JP2013040126A - Metal complex and adsorbing material comprising the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metal complex that exhibits excellent gas-adsorbing performance.SOLUTION: The metal complex (for example, a zinc complex) comprises, as ligands, a biphenyldicarboxylic acid compound (for example, 4, 4'-biphenyldicarboxylic acid) and a compound represented by general formula (II).

Description

本発明は、金属錯体、並びにそれからなる吸着材に関する。さらに詳しくは、特定のジカルボン酸化合物と、少なくとも1種の金属イオンと、該金属イオンに二座配位可能な特定の有機配位子とからなる金属錯体に関する。本発明の金属錯体は、二酸化炭素、水素、一酸化炭素、酸素、窒素、炭素数1〜4の炭化水素、希ガス、硫化水素、アンモニア、硫黄酸化物、窒素酸化物、シロキサン、水蒸気または有機蒸気などを吸着するための吸着材として好ましい。   The present invention relates to a metal complex and an adsorbent comprising the same. More specifically, the present invention relates to a metal complex comprising a specific dicarboxylic acid compound, at least one metal ion, and a specific organic ligand capable of bidentate coordination with the metal ion. The metal complex of the present invention is carbon dioxide, hydrogen, carbon monoxide, oxygen, nitrogen, hydrocarbon having 1 to 4 carbon atoms, rare gas, hydrogen sulfide, ammonia, sulfur oxide, nitrogen oxide, siloxane, water vapor or organic It is preferable as an adsorbent