以上の長波長の光を効率的に吸収することが可能となる。 A polymer having a mesostructure of a perylene-based organosilane compound (hereinafter referred to as “Si-based polymer”) and a surfactant. Thus, since the organic silica material of the present invention contains a Si-based polymer having a perylene bisimide skeleton, the wavelength of the absorption edge on the long wavelength side of the absorption spectrum is 600 nm or more, and a length of 500 nm or more. It becomes possible to efficiently absorb light of a wavelength.

前記式(1)で表されるペリレン系有機シラン化合物において、前記式(1)中のR〜R10のうちの少なくとも3つの基は、それぞれ独立に、下記式(2):
−(Z)−Si(OR 3−n (2)
で表されるアルコキシシリル基を含有する置換基である。このようなアルコキシシリル基を含有する置換基を少なくとも3つ備えるペリレン系有機シラン化合物を縮合させることによってメソ構造を有するSi系重合体を形成させることが可能となる。
In the perylene-based organosilane compound represented by the formula (1), at least three groups of R 1 to R 10 in the formula (1) are each independently represented by the following formula (2):
- (Z) m -Si (OR a) n R b 3-n (2)
It is a substituent containing the alkoxysilyl group represented by these. It is possible to form a Si-based polymer having a meso structure by condensing a perylene-based organosilane compound having at least three substituents containing such alkoxysilyl groups.

前記式(2)中のRは炭素数1〜8(好ましくは1〜4)のアルキル基を表し、中でも、メチル基またはエチル基が好ましい。Rは炭素数1〜8(好ましくは1〜4)のアルキル基または炭素数2〜8(好ましくは2〜4)のアリル基を表し、前記アリル基はメチル基などの置換基を有していてもよい。 Ra in the formula (2) represents an alkyl group having 1 to 8 (preferably 1 to 4) carbon atoms, and among them, a methyl group or an ethyl group is preferable. R b represents an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms (preferably 1 to 4 carbon atoms) or an allyl group having 2 to 8 carbon atoms (preferably 2 to 4 carbon atoms), and the allyl group has a substituent such as a methyl group. It may be.

前記式(2)中のZは、炭素数1〜12(好ましくは1〜6)のアルキレン基、炭素数6〜12のアリーレン基、エテニレン基、エチニレン基、エーテル基、カルボニル基、アミノ基、アミド基、ウレタン基またはイミド基を表す。前記アルキレン基としてはメチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基などが挙げられる。前記アリーレン基としては、フェニレン基、ビフェニレン基、ナフチレン基、ピリジレン基、チエニレン基などが挙げられる。これらの基のうち、Zとしては、重合反応時の化学的安定性と疎水性低減の観点から、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、フェニレン基、エーテル基、アミノ基が好ましい。   Z in the formula (2) is an alkylene group having 1 to 12 carbon atoms (preferably 1 to 6), an arylene group having 6 to 12 carbon atoms, an ethenylene group, an ethynylene group, an ether group, a carbonyl group, an amino group, Represents an amide group, a urethane group or an imide group. Examples of the alkylene group include a methylene group, an ethylene group, a propylene group, a butylene group, a pentamethylene group, and a hexamethylene group. Examples of the arylene group include a phenylene group, a biphenylene group, a naphthylene group, a pyridylene group, and a thienylene group. Among these groups, Z is preferably a methylene group, an ethylene group, a propylene group, a butylene group, a phenylene group, an ether group, or an amino group from the viewpoint of chemical stability during polymerization reaction and reduction of hydrophobicity.

前記式(2)中のmは0〜2の整数であり、mが0の場合、Zは単結合を意味する。また、mが2の場合、複数存在するZは同じであっても異なっていてもよい。例えば、異なるZの組み合わせからなる基としては、一方がエーテル基、他方がフェニル基からなるフェノキシ基などが挙げられる。前記式(2)中のnは1〜3の整数であり、縮合反応が進行しやすく、縮合後の構造が安定するという観点からnは2または3であることが好ましい。   M in the formula (2) is an integer of 0 to 2, and when m is 0, Z means a single bond. When m is 2, a plurality of Z may be the same or different. For example, examples of the group composed of different Z combinations include a phenoxy group in which one is an ether group and the other is a phenyl group. In the formula (2), n is an integer of 1 to 3, and it is preferable that n is 2 or 3 from the viewpoint that the condensation reaction easily proceeds and the structure after the condensation is stable.

前記式(1)で表されるペリレン系有機シラン化合物において、前記式(1)中のR〜Rのうちの前記アルコキシシリル基を含有する置換基以外の基は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜12(好ましくは1〜6)のアルキル基、炭素数1〜12(好ましくは1〜6)のアルコキシ基、炭素数6〜12のアリール基、フェノキシ基、アセチル基、ベンゾイル基、アミノ基、アミド基、ニトロ基、シアノ基またはイミド基である。中でも、化学的安定性と重合物中のペリレン基の高密度化の観点から、水素原子、メチル基、エチル基、メトキシ基、フェニル基、フェノキシ基が好ましい。 In the perylene-based organosilane compound represented by the formula (1), groups other than the substituent containing the alkoxysilyl group among R 1 to R 8 in the formula (1) are each independently hydrogen. Atom, halogen atom, alkyl group having 1 to 12 carbon atoms (preferably 1 to 6), alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms (preferably 1 to 6), aryl group having 6 to 12 carbon atoms, phenoxy group, acetyl Group, benzoyl group, amino group, amide group, nitro group, cyano group or imide group. Among these, a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, a methoxy group, a phenyl group, and a phenoxy group are preferable from the viewpoint of chemical stability and high density of perylene groups in the polymer.

前記式(1)で表されるペリレン系有機シラン化合物において、前記式(1)中のR〜R10のうちの前記アルコキシシリル基を含有する置換基以外の基は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜12(好ましくは1〜6)のアルキル基または炭素数6〜12のアリール基である。中でも、化合物の溶解性の向上と重合物中のペリレン基の高密度化とを両立させるという観点から、1−エチルプロピル基、ブチル基、2−エチルヘキシル基、シクロヘキシル基が好ましい。 In the perylene-based organosilane compound represented by the formula (1), groups other than the substituent containing the alkoxysilyl group among R 9 to R 10 in the formula (1) are each independently hydrogen. An atom, an alkyl group having 1 to 12 (preferably 1 to 6) carbon atoms, or an aryl group having 6 to 12 carbon atoms. Among these, 1-ethylpropyl group, butyl group, 2-ethylhexyl group, and cyclohexyl group are preferable from the viewpoint of achieving both improvement of the solubility of the compound and high density of perylene groups in the polymer.

本発明においては、このようなペリレン系有機シラン化合物を1種単独で使用しても2種以上を併用してもよい。また、このようなペリレン系有機シラン化合物のうち、3つ以上のアルコキシシリル基が容易に導入できるという観点から、前記式(1)中のR、R、RおよびRが前記式(2)で表されるアルコキシシリル基を含有する置換基である有機シラン化合物、前記式(1)中のR、R、RおよびRが前記式(2)で表されるアルコキシシリル基を含有する置換基である有機シラン化合物が好ましく、前者の有機シラン化合物がより好ましい。 In the present invention, such perylene-based organosilane compounds may be used alone or in combination of two or more. From the viewpoint that three or more alkoxysilyl groups can be easily introduced among such perylene-based organosilane compounds, R 2 , R 3 , R 6 and R 7 in the formula (1) are represented by the formula An organosilane compound which is a substituent containing an alkoxysilyl group represented by (2), and R 1 , R 4 , R 5 and R 8 in the formula (1) are alkoxy represented by the formula (2) The organosilane compound which is a substituent containing a silyl group is preferred, and the former organosilane compound is more preferred.

本発明に用いられるSi系重合体は、このようなペリレン系有機シラン化合物の重合体であり、メソ構造を有するものである。このようなSi系重合体の構造式は、重合されるペリレン系有機シラン化合物の種類に依存する。例えば、前記式(1)中のR、R、RおよびRが前記式(2)で表されるアルコキシシリル基を含有する置換基である有機シラン化合物、すなわち、下記式(3): The Si-based polymer used in the present invention is a polymer of such a perylene-based organic silane compound and has a meso structure. The structural formula of such a Si-based polymer depends on the type of perylene-based organosilane compound to be polymerized. For example, an organic silane compound in which R 2 , R 3 , R 6 and R 7 in the formula (1) are substituents containing an alkoxysilyl group represented by the formula (2), that is, the following formula (3 ):

Figure 2010196019
Figure 2010196019

で表されるペリレン系有機シラン化合物を重合させた場合には、前記Si系重合体は、下記式(4): When the perylene-based organosilane compound represented by formula (1) is polymerized, the Si-based polymer has the following formula (4):

Figure 2010196019
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で表される繰り返し単位を有するものとなる。 It has what has a repeating unit represented by these.

前記式(3)および(4)中のR、R、RおよびR〜R10は、それぞれ前記式(1)中の前記アルコキシシリル基を含有する置換基以外の基であるR、R、RおよびR〜R10と同義である。前記式(3)および(4)中のZ、mおよびRはそれぞれ前記式(2)中のZ、mおよびRと同義である。前記式(3)中のRおよびnはそれぞれ前記式(2)中のRおよびnと同義である。前記式(4)中のiは1〜3の整数であり、jは0〜2の整数であり、1≦i+j≦3である。なお、iとjとの組み合わせは、Si系重合体中の全てのシリル基において同じである必要はない。また、Rがアリル基の場合、アリル基が加水分解により脱離するため、前記式(3)中の(3−n)の値と前記式(3−i−j)の値は必ずしも一致しない。 R 1 , R 4 , R 5 and R 8 to R 10 in the formulas (3) and (4) are groups other than the substituent containing the alkoxysilyl group in the formula (1), respectively. 1 has the same meaning as R 4, R 5 and R 8 to R 10. Formula (3) and (4) in Z, m and R b are each Z in the formula (2), the same meaning as m and R b. R a and n in the formula (3) are respectively the same as R a and n in the formula (2). In the formula (4), i is an integer of 1 to 3, j is an integer of 0 to 2, and 1 ≦ i + j ≦ 3. The combination of i and j need not be the same for all silyl groups in the Si-based polymer. Further, when R b is an allyl group, the allyl group is eliminated by hydrolysis, and therefore the value of (3-n) in the formula (3) and the value of the formula (3-i-j) are not necessarily the same. do not do.

前記式(3)で表されるペリレン系有機シラン化合物のうち、前記式(2)で表されるアルコキシシリル基を含有する置換基を導入しやすいという観点から、前記式(3)中のR、R、RおよびRが水素原子であるものが好ましく、重合物の架橋度を高め、構造を安定化できるという観点から、前記式(3)中のnが2または3であるものがより好ましい。 From the viewpoint that it is easy to introduce a substituent containing an alkoxysilyl group represented by the formula (2) among the perylene-based organosilane compounds represented by the formula (3), R in the formula (3) 1 , R 4 , R 5 and R 8 are preferably hydrogen atoms, and n in the formula (3) is 2 or 3 from the viewpoint of increasing the degree of crosslinking of the polymer and stabilizing the structure. Those are more preferred.

また、本発明においては、前記Si系重合体として、前記式(1)で表されるペリレン系有機シラン化合物とその他の有機シラン化合物との共重合体を使用することもできる。前記その他の有機シラン化合物としては、ジメトキシシラン、ジエトキシシランといったジアルコキシシラン;トリメトキシシラン、トリエトキシシランといったトリアルコキシシラン;テトラメトキシシラン、テトラエトキシシランといったテトラアルコキシシラン;1,2−ビス(トリエトキシシリル)エタン、1,2−ビス(トリエトキシシリル)エチレン、1,2−ビス(トリエトキシシリル)アセチレン、1,4−ビス(トリエトキシシリル)ベンゼン、4,4’−ビス(トリエトキシシリル)ビフェニルといった有機基架橋型アルコキシシランなどの公知のアルコキシシラン化合物が挙げられる。これらのアルコキシシラン化合物は1種を単独で使用しても2種以上を併用してもよい。   In the present invention, a copolymer of a perylene-based organic silane compound represented by the formula (1) and another organic silane compound can also be used as the Si-based polymer. Examples of the other organic silane compounds include dialkoxysilanes such as dimethoxysilane and diethoxysilane; trialkoxysilanes such as trimethoxysilane and triethoxysilane; tetraalkoxysilanes such as tetramethoxysilane and tetraethoxysilane; Triethoxysilyl) ethane, 1,2-bis (triethoxysilyl) ethylene, 1,2-bis (triethoxysilyl) acetylene, 1,4-bis (triethoxysilyl) benzene, 4,4′-bis (tri Well-known alkoxysilane compounds, such as organic group bridge | crosslinking type alkoxysilanes, such as an ethoxy silyl) biphenyl, are mentioned. These alkoxysilane compounds may be used alone or in combination of two or more.

前記ペリレン系有機シラン化合物、および必要に応じて前記他の有機シラン化合物(以下、これらを総称して「シランモノマー」という)を(共)重合させる場合、前記ペリレン系有機シラン化合物の割合は、(共)重合に使用する全シランモノマー100質量%に対して10〜100質量%が好ましく、50〜100質量%がより好ましい。また、前記(共)重合反応の条件は特に制限されないが、水、または水と有機溶媒との混合溶媒を溶媒として使用し、酸または塩基触媒の存在下で前記シランモノマーを加水分解および縮合させることが好ましい。このとき用いられる好適な有機溶媒としてはアルコール、テトラヒドロフラン、アセトンなどが挙げられ、混合溶媒として用いる場合の有機溶媒の含有率は5〜99重量%程度が好ましい。また、前記酸触媒としては、塩酸、硝酸、硫酸といった鉱酸などが挙げられ、酸触媒を使用する場合の溶液は、pHが6以下(より好ましくは2〜5)の酸性であることが好ましい。さらに、前記塩基触媒としては、水酸化ナトリウム、水酸化アンモニウム、水酸化カリウムなどが挙げられ、塩基触媒を使用する場合の溶液は、pHが8以上(より好ましくは9〜11)の塩基性であることが好ましい。   In the case of (co) polymerizing the perylene-based organic silane compound and, if necessary, the other organic silane compounds (hereinafter collectively referred to as “silane monomers”), the ratio of the perylene-based organic silane compound is: 10-100 mass% is preferable with respect to 100 mass% of all the silane monomers used for (co) polymerization, and 50-100 mass% is more preferable. The conditions for the (co) polymerization reaction are not particularly limited, but water or a mixed solvent of water and an organic solvent is used as a solvent, and the silane monomer is hydrolyzed and condensed in the presence of an acid or base catalyst. It is preferable. Suitable organic solvents used at this time include alcohol, tetrahydrofuran, acetone and the like, and the content of the organic solvent when used as a mixed solvent is preferably about 5 to 99% by weight. Examples of the acid catalyst include mineral acids such as hydrochloric acid, nitric acid, and sulfuric acid, and the solution in the case of using the acid catalyst is preferably acidic with a pH of 6 or less (more preferably 2 to 5). . Furthermore, examples of the base catalyst include sodium hydroxide, ammonium hydroxide, potassium hydroxide, and the like. When the base catalyst is used, the solution has a basic pH of 8 or more (more preferably 9 to 11). Preferably there is.

このような(共)重合工程における前記シランモノマーの濃度は、ケイ素濃度換算で0.0055〜0.33mol/L程度であることが好ましい。また、上記(共)重合工程における諸条件(温度、時間など)は特に制限されず、用いるシランモノマーや目的とするSi系重合体などに応じて適宜選択されるが、一般的には0〜100℃程度の温度で1〜48時間程度の時間で前記シランモノマーを加水分解および縮合させることが好ましい。   The concentration of the silane monomer in such a (co) polymerization step is preferably about 0.0055 to 0.33 mol / L in terms of silicon concentration. The conditions (temperature, time, etc.) in the (co) polymerization step are not particularly limited and are appropriately selected according to the silane monomer to be used, the target Si-based polymer, and the like. The silane monomer is preferably hydrolyzed and condensed at a temperature of about 100 ° C. for a time of about 1 to 48 hours.

前記ペリレン系有機シラン化合物を(共)重合させると前記式(1)中のシリル基が、通常、加水分解されてシラノール基(Si−OH)が形成され、その後の縮合反応によりシロキサン結合(Si−O−Si)が形成される。このとき、シラノール基の一部がシロキサン結合にまで変換されず、そのまま残存していたり、Siに結合したアリル基がそのまま残存していても有機シリカ系材料の光吸収性には影響しない。   When the perylene-based organosilane compound is (co) polymerized, the silyl group in the formula (1) is usually hydrolyzed to form a silanol group (Si—OH), and a siloxane bond (Si -O-Si) is formed. At this time, even if a part of the silanol group is not converted into a siloxane bond and remains as it is or an allyl group bonded to Si remains as it is, the light absorption of the organic silica material is not affected.

本発明の有機シリカ系材料は、前記Si系重合体の他に、界面活性剤を含有していてもよい。この界面活性剤は、前記Si系重合体と複合化することによって重合体の形態を容易に制御できるという効果を有するものである。   The organic silica material of the present invention may contain a surfactant in addition to the Si polymer. This surfactant has an effect that the form of the polymer can be easily controlled by complexing with the Si-based polymer.

このような界面活性剤は、通常、前記Si系重合体を調製する際に使用したものを除去せずにそのまま残存させたものである。また、界面活性剤の存在下で前記(共)重合を実施することにより、前記Si系重合体は、細孔径分布曲線における中心細孔直径が1〜30nmのメソ細孔を備える構造(メソ構造)を有するメソ多孔体となる。   Such a surfactant is usually left as it is without removing the one used when preparing the Si polymer. Further, by carrying out the (co) polymerization in the presence of a surfactant, the Si polymer has a structure (mesostructure) having mesopores having a central pore diameter of 1 to 30 nm in a pore diameter distribution curve. ) Having a mesoporous material.

なお、前記中心細孔直径とは、細孔容積(V)を細孔直径(D)で微分した値(dV/dD)を細孔直径(D)に対してプロットした曲線(細孔径分布曲線)の最大ピークにおける細孔直径であり、次に述べる方法により求めることができる。すなわち、メソ多孔体を液体窒素温度(−196℃)に冷却して窒素ガスを導入し、定容量法あるいは重量法によりその吸着量を求め、次いで、導入する窒素ガスの圧力を徐々に増加させ、各平衡圧に対する窒素ガスの吸着量をプロットし、吸着等温線を得る。この吸着等温線を用い、Cranston−Inklay法、Pollimore−Heal法、BJH法などの計算法により細孔径分布曲線を求めることができる。   The central pore diameter is a curve (pore diameter distribution curve) in which a value (dV / dD) obtained by differentiating the pore volume (V) with respect to the pore diameter (D) is plotted against the pore diameter (D). ) At the maximum peak, and can be determined by the method described below. That is, the mesoporous material is cooled to a liquid nitrogen temperature (−196 ° C.), nitrogen gas is introduced, the adsorption amount is determined by a constant volume method or a gravimetric method, and then the pressure of the introduced nitrogen gas is gradually increased. Then, the adsorption amount of nitrogen gas with respect to each equilibrium pressure is plotted to obtain an adsorption isotherm. Using this adsorption isotherm, a pore size distribution curve can be obtained by a calculation method such as Cranston-Inklay method, Pollimore-Heal method, or BJH method.

このようなメソ多孔体は、細孔径分布曲線における中心細孔直径の±40%の範囲に全細孔容積の60%以上が含まれることが好ましい。この条件を満たすメソ多孔体は、細孔の直径が非常に均一であることを意味する。また、メソ多孔体の比表面積については特に制限はないが、700m/g以上であることが好ましい。比表面積は、吸着等温線からBET等温吸着式を用いてBET比表面積として算出することができる。 Such a mesoporous material preferably contains 60% or more of the total pore volume in a range of ± 40% of the center pore diameter in the pore diameter distribution curve. A mesoporous material satisfying this condition means that the pore diameter is very uniform. The specific surface area of the mesoporous material is not particularly limited, but is preferably 700 m 2 / g or more. The specific surface area can be calculated as a BET specific surface area from the adsorption isotherm using the BET isotherm adsorption equation.

さらに、このようなメソ多孔体は、そのX線回折(XRD)パターンにおいて1.5〜30.5nmのd値に相当する回折角度に1本以上のピークを有することが好ましい。X線回折ピークはそのピーク角度に相当するd値の周期構造が試料中にあることを意味する。したがって、1.5〜30.5nmのd値に相当する回折角度に1本以上のピークがあることは、細孔が1.5〜30.5nmの間隔で規則的に配列していることを意味する。   Further, such a mesoporous material preferably has one or more peaks at a diffraction angle corresponding to a d value of 1.5 to 30.5 nm in its X-ray diffraction (XRD) pattern. The X-ray diffraction peak means that a periodic structure having a d value corresponding to the peak angle is present in the sample. Therefore, having one or more peaks at a diffraction angle corresponding to a d value of 1.5 to 30.5 nm indicates that the pores are regularly arranged at intervals of 1.5 to 30.5 nm. means.

本発明にかかるメソ構造のSi系重合体を調製する際に用いられる界面活性剤は特に制限されないが、カチオン性、アニオン性、ノニオン性のうちのいずれであってもよく、具体的には、アルキルトリメチルアンモニウム、アルキルトリエチルアンモニウム、ジアルキルジメチルアンモニウム、ベンジルアンモニウムなどの塩化物、臭化物、ヨウ化物あるいは水酸化物;脂肪酸塩、アルキルスルホン酸塩、アルキルリン酸塩、ポリエチレンオキサイド系ノニオン性界面活性剤、一級アルキルアミンなどが挙げられる。これらの界面活性剤は1種を単独で使用しても2種以上を併用してもよい。   The surfactant used in preparing the mesostructured Si-based polymer according to the present invention is not particularly limited, and may be any of cationic, anionic, and nonionic, specifically, Chloride, bromide, iodide or hydroxide such as alkyltrimethylammonium, alkyltriethylammonium, dialkyldimethylammonium, benzylammonium; fatty acid salt, alkylsulfonate, alkylphosphate, polyethylene oxide nonionic surfactant, Primary alkylamines are listed. These surfactants may be used alone or in combination of two or more.

前記界面活性剤のうちのポリエチレンオキサイド系ノニオン性界面活性剤としては、疎水性成分として炭化水素基、親水性部分としてポリエチレンオキサイドをそれぞれ有するポリエチレンオキサイド系非イオン性界面活性剤などが挙げられる。このような界面活性剤としては、例えば、一般式C2n+1(OCHCHOHで表され、nが10〜30、mが1〜30であるものが好適に使用できる。また、オレイン酸、ラウリン酸、ステアリン酸、パルミチン酸などの脂肪酸とソルビタンとのエステル、あるいはこれらのエステルにポリエチレンオキサイドが付加した化合物もポリエチレンオキサイド系ノニオン性界面活性剤として用いることができる。 Among the surfactants, examples of the polyethylene oxide nonionic surfactant include a polyethylene oxide nonionic surfactant having a hydrocarbon group as a hydrophobic component and polyethylene oxide as a hydrophilic portion. Such surfactants, for example, the general formula C n H 2n + 1 (OCH 2 CH 2) expressed in m OH, n is 10 to 30, m can be preferably used those which are 1 to 30. Further, esters of fatty acids such as oleic acid, lauric acid, stearic acid, and palmitic acid and sorbitan, or compounds obtained by adding polyethylene oxide to these esters can also be used as the polyethylene oxide nonionic surfactant.

さらに、ポリエチレンオキサイド系ノニオン性界面活性剤として、トリブロックコポリマー型のポリアルキレンオキサイドを用いることもできる。このような界面活性剤としては、ポリエチレンオキサイド(EO)とポリプロピレンオキサイド(PO)からなり、一般式(EO)(PO)(EO)で表されるものが挙げられる。x、yはそれぞれEO、POの繰り返し数を表すが、xは5〜110、yは15〜70であることが好ましく、xは13〜106、yは29〜70であることがより好ましい。前記トリブロックコポリマーとしては、(EO)19(PO)29(EO)19、(EO)13(PO)70(EO)13、(EO)(PO)70(EO)、(EO)13(PO)30(EO)13、(EO)20(PO)30(EO)20、(EO)26(PO)39(EO)26、(EO)17(PO)56(EO)17、(EO)17(PO)58(EO)17、(EO)20(PO)70(EO)20、(EO)80(PO)30(EO)80、(EO)106(PO)70(EO)106、(EO)100(PO)39(EO)100、(EO)19(PO)33(EO)19、(EO)26(PO)36(EO)26が挙げられる。これらのトリブロックコポリマーはBASF社、アルドリッチ社などから入手可能であり、また、小規模製造レベルで所望のx値とy値を有するトリブロックコポリマーを得ることができる。 Furthermore, a triblock copolymer type polyalkylene oxide can also be used as the polyethylene oxide nonionic surfactant. Examples of such surfactants include those composed of polyethylene oxide (EO) and polypropylene oxide (PO) and represented by the general formula (EO) x (PO) y (EO) x . x and y represent the number of repetitions of EO and PO, respectively, x is preferably 5 to 110, y is preferably 15 to 70, x is preferably 13 to 106, and y is more preferably 29 to 70. Examples of the triblock copolymer include (EO) 19 (PO) 29 (EO) 19 , (EO) 13 (PO) 70 (EO) 13 , (EO) 5 (PO) 70 (EO) 5 , (EO) 13. (PO) 30 (EO) 13 , (EO) 20 (PO) 30 (EO) 20 , (EO) 26 (PO) 39 (EO) 26 , (EO) 17 (PO) 56 (EO) 17 , (EO ) 17 (PO) 58 (EO) 17 , (EO) 20 (PO) 70 (EO) 20 , (EO) 80 (PO) 30 (EO) 80 , (EO) 106 (PO) 70 (EO) 106 , (EO) 100 (PO) 39 (EO) 100 , (EO) 19 (PO) 33 (EO) 19 , (EO) 26 (PO) 36 (EO) 26 may be mentioned. These triblock copolymers are available from BASF, Aldrich, etc., and triblock copolymers having desired x and y values can be obtained at a small scale production level.

また、エチレンジアミンの2個の窒素原子にそれぞれ2本のポリエチレンオキサイド(EO)鎖−ポリプロピレンオキサイド(PO)鎖が結合したスターダイブロックコポリマーもポリエチレンオキサイド系ノニオン性界面活性剤として使用することができる。このようなスターダイブロックコポリマーとしては、一般式((EO)(PO)NCHCHN((PO)(EO)で表されるものが挙げられる。ここでx、yはそれぞれEO、POの繰り返し数を表すが、xは5〜110、yは15〜70であることが好ましく、xは13〜106、yは29〜70であることがより好ましい。 Further, a star diblock copolymer in which two polyethylene oxide (EO) chains-polypropylene oxide (PO) chains are bonded to two nitrogen atoms of ethylenediamine can also be used as the polyethylene oxide nonionic surfactant. Examples of such star diblock copolymers include those represented by the general formula ((EO) x (PO) y ) 2 NCH 2 CH 2 N ((PO) y (EO) x ) 2 . Here, x and y represent the number of repetitions of EO and PO, respectively, x is preferably 5 to 110, y is preferably 15 to 70, x is 13 to 106, and y is 29 to 70. preferable.

本発明の有機シリカ系材料においては、前記界面活性剤のうち、細孔の秩序性が高いメソ多孔体を得ることができることから、アルキルトリメチルアンモニウム[C2p+1N(CH]の塩(好ましくはハロゲン化物塩)を用いることが好ましい。また、その場合は、アルキルトリメチルアンモニウム中のアルキル基の炭素数は8〜22であることがより好ましい。このような界面活性剤としては、塩化オクタデシルトリメチルアンモニウム、塩化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、塩化テトラデシルトリメチルアンモニウム、臭化ドデシルトリメチルアンモニウム、臭化デシルトリメチルアンモニウム、臭化オクチルトリメチルアンモニウム、塩化ドコシルトリメチルアンモニウムなどが挙げられる。 In the organic silica-based material of the present invention, among the surface-active agent, since it is possible ordering of the pores to obtain a high mesoporous, alkyltrimethylammonium [C p H 2p + 1 N (CH 3) 3] of It is preferable to use a salt (preferably a halide salt). In that case, the alkyl group in the alkyltrimethylammonium preferably has 8 to 22 carbon atoms. Such surfactants include octadecyl trimethyl ammonium chloride, hexadecyl trimethyl ammonium chloride, tetradecyl trimethyl ammonium chloride, dodecyl trimethyl ammonium bromide, decyl trimethyl ammonium bromide, octyl trimethyl ammonium bromide, docosyl trimethyl ammonium chloride, etc. Is mentioned.

前記界面活性剤を用いて本発明にかかるSi系重合体を製造する場合においては、前記界面活性剤を含有する溶媒中において前記式(1)で表されるペリレン系有機シラン化合物を加水分解および縮合させることにより前記Si系重合体中に前記界面活性剤が導入された多孔体前駆体(有機シリカ系材料)を得る。前記溶液中の界面活性剤の濃度は1〜20質量%であることが好ましい。前記界面活性剤の濃度が前記下限未満になると細孔の形成が不完全となりやすい傾向にあり、他方、前記上限を超えると未反応で溶液中に残留する界面活性剤の量が増大して細孔の均一性が低下しやすい傾向にある。   In the case of producing the Si-based polymer according to the present invention using the surfactant, the perylene-based organosilane compound represented by the formula (1) is hydrolyzed and dissolved in a solvent containing the surfactant. By condensing, a porous precursor (organic silica-based material) in which the surfactant is introduced into the Si-based polymer is obtained. The concentration of the surfactant in the solution is preferably 1 to 20% by mass. When the concentration of the surfactant is less than the lower limit, pore formation tends to be incomplete. On the other hand, when the concentration exceeds the upper limit, the amount of the unreacted surfactant remaining in the solution increases and becomes finer. There is a tendency that the uniformity of the holes tends to decrease.

本発明の有機シリカ系材料において、前記Si系重合体の含有率としては、前記有機シリカ系材料100質量%に対して、10〜80質量%が好ましく、30〜70質量%がより好ましい。Si系重合体の含有率が前記下限未満になると、Si系重合体による光の吸収量が減少する傾向にあり、他方、前記上限を超えるとメソ構造の秩序が低下する傾向にある。また、前記界面活性剤の含有率としては、前記有機シリカ系材料100質量%に対して、20〜90質量%が好ましく、30〜70質量%がより好ましい。界面活性剤の含有率が前記下限未満になるとメソ構造の秩序が低下しやすく、また、Si系重合体中の有機基の会合を十分に抑制できない傾向にあり、他方、前記上限を超えるとSi系重合体による光の吸収量が減少しやすい傾向にある。   In the organic silica material of the present invention, the content of the Si polymer is preferably 10 to 80% by mass, and more preferably 30 to 70% by mass with respect to 100% by mass of the organic silica material. When the content of the Si-based polymer is less than the lower limit, the amount of light absorbed by the Si-based polymer tends to decrease. On the other hand, when the upper limit is exceeded, the order of the mesostructure tends to decrease. Moreover, as content rate of the said surfactant, 20-90 mass% is preferable with respect to 100 mass% of said organic silica type materials, and 30-70 mass% is more preferable. When the content of the surfactant is less than the lower limit, the order of the mesostructure tends to be lowered, and the association of the organic groups in the Si-based polymer tends not to be sufficiently suppressed. There is a tendency that the amount of light absorbed by the polymer is likely to decrease.

本発明の有機シリカ系材料の形態は特に限定されず、例えば、粒子状、薄膜状、さらにはその薄膜を所定の形状にパターニングしたパターン状などが挙げられる。また、本発明の有機シリカ系材料をFSMなどのメソポーラスシリカに担持してもよい。   The form of the organic silica material of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a particulate shape, a thin film shape, and a pattern shape obtained by patterning the thin film into a predetermined shape. The organic silica material of the present invention may be supported on mesoporous silica such as FSM.

本発明の有機シリカ系材料を製造する場合、前記シランモノマーと前記界面活性剤とを混合した後、前記シランモノマーを重合させてもよい。これにより前記シランモノマーの重合体(本発明にかかるSi系重合体)の細孔内に前記界面活性剤を充填することが可能となり、有機シリカ系材料の量子収率を高く保持することができる。   When producing the organic silica material of the present invention, the silane monomer may be polymerized after mixing the silane monomer and the surfactant. As a result, the surfactant can be filled in the pores of the polymer of the silane monomer (Si polymer according to the present invention), and the quantum yield of the organic silica material can be kept high. .

また、薄膜状の有機シリカ系材料を製造する場合には、先ず、前記界面活性剤を含む酸性溶液(例えば、塩酸、硝酸などの水溶液またはアルコール溶液)に前記シランモノマーを添加し、この溶液を攪拌して反応(部分加水分解および部分縮合反応)させてその部分重合体を含有するゾル溶液を製造する。このような前記シランモノマーの加水分解反応はpHが低い領域で起こりやすいことから、系のpHを低くすることにより部分重合を促進させることができる。このとき、pHは6以下であることが好ましく、4以下であることがより好ましい。また、その際の反応温度は15〜25℃程度が好ましく、反応時間は30分間〜1日間程度が好ましい。   In the case of producing a thin-film organic silica-based material, first, the silane monomer is added to an acidic solution containing the surfactant (for example, an aqueous solution or alcohol solution of hydrochloric acid, nitric acid, etc.). A sol solution containing the partial polymer is produced by stirring and reacting (partial hydrolysis and partial condensation reaction). Since such hydrolysis reaction of the silane monomer is likely to occur in a low pH region, partial polymerization can be promoted by lowering the pH of the system. At this time, the pH is preferably 6 or less, and more preferably 4 or less. Further, the reaction temperature at that time is preferably about 15 to 25 ° C., and the reaction time is preferably about 30 minutes to 1 day.

次に、このようにして得られたゾル溶液を基板に塗布することにより薄膜状の有機シリカ系材料を作製することができる。前記ゾル溶液を基板に塗布する方法としては特に制限はなく、各種コーティング方法を適宜採用することができる。例えば、溶液キャスト法や、バーコーター、ロールコーター、グラビアコーターなどを用いて塗布する方法、ディップコーティング、スピンコーティング、スプレーコーティングといった方法などが挙げられる。さらに、ゾル溶液をインクジェット法により塗布することにより、基板にパターン状の有機シリカ系材料を形成することも可能である。   Next, a thin-film organic silica-based material can be produced by applying the sol solution thus obtained to a substrate. There is no restriction | limiting in particular as a method of apply | coating the said sol solution to a board | substrate, Various coating methods can be employ | adopted suitably. Examples of the method include a solution casting method, a coating method using a bar coater, a roll coater, a gravure coater, and the like, a method such as dip coating, spin coating, and spray coating. Furthermore, it is also possible to form a patterned organic silica material on a substrate by applying a sol solution by an ink jet method.

次に、得られた薄膜を25〜120℃程度で乾燥させ、前記部分重合体の重縮合反応を進めて三次元的な架橋構造を形成させることが好ましい。得られる薄膜の平均膜厚は2μm以下であることが好ましく、0.1〜0.5μmであることがより好ましい。   Next, it is preferable to dry the obtained thin film at about 25-120 degreeC, and to advance the polycondensation reaction of the said partial polymer, and to form a three-dimensional crosslinked structure. The average film thickness of the obtained thin film is preferably 2 μm or less, and more preferably 0.1 to 0.5 μm.

また、このような薄膜状の有機シリカ系材料は、特開2001−130911号公報などに記載の方法に準拠して得ることも可能である。   Such a thin-film organic silica-based material can also be obtained in accordance with a method described in JP-A No. 2001-130911.

次に、本発明の有機シリカ系メソ多孔体について説明する。本発明の有機シリカ系メソ多孔体は、下記式(1):   Next, the organosilica mesoporous material of the present invention will be described. The organosilica mesoporous material of the present invention has the following formula (1):

Figure 2010196019
Figure 2010196019

で表されるペリレン系有機シラン化合物のメソ構造を有する重合体(Si系重合体)からなるものである。本発明の有機シリカ系メソ多孔体における前記式(1)中のR〜R10は前記有機シリカ系材料における前記式(1)中のR〜R10と同義である。本発明の有機シリカ系メソ多孔体は、ペリレンビスイミド骨格を有するSi系重合体を含有しているため、吸収スペクトルの長波長側の吸収端の波長が600nm以上となり、500nm以上の長波長の光を効率的に吸収することが可能となる。前記Si系重合体中にシラノール基の一部がそのまま残存していたり、Siに結合したアリル基がそのまま残存していても有機シリカ系メソ多孔体の光吸収性には影響しない。 A polymer having a mesostructure of a perylene-based organosilane compound (Si-based polymer). R 1 to R 10 in the formula (1) in the organic mesoporous silica material of the present invention has the same meaning as R 1 to R 10 in the formula (1) in the organic silica-based material. Since the organosilica mesoporous material of the present invention contains a Si polymer having a perylene bisimide skeleton, the wavelength of the absorption edge on the long wavelength side of the absorption spectrum is 600 nm or more, and the long wavelength of 500 nm or more. Light can be efficiently absorbed. Even if a part of silanol group remains in the Si polymer or an allyl group bonded to Si does not affect the light absorption of the organosilica mesoporous material.

本発明の有機シリカ系メソ多孔体におけるSi系重合体の構造式は、重合されるペリレン系有機シラン化合物の種類に依存する。例えば、前記ペリレン系有機シラン化合物が下記式(3)   The structural formula of the Si-based polymer in the organic silica-based mesoporous material of the present invention depends on the type of perylene-based organic silane compound to be polymerized. For example, the perylene-based organosilane compound is represented by the following formula (3)

Figure 2010196019
Figure 2010196019

で表されるものである場合、前記Si系重合体は、下記式(4): The Si-based polymer is represented by the following formula (4):

Figure 2010196019
Figure 2010196019

で表される繰り返し単位を有するものとなる。 It has what has a repeating unit represented by these.

本発明の有機シリカ系メソ多孔体における前記式(3)および(4)中のR、R、R、R〜R10、Z、mおよびRは前記有機シリカ系材料における前記式(3)および(4)中のR、R、R、R〜R10、Z、mおよびRと同義である。前記有機シリカ系メソ多孔体における前記式(3)中のRおよびnは前記有機シリカ系材料における前記式(3)中のRおよびnと同義である。前記有機シリカ系メソ多孔体における前記式(4)中のiおよびjは前記有機シリカ系材料におけるiおよびjと同義であり、iとjとの組み合わせは、Si系重合体中の全てのシリル基において同じである必要はない。また、Rがアリル基の場合、アリル基が加水分解により脱離するため、前記式(3)中の(3−n)の値と前記式(3−i−j)の値は必ずしも一致しない。 In the organosilica mesoporous material of the present invention, R 1 , R 4 , R 5 , R 8 to R 10 , Z, m and R b in the formulas (3) and (4) are the same as those in the organosilica material. equation (3) and (4) R 1 in, R 4, R 5, R 8 ~R 10, Z, is synonymous with m and R b. R a and n in the formula (3) in the said organic mesoporous silica material has the same meaning as R a and n in the formula (3) in the said organic silica materials. I and j in the formula (4) in the organosilica-based mesoporous material have the same meanings as i and j in the organosilica-based material, and the combination of i and j is all silyl in the Si-based polymer. The groups need not be the same. Further, when R b is an allyl group, the allyl group is eliminated by hydrolysis, and therefore the value of (3-n) in the formula (3) and the value of the formula (3-i-j) are not necessarily the same. do not do.

このような有機シリカ系メソ多孔体は、本発明の有機シリカ系材料から界面活性剤を除去することによって製造することができる。界面活性剤を除去する方法としては、例えば、(i)界面活性剤に対する溶解度が高い有機溶媒(例えば、エタノール)中に、メソ構造のSi系重合体と界面活性剤とを含有する本発明の有機シリカ系材料を浸漬して前記界面活性剤を除去する方法、(ii)メソ構造のSi系重合体と界面活性剤とを含有する本発明の有機シリカ系材料を250〜550℃で焼成して前記界面活性剤を除去する方法、(iii)メソ構造のSi系重合体と界面活性剤とを含有する本発明の有機シリカ系材料を酸性溶液(例えば、塩酸酸性アルコール溶液)に浸漬して加熱し、前記界面活性剤を水素イオンに交換するイオン交換法、(iv)メソ構造のSi系重合体と界面活性剤とを含有する本発明の有機シリカ系材料を、加熱した酸性蒸気(例えば、塩酸蒸気)に曝露した後、有機溶媒(例えば、エタノール)に浸漬して前記界面活性剤を有機溶媒中に溶出させる方法、(v)メソ構造のSi系重合体と界面活性剤とを含有する本発明の有機シリカ系材料を、加熱した塩基性蒸気(例えば、アンモニア水の蒸気)に曝露した後、有機溶媒(例えば、エタノール)に浸漬して前記界面活性剤を有機溶媒中に溶出させる方法、などを挙げることができる。これらの方法における処理条件は、使用する界面活性剤、有機溶媒、酸性蒸気、塩基性蒸気の種類などにより適宜設定することができる。   Such an organic silica-based mesoporous material can be produced by removing the surfactant from the organic silica-based material of the present invention. As a method for removing the surfactant, for example, (i) a mesostructured Si-based polymer and a surfactant are contained in an organic solvent (for example, ethanol) having high solubility in the surfactant. A method of removing the surfactant by immersing the organic silica material, (ii) firing the organic silica material of the present invention containing a mesostructured Si polymer and a surfactant at 250 to 550 ° C. And (iii) immersing the organic silica-based material of the present invention containing a mesostructured Si-based polymer and a surfactant in an acidic solution (for example, a hydrochloric acid acidic alcohol solution). An ion exchange method in which the surfactant is heated and exchanged with hydrogen ions; (iv) an organic silica-based material of the present invention containing a mesostructured Si-based polymer and a surfactant is heated with an acidic vapor (for example, , Exposed to hydrochloric acid vapor) And (v) a method of eluting the surfactant into the organic solvent by immersing it in an organic solvent (for example, ethanol), and (v) the organic silica of the present invention containing a mesostructured Si-based polymer and a surfactant. Examples include a method in which a system material is exposed to heated basic vapor (for example, ammonia water vapor) and then immersed in an organic solvent (for example, ethanol) to elute the surfactant into the organic solvent. Can do. The treatment conditions in these methods can be appropriately set depending on the type of surfactant, organic solvent, acidic vapor, basic vapor to be used.

本発明の有機シリカ系多孔体の形態は特に限定されず、例えば、粒子状、薄膜状、さらにはその薄膜を所定の形状にパターニングしたパターン状などが挙げられ、通常、使用する有機シリカ系材料の形態に依存する。また、本発明の有機シリカ系多孔体をFSMなどのメソポーラスシリカに担持してもよい。   The form of the organic silica-based porous material of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a particulate shape, a thin film shape, and a pattern shape obtained by patterning the thin film into a predetermined shape. Depends on the form of Further, the organic silica based porous material of the present invention may be supported on mesoporous silica such as FSM.

本発明の有機シリカ系メソ多孔体を粉末として製造した場合、これをそのまま使用してもよいし、必要に応じて成形して使用してもよい。成形する手段は特に制限されないが、押出成形、打錠成形、転動造粒、圧縮成形、CIPなどが好ましい。その形状は使用箇所、方法などに応じて決めることができ、例えば、円柱状、破砕状、球状、ハニカム状、凹凸状、波板状などが挙げられる。   When the organosilica mesoporous material of the present invention is produced as a powder, it may be used as it is, or may be molded and used as necessary. The means for molding is not particularly limited, but extrusion molding, tableting molding, rolling granulation, compression molding, CIP and the like are preferable. The shape can be determined according to the place of use, method, and the like, and examples thereof include a columnar shape, a crushed shape, a spherical shape, a honeycomb shape, an uneven shape, and a corrugated plate shape.

以下、実施例および比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、得られた有機シリカ粉末および有機シリカ薄膜のメソ多孔体の紫外/可視吸収スペクトルはJASCO社製「FP−6500 Spectrofluorometer」を用いて測定した。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example and a comparative example, this invention is not limited to a following example. In addition, the ultraviolet / visible absorption spectrum of the obtained mesoporous material of the organic silica powder and the organic silica thin film was measured using “FP-6500 Spectrofluorometer” manufactured by JASCO.

(合成例1)
<N,N’−ビス(1−エチルプロピル)−2,5,8,11−テトラキス[2−(トリメトキシシリル)エチル]ペリレン−3,4:9,10−テトラカルボン酸ビスイミドの合成>
先ず、容量50mLのナス型フラスコに、ペリレン−3,4:9,10−テトラカルボン酸二無水物(1.12g、3.0mmol)、イミダゾール(6.0g)および1−エチルプロピルアミン(1.75mL、15mmol)を入れた。この混合液を160℃で4時間加熱して下記反応式(I):
(Synthesis Example 1)
<Synthesis of N, N′-bis (1-ethylpropyl) -2,5,8,11-tetrakis [2- (trimethoxysilyl) ethyl] perylene-3,4: 9,10-tetracarboxylic acid bisimide>
First, a perylene-3,4: 9,10-tetracarboxylic dianhydride (1.12 g, 3.0 mmol), imidazole (6.0 g) and 1-ethylpropylamine (1 .75 mL, 15 mmol). This mixed solution is heated at 160 ° C. for 4 hours, and the following reaction formula (I):

Figure 2010196019
Figure 2010196019

で表される反応を行なった。得られた反応溶液を室温まで冷却し、1mol/LのHCl水溶液を加えた後、未反応のアミンとイミダゾールを濾別した。得られた反応生成物を、ジクロロメタンを展開溶媒としてシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより分離した。その後、ジクロロメタンとメタノールを用いて再結晶し、赤色粉末(1.48g、収率93%)を得た。 The reaction represented by The obtained reaction solution was cooled to room temperature, 1 mol / L aqueous HCl solution was added, and unreacted amine and imidazole were separated by filtration. The obtained reaction product was separated by silica gel column chromatography using dichloromethane as a developing solvent. Thereafter, recrystallization was performed using dichloromethane and methanol to obtain a red powder (1.48 g, yield 93%).

この赤色粉末をH−NMR測定により同定し、N,N’−ビス(1−エチルプロピル)−ペリレン−3,4:9,10−テトラカルボン酸ビスイミドであることを確認した。その結果を以下に示す。
H−NMR(400MHz、CDCl):δ0.92(t,J=7.4Hz,12H)、1.90−1.98(m,4H)、2.22−2.33(m,4H)、5.04−5.11(m,2H)、8.63(d,J=8.1Hz,4H)、8.68(d,J=8.1Hz,4H)。
This red powder was identified by 1 H-NMR measurement and confirmed to be N, N′-bis (1-ethylpropyl) -perylene-3,4: 9,10-tetracarboxylic acid bisimide. The results are shown below.
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ 0.92 (t, J = 7.4 Hz, 12H), 1.90-1.98 (m, 4H), 2.22-2.33 (m, 4H) ), 5.04-5.11 (m, 2H), 8.63 (d, J = 8.1 Hz, 4H), 8.68 (d, J = 8.1 Hz, 4H).

次に、シュレンクフラスコに、前記N,N’−ビス(1−エチルプロピル)−ペリレン−3,4:9,10−テトラカルボン酸ビスイミド(53.0mg、0.10mmol)およびRuH(CO)(PPh(5.5mg、0.006mmol)を入れ、窒素置換を行なった。これにビニルトリメトキシシラン(0.15mL、1.0mmol)およびメシチレン(0.30mL)を添加し、165℃で加熱しながら36時間撹拌して、下記反応式(II): Next, the N, N′-bis (1-ethylpropyl) -perylene-3,4: 9,10-tetracarboxylic acid bisimide (53.0 mg, 0.10 mmol) and RuH 2 (CO) were placed in a Schlenk flask. (PPh 3 ) 3 (5.5 mg, 0.006 mmol) was added, and nitrogen substitution was performed. Vinyltrimethoxysilane (0.15 mL, 1.0 mmol) and mesitylene (0.30 mL) were added thereto, and the mixture was stirred for 36 hours while heating at 165 ° C., and the following reaction formula (II):

Figure 2010196019
Figure 2010196019

で表される反応を行なった。得られた反応溶液をそのままテトラヒドロフランに添加して溶解させ、GPC用ポリスチレンゲル(バイオビーズ)により反応生成物を定量的に単離した。得られた反応生成物は少量のメシチレンを含んでおり、高真空でメシチレンを除去して濃赤色固体(112mg、収率100%)を得た。 The reaction represented by The obtained reaction solution was added to tetrahydrofuran as it was and dissolved, and the reaction product was quantitatively isolated by GPC polystyrene gel (biobeads). The obtained reaction product contained a small amount of mesitylene, and mesitylene was removed under high vacuum to obtain a dark red solid (112 mg, yield 100%).

この濃赤色固体をH−NMR測定、13C−NMR測定、紫外/可視吸収スペクトル測定、蛍光スペクトル測定およびHR−MS測定により同定し、N,N’−ビス(1−エチルプロピル)−2,5,8,11−テトラキス[2−(トリメトキシシリル)エチル]ペリレン−3,4:9,10−テトラカルボン酸ビスイミドであることを確認した。その結果を以下に示す。
H−NMR(400MHz、CDCl):δ0.91(t,J=7.2Hz,12H)、1.20−1.25(m,8H)、1.87−1.95(m,4H)、2.20−2.28(m,4H)、3.57−3.63(m,8H)、3.68(s,36H)、5.06−5.11(m,2H)、8.43(s,4H)。
13C−NMR(100MHz、CDCl):δ11.04、11.55、25.26、30.53、50.83、57.29、120.14、124.46、126.82、132.08、133.19、152.19、164.34。
紫外/可視吸収スペクトル(トルエン):λmax[nm](ε[M−1cm−1])=386(8900)、456.5(15000)、486.5(38000)、522.5(56000)。
蛍光スペクトル(トルエン、λex=523nm):λem[nm]=534、576。
HR−MS(ESI−MS):m/z=1157.4188、calcd for(C547816SiCl)=1157.4122([M+Cl])。
This dark red solid was identified by 1 H-NMR measurement, 13 C-NMR measurement, ultraviolet / visible absorption spectrum measurement, fluorescence spectrum measurement and HR-MS measurement, and N, N′-bis (1-ethylpropyl) -2 , 5,8,11-tetrakis [2- (trimethoxysilyl) ethyl] perylene-3,4: 9,10-tetracarboxylic acid bisimide. The results are shown below.
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ 0.91 (t, J = 7.2 Hz, 12H), 1.20-1.25 (m, 8H), 1.87-1.95 (m, 4H) ), 2.20-2.28 (m, 4H), 3.57-3.63 (m, 8H), 3.68 (s, 36H), 5.06-5.11 (m, 2H), 8.43 (s, 4H).
13 C-NMR (100 MHz, CDCl 3 ): δ 11.04, 11.55, 25.26, 30.53, 50.29, 57.29, 120.14, 124.46, 126.82, 132.08 133.19, 152.19, 164.34.
UV / visible absorption spectrum (toluene): λ max [nm] ( ε [M -1 cm -1]) = 386 (8900), 456.5 (15000), 486.5 (38000), 522.5 (56000 ).
Fluorescence spectra (toluene, λ ex = 523nm): λ em [nm] = 534,576.
HR-MS (ESI-MS) : m / z = 1157.4188, calcd for (C 54 H 78 N 2 O 16 Si 4 Cl) - = 1157.4122 ([M + Cl] -).

(合成例2)
<N,N’−ジブチル−1,6,7,12−テトラキス[4−(トリエトキシシリル)フェノキシ]ペリレン−3,4:9,10−テトラテトラカルボン酸ビスイミドの合成>
先ず、プロピオン酸(30mL)に、1,6,7,12−テトラクロロペリレン−3,4:9,10−テトラカルボン酸二無水物(1.94g、3.66mmol)およびブチルアミン(1.81mL、1.34g、18.3mmol)を加え、12時間加熱還流して下記反応式(III):
(Synthesis Example 2)
<Synthesis of N, N'-dibutyl-1,6,7,12-tetrakis [4- (triethoxysilyl) phenoxy] perylene-3,4: 9,10-tetratetracarboxylic acid bisimide>
First, propionic acid (30 mL) was added to 1,6,7,12-tetrachloroperylene-3,4: 9,10-tetracarboxylic dianhydride (1.94 g, 3.66 mmol) and butylamine (1.81 mL). , 1.34 g, 18.3 mmol), and heated under reflux for 12 hours, the following reaction formula (III):

Figure 2010196019
Figure 2010196019

で表される反応を行なった。得られた反応溶液を室温まで冷却した後、エタノール(100mL)を加え、生じた赤色沈澱を吸引濾過により回収した。残渣を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、水、エタノールで洗浄した後、真空乾燥して赤色固体(2.08g、収率89%)を得た。 The reaction represented by The resulting reaction solution was cooled to room temperature, ethanol (100 mL) was added, and the resulting red precipitate was collected by suction filtration. The residue was washed with saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution, water and ethanol, and then dried in vacuo to give a red solid (2.08 g, yield 89%).

この赤色固体をH−NMR測定により同定し、N,N’−ジブチル−1,6,7,12−テトラクロロペリレン−3,4:9,10−テトラカルボン酸ビスイミドであることを確認した。その結果を以下に示す。
H−NMR(400MHz、CDCl):δ8.67(s,4H)、4.22(t,J=7.4Hz,4H)、1.74(m,4H)、1.47(m,4H)、1.01(t,J=7.4Hz,6H)。
This red solid was identified by 1 H-NMR measurement and confirmed to be N, N′-dibutyl-1,6,7,12-tetrachloroperylene-3,4: 9,10-tetracarboxylic acid bisimide. . The results are shown below.
1 H-NMR (400MHz, CDCl 3): δ8.67 (s, 4H), 4.22 (t, J = 7.4Hz, 4H), 1.74 (m, 4H), 1.47 (m, 4H), 1.01 (t, J = 7.4 Hz, 6H).

次に、前記N,N’−ジブチル−1,6,7,12−テトラクロロペリレン−3,4:9,10−テトラカルボン酸ビスイミド(1.0g、1.56mmol)、4−ヨードフェノール(2.64g、12.0mmol)、炭酸カリウム(0.72g、5.24mmol)およびN−メチルピロリドン(NMP、16mL)を混合し、140℃で加熱しながら3時間攪拌して下記反応式(IV):   Next, the N, N′-dibutyl-1,6,7,12-tetrachloroperylene-3,4: 9,10-tetracarboxylic acid bisimide (1.0 g, 1.56 mmol), 4-iodophenol ( 2.64 g, 12.0 mmol), potassium carbonate (0.72 g, 5.24 mmol) and N-methylpyrrolidone (NMP, 16 mL) were mixed, stirred for 3 hours while heating at 140 ° C., and the following reaction formula (IV ):

Figure 2010196019
Figure 2010196019

で表される反応を行なった。得られた反応溶液を室温まで冷却し、水(100mL)に注いだ後、1時間攪拌した。生じた沈澱を吸引濾過により回収した後、クロロホルム(50mL)に再度溶解させた。その後、メタノール(200mL)を添加して再沈澱させ、沈殿物を吸引濾過により回収し、残渣を真空乾燥して紫色固体(1.60g)を得た。 The reaction represented by The resulting reaction solution was cooled to room temperature, poured into water (100 mL), and stirred for 1 hour. The resulting precipitate was collected by suction filtration and then redissolved in chloroform (50 mL). Thereafter, methanol (200 mL) was added for reprecipitation, the precipitate was collected by suction filtration, and the residue was dried under vacuum to obtain a purple solid (1.60 g).

この紫色固体をH−NMR測定により同定し、N,N’−ジブチル−1,6,7,12−テトラキス(4−ヨードフェノキシ)ペリレン−3,4:9,10−テトラカルボン酸ビスイミドであることを確認した。その結果を以下に示す。なお、この紫色固体には、ヨウ素の一部(約10%)が水素原子に置き換わったものが含まれていた。
H−NMR(400MHz、CDCl):δ8.15(s,4H)、7.58(d,J=8.8Hz,8H)、6.66(d,J=8.8Hz,8H)、4.11(t,J=7.6Hz,4H)、1.65(m,4H)、1.40(m,4H)、0.95(t,J=7.3Hz,6H)。
This purple solid was identified by 1 H-NMR measurement, and N, N′-dibutyl-1,6,7,12-tetrakis (4-iodophenoxy) perylene-3,4: 9,10-tetracarboxylic acid bisimide I confirmed that there was. The results are shown below. This purple solid contained a part of iodine (about 10%) replaced with a hydrogen atom.
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ 8.15 (s, 4H), 7.58 (d, J = 8.8 Hz, 8H), 6.66 (d, J = 8.8 Hz, 8H), 4.11 (t, J = 7.6 Hz, 4H), 1.65 (m, 4H), 1.40 (m, 4H), 0.95 (t, J = 7.3 Hz, 6H).

次に、アルゴン雰囲気下で、前記N,N’−ジブチル−1,6,7,12−テトラキス(4−ヨードフェノキシ)ペリレン−3,4:9,10−テトラカルボン酸ビスイミド(1.0g、0.728mmol)、Rh[(cod)(CHCN)]BF(27.7mg、0.073mmol)およびテトラブチルアンモニウムヨージド(1.08g、2.91mmol)を混合し、この混合物に脱水ジメチルホルムアミド(DMF、25mL)および脱水トリエチルアミン(TEA、1.22mL)を添加して0℃に冷却した。その後、トリエトキシシラン(1.07mL、0.957g、5.82mmol)を添加して80℃で加熱しながら3時間攪拌して下記反応式(V): Next, in an argon atmosphere, the N, N′-dibutyl-1,6,7,12-tetrakis (4-iodophenoxy) perylene-3,4: 9,10-tetracarboxylic acid bisimide (1.0 g, 0.728mmol), Rh [(cod) (CH 3 CN) 2] BF 4 (27.7mg, 0.073mmol) and tetrabutylammonium iodide (1.08 g, 2.91 mmol) were mixed and to this mixture Dehydrated dimethylformamide (DMF, 25 mL) and dehydrated triethylamine (TEA, 1.22 mL) were added and cooled to 0 ° C. Thereafter, triethoxysilane (1.07 mL, 0.957 g, 5.82 mmol) was added and stirred at 80 ° C. for 3 hours, followed by the following reaction formula (V):

Figure 2010196019
Figure 2010196019

で表される反応を行なった。得られた反応溶液を室温に冷却した後、溶媒を減圧留去し、残渣にジエチルエーテル(50mL)を加えて激しく攪拌した。この溶液をセライトおよび活性炭を用いて吸引濾過し、濾液を減圧下で濃縮・乾燥して紫色固体(0.5g)を得た。 The reaction represented by After cooling the obtained reaction solution to room temperature, the solvent was distilled off under reduced pressure, diethyl ether (50 mL) was added to the residue, and the mixture was vigorously stirred. This solution was suction filtered using Celite and activated carbon, and the filtrate was concentrated and dried under reduced pressure to obtain a purple solid (0.5 g).

この紫色固体をH−NMR測定により同定し、N,N’−ジブチル−1,6,7,12−テトラキス[4−(トリエトキシシリル)フェノキシ]ペリレン−3,4:9,10−テトラテトラカルボン酸ビスイミドであることを確認した。その結果を以下に示す。なお、この紫色固体には、トリエトキシシリル基の一部(約15%)が水素原子に置き換わったものが含まれていた。
H−NMR(400MHz、CDCl):δ8.22(s,4H)、7.56(d,J=8.7Hz,8H)、6.90(d,J=8.7Hz,8H)、4.12(t(br),4H)、3.87(q,J=6.8Hz,24H)、1.66(m,4H)、1.41(m,4H)、1.27(t,J=6.8Hz,36H)、0.94(t,J=7.4Hz,6H)。
This purple solid was identified by 1 H-NMR measurement, and N, N′-dibutyl-1,6,7,12-tetrakis [4- (triethoxysilyl) phenoxy] perylene-3,4: 9,10-tetra It was confirmed that it was a tetracarboxylic acid bisimide. The results are shown below. This purple solid contained a triethoxysilyl group partly substituted (approximately 15%) by hydrogen atoms.
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ 8.22 (s, 4H), 7.56 (d, J = 8.7 Hz, 8H), 6.90 (d, J = 8.7 Hz, 8H), 4.12 (t (br), 4H), 3.87 (q, J = 6.8 Hz, 24H), 1.66 (m, 4H), 1.41 (m, 4H), 1.27 (t , J = 6.8 Hz, 36H), 0.94 (t, J = 7.4 Hz, 6H).

(合成例3)
<N,N’−ビス[4−(トリエトキシシリル)フェニル]−ペリレン−3,4:9,10−テトラカルボン酸ビスイミドの合成>
先ず、アルゴン雰囲気下で、ペリレン−3,4:9,10−テトラカルボン酸二無水物(2.35g、6.0mmol)、酢酸亜鉛(0.85g)およびキノリン(45mL)を混合し、100℃で加熱しながら30分間攪拌した。この混合物に4−ヨードアニリン(6.57g、30.0mmol)を添加し、200℃で加熱しながら24時間攪拌して下記反応式(VI):
(Synthesis Example 3)
<Synthesis of N, N'-bis [4- (triethoxysilyl) phenyl] -perylene-3,4: 9,10-tetracarboxylic acid bisimide>
First, under an argon atmosphere, perylene-3,4: 9,10-tetracarboxylic dianhydride (2.35 g, 6.0 mmol), zinc acetate (0.85 g) and quinoline (45 mL) were mixed, and 100 The mixture was stirred for 30 minutes while heating at ° C. To this mixture, 4-iodoaniline (6.57 g, 30.0 mmol) was added and stirred for 24 hours while heating at 200 ° C. The following reaction formula (VI):

Figure 2010196019
Figure 2010196019

で表される反応を行なった。得られた反応溶液を室温まで冷却した後、エタノール(350mL)に注ぎ、生成した沈澱物を吸引濾過により回収した。残渣を5質量%炭酸カリウム水溶液(500mL)に分散させ、70℃で加熱攪拌した後、吸引濾過により回収した。この操作を2回繰り返した後、残渣をメタノール(100mL)に分散させ、70℃で加熱攪拌した後、吸引濾過により回収した。その後、残渣を真空乾燥して濃赤色固体(4.56g、収率96%)を得た。なお、この濃赤色固体は不溶性であったため、NMR測定は実施しなかったが、N,N’−ビス(4−ヨードフェニル)−ペリレン−3,4:9,10−テトラカルボン酸ビスイミドであると考えられる。 The reaction represented by The resulting reaction solution was cooled to room temperature, poured into ethanol (350 mL), and the resulting precipitate was collected by suction filtration. The residue was dispersed in a 5% by mass aqueous potassium carbonate solution (500 mL), heated and stirred at 70 ° C., and then collected by suction filtration. After this operation was repeated twice, the residue was dispersed in methanol (100 mL), heated and stirred at 70 ° C., and then collected by suction filtration. Thereafter, the residue was vacuum-dried to obtain a dark red solid (4.56 g, yield 96%). Since this dark red solid was insoluble, no NMR measurement was performed, but it was N, N′-bis (4-iodophenyl) -perylene-3,4: 9,10-tetracarboxylic acid bisimide. it is conceivable that.

次に、アルゴン雰囲気下で、前記N,N’−ビス(4−ヨードフェニル)−ペリレン−3,4:9,10−テトラカルボン酸ビスイミド(0.79g、1.0mmol)およびRh[(cod)(CHCN)]BF(19.0mg、0.050mmol)を混合し、この混合物に脱水ジメチルホルムアミド(DMF、20mL)および脱水トリエチルアミン(TEA、0.84mL)を添加して0℃に冷却した。その後、トリエトキシシラン(0.74mL、0.657g、4.0mmol)を添加して80℃で加熱しながら4時間攪拌して下記反応式(VII): Next, in an argon atmosphere, the N, N′-bis (4-iodophenyl) -perylene-3,4: 9,10-tetracarboxylic acid bisimide (0.79 g, 1.0 mmol) and Rh [(cod ) (CH 3 CN) 2 ] BF 4 (19.0 mg, 0.050 mmol), and to this mixture was added dehydrated dimethylformamide (DMF, 20 mL) and dehydrated triethylamine (TEA, 0.84 mL) at 0 ° C. Cooled to. Thereafter, triethoxysilane (0.74 mL, 0.657 g, 4.0 mmol) was added and stirred at 80 ° C. for 4 hours, followed by the following reaction formula (VII):

Figure 2010196019
Figure 2010196019

で表される反応を行なった。得られた反応溶液を室温に冷却した後、溶媒を減圧留去し、残渣にクロロホルム(50mL)を加えた。この溶液をセライトおよび活性炭を用いて吸引濾過した後、得られたクロロホルム溶液を分液ロートを用いて水で手早く洗浄した。分液後の有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、濾過し、濾液を減圧下で濃縮した。この濃縮液にヘキサン(100mL)を加えて30分間攪拌した後、遠心分離(3500rpm、5分間)を施して固体成分を回収し、真空乾燥して濃赤色固体(0.33g、収率38%)を得た。 The reaction represented by After the obtained reaction solution was cooled to room temperature, the solvent was distilled off under reduced pressure, and chloroform (50 mL) was added to the residue. The solution was suction filtered using Celite and activated carbon, and the resulting chloroform solution was quickly washed with water using a separatory funnel. The separated organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate and then filtered, and the filtrate was concentrated under reduced pressure. Hexane (100 mL) was added to this concentrated solution and stirred for 30 minutes, and then centrifuged (3500 rpm, 5 minutes) to recover the solid component, followed by vacuum drying to obtain a dark red solid (0.33 g, 38% yield). )

この濃赤色固体H−NMR測定により同定し、N,N’−ビス[4−(トリエトキシシリル)フェニル]−ペリレン−3,4:9,10−テトラカルボン酸ビスイミドであることを確認した。その結果を以下に示す。
H−NMR(400MHz、CDCl):δ8.73(d,J=8.5Hz,4H)、8.63(d,J=8.5Hz,4H)、7.89(d,J=8.4Hz,4H)、7.39(d,J=8.4Hz,4H)、3.95(q,J=7.0Hz,12H)、1.30(t,J=7.0Hz,18H)。
This dark red solid was identified by 1 H-NMR measurement and confirmed to be N, N′-bis [4- (triethoxysilyl) phenyl] -perylene-3,4: 9,10-tetracarboxylic acid bisimide. . The results are shown below.
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ 8.73 (d, J = 8.5 Hz, 4H), 8.63 (d, J = 8.5 Hz, 4H), 7.89 (d, J = 8 .4 Hz, 4H), 7.39 (d, J = 8.4 Hz, 4H), 3.95 (q, J = 7.0 Hz, 12H), 1.30 (t, J = 7.0 Hz, 18H) .

(実施例1)
<ペリレンビスイミド骨格含有Si系重合体/界面活性剤からなる有機シリカ粉末の調製>
カチオン性界面活性剤(トリメチルオクタデシルアンモニウムクロリド、50mg)、水(3mL)および6mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液(0.05mL)を混合し、室温で攪拌した。この混合物に、合成例1で得たN,N’−ビス(1−エチルプロピル)−2,5,8,11−テトラキス[2−(トリメトキシシリル)エチル]ペリレン−3,4:9,10−テトラカルボン酸ビスイミド(50mg)をテトラヒドロフラン(0.3mL)に溶解させた溶液を添加し、室温で24時間攪拌した後、さらに95℃で24時間加熱した。生成した沈澱を吸引濾過により回収し、水で洗浄した後、真空乾燥して、ペリレンビスイミド骨格含有Si系重合体/トリメチルオクタデシルアンモニウムクロリドからなる赤茶色の有機シリカ粉末(60mg)を得た。
Example 1
<Preparation of organosilica powder comprising perylene bisimide skeleton-containing Si-based polymer / surfactant>
Cationic surfactant (trimethyloctadecyl ammonium chloride, 50 mg), water (3 mL) and 6 mol / L aqueous sodium hydroxide solution (0.05 mL) were mixed and stirred at room temperature. To this mixture, N, N′-bis (1-ethylpropyl) -2,5,8,11-tetrakis [2- (trimethoxysilyl) ethyl] perylene-3, 4: 9, obtained in Synthesis Example 1 was added. A solution of 10-tetracarboxylic acid bisimide (50 mg) dissolved in tetrahydrofuran (0.3 mL) was added, and the mixture was stirred at room temperature for 24 hours, and further heated at 95 ° C. for 24 hours. The generated precipitate was collected by suction filtration, washed with water, and then vacuum dried to obtain a reddish brown organic silica powder (60 mg) composed of a perylene bisimide skeleton-containing Si polymer / trimethyloctadecyl ammonium chloride.

得られた粉末のX線回折パターンを図1に、紫外/可視吸収スペクトルを図2に示す。この有機シリカ粉末は、周期4.1nmのメソ構造を有するものであることが確認された。また、波長530nm付近に吸収極大を持つものであり、吸収スペクトルの長波長側の吸収端は600nm以上であることも確認された。   The X-ray diffraction pattern of the obtained powder is shown in FIG. 1, and the ultraviolet / visible absorption spectrum is shown in FIG. This organosilica powder was confirmed to have a mesostructure with a period of 4.1 nm. It was also confirmed that it has an absorption maximum near a wavelength of 530 nm, and the absorption edge on the long wavelength side of the absorption spectrum is 600 nm or more.

(実施例2)
<ペリレンビスイミド骨格含有Si系多孔体粉末の調製>
実施例1と同様にして調製した有機シリカ粉末を、エタノール(10mL)と濃塩酸(0.1mL)の混合溶液に分散させた。この分散液を60℃で12時間加熱した後、吸引濾過により沈澱物を回収してエタノールで洗浄し、有機シリカ粉末からトリメチルオクタデシルアンモニウムクロリドを除去した。得られた粉末を真空乾燥してペリレンビスイミド骨格含有Si系多孔体粉末(30mg)を得た。
(Example 2)
<Preparation of perylene bisimide skeleton-containing Si-based porous powder>
The organic silica powder prepared in the same manner as in Example 1 was dispersed in a mixed solution of ethanol (10 mL) and concentrated hydrochloric acid (0.1 mL). After this dispersion was heated at 60 ° C. for 12 hours, the precipitate was collected by suction filtration and washed with ethanol to remove trimethyloctadecyl ammonium chloride from the organic silica powder. The obtained powder was vacuum-dried to obtain a perylene bisimide skeleton-containing Si-based porous powder (30 mg).

得られた多孔体粉末のX線回折パターンを図1に、紫外/可視吸収スペクトルを図2に示す。この多孔体粉末は周期3.4nmのメソ多孔構造を有するものであることが確認された。また、波長530nm付近に吸収極大を持つものであり、吸収スペクトルの長波長側の吸収端は600nm以上であることも確認された。   The X-ray diffraction pattern of the obtained porous powder is shown in FIG. 1, and the ultraviolet / visible absorption spectrum is shown in FIG. This porous powder was confirmed to have a mesoporous structure with a period of 3.4 nm. It was also confirmed that it has an absorption maximum near a wavelength of 530 nm, and the absorption edge on the long wavelength side of the absorption spectrum is 600 nm or more.

(実施例3)
<ペリレンビスイミド骨格含有Si系重合体/界面活性剤からなる有機シリカ薄膜の調製>
テトラヒドロフランとエタノールとの混合溶媒(質量比1:1、0.5mL)、ノニオン性界面活性剤Brij76(商品名、アルドリッチ社製、化学式:C1837(OCHCH10OH、12mg)、合成例1で得たN,N’−ビス(1−エチルプロピル)−2,5,8,11−テトラキス[2−(トリメトキシシリル)エチル]ペリレン−3,4:9,10−テトラカルボン酸ビスイミド(15mg)、水(10μL)および2mol/Lの塩酸(2μL)を混合して均一な溶液を調製し、これを室温で24時間攪拌してゾル溶液を調製した。
(Example 3)
<Preparation of organic silica thin film comprising perylene bisimide skeleton-containing Si polymer / surfactant>
Mixed solvent of tetrahydrofuran and ethanol (mass ratio 1: 1, 0.5 mL), nonionic surfactant Brij76 (trade name, manufactured by Aldrich, chemical formula: C 18 H 37 (OCH 2 CH 2 ) 10 OH, 12 mg) N, N′-bis (1-ethylpropyl) -2,5,8,11-tetrakis [2- (trimethoxysilyl) ethyl] perylene-3,4: 9,10-tetra obtained in Synthesis Example 1 Carboxylic acid bisimide (15 mg), water (10 μL) and 2 mol / L hydrochloric acid (2 μL) were mixed to prepare a uniform solution, which was stirred at room temperature for 24 hours to prepare a sol solution.

得られたゾル溶液を石英基板上にスピンキャストしてペリレンビスイミド骨格含有Si系重合体/界面活性剤からなる赤色の有機シリカ薄膜を得た。   The obtained sol solution was spin-cast on a quartz substrate to obtain a red organic silica thin film composed of a perylene bisimide skeleton-containing Si polymer / surfactant.

得られた薄膜のX線回折パターンを図3に、紫外/可視吸収スペクトルを図4に示す。この有機シリカ薄膜は、周期5.7nmのメソ構造を有するものであることが確認された。また、波長490nmおよび530nm付近に吸収極大を持つものであり、吸収スペクトルの長波長側の吸収端は600nm以上であることも確認された。   The X-ray diffraction pattern of the obtained thin film is shown in FIG. 3, and the ultraviolet / visible absorption spectrum is shown in FIG. This organic silica thin film was confirmed to have a mesostructure with a period of 5.7 nm. Moreover, it has absorption maximum in wavelength 490nm and 530nm vicinity, and it was also confirmed that the absorption edge of the long wavelength side of an absorption spectrum is 600 nm or more.

(実施例4)
<ペリレンビスイミド骨格含有Si系多孔体薄膜の調製>
実施例3と同様にして調製した有機シリカ薄膜を、28質量%アンモニア水の蒸気に60℃で6時間曝露した後、60℃のエタノールに6時間浸漬して有機シリカ薄膜から界面活性剤Brij76を除去した。得られた薄膜を減圧下で乾燥してペリレンビスイミド骨格含有Si系多孔体薄膜を得た。
Example 4
<Preparation of perylene bisimide skeleton-containing Si-based porous thin film>
The organic silica thin film prepared in the same manner as in Example 3 was exposed to vapor of 28% by weight ammonia water at 60 ° C. for 6 hours, and then immersed in ethanol at 60 ° C. for 6 hours to remove the surfactant Brij76 from the organic silica thin film. Removed. The obtained thin film was dried under reduced pressure to obtain a perylene bisimide skeleton-containing Si-based porous thin film.

得られた多孔体薄膜のX線回折パターンを図3に、紫外/可視吸収スペクトルを図4に示す。この多孔体薄膜は周期5.7nmのメソ多孔構造を有するものであることが確認された。また、波長550nm付近に吸収極大を持つものであり、吸収スペクトルの長波長側の吸収端は600nm以上であることも確認された。   The X-ray diffraction pattern of the obtained porous thin film is shown in FIG. 3, and the ultraviolet / visible absorption spectrum is shown in FIG. This porous thin film was confirmed to have a mesoporous structure with a period of 5.7 nm. It was also confirmed that it has an absorption maximum near a wavelength of 550 nm, and the absorption edge on the long wavelength side of the absorption spectrum is 600 nm or more.

(実施例5)
<ペリレンビスイミド骨格含有Si系重合体/界面活性剤からなる有機シリカ薄膜の調製>
ノニオン性界面活性剤Brij76の代わりにノニオン性界面活性剤界面活性剤P123(商品名、アルドリッチ社製、化学式:H(OCHCH20(OCHCH(CH))70(OCHCH20OH、12mg)を用いた以外は、実施例3と同様にしてペリレンビスイミド骨格含有Si系重合体/界面活性剤からなる赤色の有機シリカ薄膜を得た。
(Example 5)
<Preparation of organic silica thin film comprising perylene bisimide skeleton-containing Si polymer / surfactant>
Nonionic surfactant P123 (trade name, manufactured by Aldrich, chemical formula: H (OCH 2 CH 2 ) 20 (OCH 2 CH (CH 3 )) 70 (OCH 2 CH) instead of nonionic surfactant Brij76 2) 20 OH, 12 mg) except for using, to obtain an organic silica film of the red consisting a manner perylenebisimides skeleton Si polymer / surfactant as in example 3.

得られた薄膜のX線回折パターンを図5に、紫外/可視吸収スペクトルを図6に示す。この有機シリカ薄膜は、周期約8.5nmのメソ構造を有するものであることが確認された。また、波長490nmおよび530nm付近に吸収極大を持つものであり、吸収スペクトルの長波長側の吸収端は600nm以上であることも確認された。   The X-ray diffraction pattern of the obtained thin film is shown in FIG. 5, and the ultraviolet / visible absorption spectrum is shown in FIG. This organic silica thin film was confirmed to have a mesostructure with a period of about 8.5 nm. Moreover, it has absorption maximum in wavelength 490nm and 530nm vicinity, and it was also confirmed that the absorption edge of the long wavelength side of an absorption spectrum is 600 nm or more.

(実施例6)
<ペリレンビスイミド骨格含有Si系多孔体薄膜の調製>
実施例3と同様にして調製した有機シリカ薄膜の代わりに、実施例5と同様にして調製した有機シリカ薄膜を用いた以外は、実施例4と同様にしてペリレンビスイミド骨格含有Si系多孔体薄膜を得た。
(Example 6)
<Preparation of perylene bisimide skeleton-containing Si-based porous thin film>
A perylene bisimide skeleton-containing Si-based porous material in the same manner as in Example 4 except that an organic silica thin film prepared in the same manner as in Example 5 was used instead of the organic silica thin film prepared in the same manner as in Example 3. A thin film was obtained.

得られた多孔体薄膜のX線回折パターンを図5に、紫外/可視吸収スペクトルを図6に示す。この多孔体薄膜は周期約8.0nmのメソ多孔構造を有するものであることが確認された。また、波長540nm付近に吸収極大を持つものであり、吸収スペクトルの長波長側の吸収端は600nm以上であることも確認された。   The X-ray diffraction pattern of the obtained porous thin film is shown in FIG. 5, and the ultraviolet / visible absorption spectrum is shown in FIG. This porous thin film was confirmed to have a mesoporous structure with a period of about 8.0 nm. It was also confirmed that it has an absorption maximum near the wavelength of 540 nm, and the absorption edge on the long wavelength side of the absorption spectrum is 600 nm or more.

(実施例7)
<ペリレンビスイミド骨格含有Si系重合体/界面活性剤からなる有機シリカ薄膜の調製>
テトラヒドロフランとエタノールとの混合溶媒(質量比1:1)の量を0.7mLに変更し、ノニオン性界面活性剤Brij76の量を16mgに変更し、N,N’−ビス(1−エチルプロピル)−2,5,8,11−テトラキス[2−(トリメトキシシリル)エチル]ペリレン−3,4:9,10−テトラカルボン酸ビスイミドの代わりに合成例2で得たN,N’−ジブチル−1,6,7,12−テトラキス[4−(トリエトキシシリル)フェノキシ]ペリレン−3,4:9,10−テトラテトラカルボン酸ビスイミド(20mg)を用いた以外は、実施例3と同様にしてペリレンビスイミド骨格含有Si系重合体/界面活性剤からなる紫色の有機シリカ薄膜を得た。
(Example 7)
<Preparation of organic silica thin film comprising perylene bisimide skeleton-containing Si polymer / surfactant>
The amount of mixed solvent of tetrahydrofuran and ethanol (mass ratio 1: 1) was changed to 0.7 mL, the amount of nonionic surfactant Brij76 was changed to 16 mg, and N, N′-bis (1-ethylpropyl) -2,5,8,11-tetrakis [2- (trimethoxysilyl) ethyl] perylene-3,4: 9,10-tetracarboxylic acid bisimide obtained in Synthesis Example 2 N, N'-dibutyl- Except that 1,6,7,12-tetrakis [4- (triethoxysilyl) phenoxy] perylene-3,4: 9,10-tetratetracarboxylic acid bisimide (20 mg) was used, the same procedure as in Example 3 was performed. A purple organic silica thin film comprising a perylene bisimide skeleton-containing Si polymer / surfactant was obtained.

得られた薄膜のX線回折パターンを図7に、紫外/可視吸収スペクトルを図8に示す。この有機シリカ薄膜は、周期5.1nmのメソ構造を有するものであることが確認された。また、波長590nm付近に吸収極大を持つものであり、吸収スペクトルの長波長側の吸収端は650nm以上であることも確認された。   FIG. 7 shows an X-ray diffraction pattern of the obtained thin film, and FIG. 8 shows an ultraviolet / visible absorption spectrum. This organic silica thin film was confirmed to have a mesostructure with a period of 5.1 nm. It was also confirmed that it has an absorption maximum near a wavelength of 590 nm, and the absorption edge on the long wavelength side of the absorption spectrum is 650 nm or more.

(実施例8)
実施例3と同様にして調製した有機シリカ薄膜の代わりに、実施例7と同様にして調製した有機シリカ薄膜を用いた以外は、実施例4と同様にしてペリレンビスイミド骨格含有Si系多孔体薄膜を得た。
(Example 8)
A perylene bisimide skeleton-containing Si-based porous material as in Example 4 except that an organic silica thin film prepared in the same manner as in Example 7 was used instead of the organic silica thin film prepared in the same manner as in Example 3. A thin film was obtained.

得られた多孔体薄膜のX線回折パターンを図7に、紫外/可視吸収スペクトルを図8に示す。この多孔体薄膜は周期6.7nmのメソ多孔構造を有するものであることが確認された。また、波長590nm付近に吸収極大を持つものであり、吸収スペクトルの長波長側の吸収端は650nm以上であることも確認された。   An X-ray diffraction pattern of the obtained porous thin film is shown in FIG. 7, and an ultraviolet / visible absorption spectrum is shown in FIG. This porous thin film was confirmed to have a mesoporous structure with a period of 6.7 nm. It was also confirmed that it has an absorption maximum near a wavelength of 590 nm, and the absorption edge on the long wavelength side of the absorption spectrum is 650 nm or more.

(比較例1)
<ペリレンビスイミド骨格含有Si系重合体/界面活性剤からなる有機シリカの調製>
テトラヒドロフラン(1.2mL)、ノニオン性界面活性剤Brij76(10mg)合成例3で得たN,N’−ビス[4−(トリエトキシシリル)フェニル]−ペリレン−3,4:9,10−テトラカルボン酸ビスイミド(15mg)、水(6μL)および2mol/Lの塩酸(2μL)を混合して均一な溶液を調製し、これを室温で攪拌したところ、約2時間で赤色の沈澱が生成した。この沈澱を吸引濾過により回収してペリレンビスイミド骨格含有Si系重合体/界面活性剤からなる有機シリカを得た。
(Comparative Example 1)
<Preparation of organosilica composed of perylene bisimide skeleton-containing Si polymer / surfactant>
Tetrahydrofuran (1.2 mL), nonionic surfactant Brij76 (10 mg) N, N′-bis [4- (triethoxysilyl) phenyl] -perylene-3,4: 9,10-tetra obtained in Synthesis Example 3 Carboxylic acid bisimide (15 mg), water (6 μL) and 2 mol / L hydrochloric acid (2 μL) were mixed to prepare a homogeneous solution, which was stirred at room temperature, and a red precipitate was formed in about 2 hours. This precipitate was collected by suction filtration to obtain organic silica composed of a perylene bisimide skeleton-containing Si polymer / surfactant.

得られた有機シリカのX線回折パターンを図9に示す。この有機シリカにはメソ構造の形成を示す低角領域の回折ピークは観察されなかった。   The X-ray diffraction pattern of the obtained organic silica is shown in FIG. In this organosilica, no diffraction peak in the low angle region indicating the formation of a mesostructure was observed.

図1〜9に示した結果から明らかなように、少なくとも3つのアルコキシシリル基を備えるペリレンビスイミド骨格を有する有機シラン化合物と界面活性剤とを用いた本発明の有機シリカ系材料(実施例1、3、5、7)およびこの有機シリカ系材料から界面活性剤を除去して得た有機シリカ系多孔体(実施例2、4、6、8)は、メソ構造を有するものであり、且つ吸収スペクトルの長波長側の吸収端の波長が600nm以上、すなわち、波長600nm以上の光を少なくとも吸収するものであることが確認された。   As is apparent from the results shown in FIGS. 1 to 9, the organosilica material of the present invention using an organosilane compound having a perylene bisimide skeleton having at least three alkoxysilyl groups and a surfactant (Example 1) 3, 5, 7) and the organic silica-based porous material (Examples 2, 4, 6, 8) obtained by removing the surfactant from the organic silica-based material have a mesostructure, and It was confirmed that the absorption wavelength on the long wavelength side of the absorption spectrum is at least 600 nm, that is, absorbs light having a wavelength of 600 nm or more.

一方、2つのアルコキシシリル基を備えるペリレンビスイミド骨格を有する有機シラン化合物と界面活性剤とを用いた場合(比較例1)においては、有機シリカ系材料にメソ構造が形成されないことが確認された。   On the other hand, in the case of using an organosilane compound having a perylene bisimide skeleton having two alkoxysilyl groups and a surfactant (Comparative Example 1), it was confirmed that no mesostructure was formed in the organic silica material. .

以上説明したように、本発明によれば、ペリレンビスイミド骨格を有する有機シリカ系メソ構造体および有機シリカ系メソ多孔体を得ることができる。特に、吸収スペクトルの長波長側の吸収端が600nm以上である有機シリカ系メソ構造体および有機シリカ系メソ多孔体を得ることができる。   As described above, according to the present invention, an organic silica mesostructure and an organic silica mesoporous body having a perylene bisimide skeleton can be obtained. In particular, an organic silica-based mesostructure and an organic silica-based mesoporous material having an absorption edge on the long wavelength side of the absorption spectrum of 600 nm or more can be obtained.

したがって、本発明の有機シリカ系材料および有機シリカ系メソ多孔体は、波長600nm以上の光を少なくとも吸収することが可能であるため、波長が500nm以上の可視光線を効率的に吸収することができ、さらにメソ構造を有することから、太陽光を利用することができる可視光応答型の光触媒や光電変換素子などとして有用である。   Therefore, since the organic silica-based material and the organic silica-based mesoporous material of the present invention can absorb at least light having a wavelength of 600 nm or more, they can efficiently absorb visible light having a wavelength of 500 nm or more. Furthermore, since it has a mesostructure, it is useful as a visible light responsive photocatalyst or photoelectric conversion element that can utilize sunlight.

Claims (6)

下記式(1):
Figure 2010196019
〔式(1)中、R〜R10のうちの少なくとも3つの基は、それぞれ独立に、下記式(2):
−(Z)−Si(OR 3−n (2)
(式(2)中、Rは炭素数1〜8のアルキル基を表し、Rは炭素数1〜8のアルキル基または炭素数2〜8の置換もしくは無置換のアリル基を表し、Zは、炭素数1〜12のアルキレン基、炭素数6〜12のアリーレン基、エテニレン基、エチニレン基、エーテル基、カルボニル基、アミノ基、アミド基、ウレタン基およびイミド基からなる群から選択される1種の基を表し、mは0〜2の整数であり、nは1〜3の整数である。)
で表されるアルコキシシリル基を含有する置換基であり、
〜Rのうちの前記アルコキシシリル基を含有する置換基以外の基は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数6〜12のアリール基、フェノキシ基、アセチル基、ベンゾイル基、アミノ基、アミド基、ニトロ基、シアノ基およびイミド基からなる群から選択される1種の基であり、
〜R10のうちの前記アルコキシシリル基を含有する置換基以外の基は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜12のアルキル基および炭素数6〜12のアリール基からなる群から選択される1種の基である。〕
で表されるペリレン系有機シラン化合物のメソ構造を有する重合体と、界面活性剤とを含有することを特徴とする有機シリカ系材料。
Following formula (1):
Figure 2010196019
[In the formula (1), at least three groups of R 1 to R 10 are each independently represented by the following formula (2):
- (Z) m -Si (OR a) n R b 3-n (2)
(In formula (2), R a represents an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, R b represents an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or a substituted or unsubstituted allyl group having 2 to 8 carbon atoms, and Z Is selected from the group consisting of alkylene groups having 1 to 12 carbon atoms, arylene groups having 6 to 12 carbon atoms, ethenylene groups, ethynylene groups, ether groups, carbonyl groups, amino groups, amide groups, urethane groups and imide groups. 1 type of group is represented, m is an integer of 0-2, n is an integer of 1-3.)
A substituent containing an alkoxysilyl group represented by:
Groups other than the substituent containing the alkoxysilyl group among R 1 to R 8 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms, One group selected from the group consisting of an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, a phenoxy group, an acetyl group, a benzoyl group, an amino group, an amide group, a nitro group, a cyano group, and an imide group;
The groups other than the substituent containing the alkoxysilyl group among R 9 to R 10 are each independently selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and an aryl group having 6 to 12 carbon atoms. One kind of group selected. ]
An organosilica-based material comprising a polymer having a mesostructure of a perylene-based organosilane compound represented by the formula: and a surfactant.
前記式(1)中のR、R、RおよびRが前記式(2)で表されるアルコキシシリル基を含有する置換基であることを特徴とする請求項1に記載の有機シリカ系材料。 Organic according to claim 1, characterized in that it is a substituent containing an alkoxysilyl group, wherein R 2, R 3 of formula (1) in, R 6 and R 7 is represented by the formula (2) Silica-based material. 吸収スペクトルの長波長側の吸収端の波長が600nm以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の有機シリカ系材料。   The organic silica-based material according to claim 1 or 2, wherein the wavelength of the absorption edge on the long wavelength side of the absorption spectrum is 600 nm or more. 下記式(1):
Figure 2010196019
〔式(1)中、R〜R10のうちの少なくとも3つの基は、それぞれ独立に、下記式(2):
−(Z)−Si(OR 3−n (2)
(式(2)中、Rは炭素数1〜8のアルキル基を表し、Rは炭素数1〜8のアルキル基または炭素数2〜8の置換もしくは無置換のアリル基を表し、Zは、炭素数1〜12のアルキレン基、炭素数6〜12のアリーレン基、エテニレン基、エチニレン基、エーテル基、カルボニル基、アミノ基、アミド基、ウレタン基およびイミド基からなる群から選択される1種の基を表し、mは0〜2の整数であり、nは1〜3の整数である。)
で表されるアルコキシシリル基を含有する置換基であり、
〜Rのうちの前記アルコキシシリル基を含有する置換基以外の基は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数6〜12のアリール基、フェノキシ基、アセチル基、ベンゾイル基、アミノ基、アミド基、ニトロ基、シアノ基およびイミド基からなる群から選択される1種の基であり、
〜R10のうちの前記アルコキシシリル基を含有する置換基以外の基は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜12のアルキル基および炭素数6〜12のアリール基からなる群から選択される1種の基である。〕
で表されるペリレン系有機シラン化合物の重合体からなることを特徴とする有機シリカ系メソ多孔体。
Following formula (1):
Figure 2010196019
[In the formula (1), at least three groups of R 1 to R 10 are each independently represented by the following formula (2):
- (Z) m -Si (OR a) n R b 3-n (2)
(In formula (2), R a represents an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, R b represents an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or a substituted or unsubstituted allyl group having 2 to 8 carbon atoms, and Z Is selected from the group consisting of alkylene groups having 1 to 12 carbon atoms, arylene groups having 6 to 12 carbon atoms, ethenylene groups, ethynylene groups, ether groups, carbonyl groups, amino groups, amide groups, urethane groups and imide groups. 1 type of group is represented, m is an integer of 0-2, n is an integer of 1-3.)
A substituent containing an alkoxysilyl group represented by:
Groups other than the substituent containing the alkoxysilyl group among R 1 to R 8 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms, One group selected from the group consisting of an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, a phenoxy group, an acetyl group, a benzoyl group, an amino group, an amide group, a nitro group, a cyano group, and an imide group;
The groups other than the substituent containing the alkoxysilyl group among R 9 to R 10 are each independently selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and an aryl group having 6 to 12 carbon atoms. One kind of group selected. ]
An organosilica mesoporous material comprising a polymer of a perylene-based organosilane compound represented by the formula:
前記式(1)中のR、R、RおよびRが前記式(2)で表されるアルコキシシリル基を含有する置換基であることを特徴とする請求項4に記載の有機シリカ系メソ多孔体。 5. The organic according to claim 4, wherein R 2 , R 3 , R 6 and R 7 in the formula (1) are a substituent containing an alkoxysilyl group represented by the formula (2). Silica-based mesoporous material. 吸収スペクトルの長波長側の吸収端の波長が600nm以上であることを特徴とする請求項4または5に記載の有機シリカ系メソ多孔体。   6. The organosilica-based mesoporous material according to claim 4 or 5, wherein the wavelength at the absorption edge on the long wavelength side of the absorption spectrum is 600 nm or more.
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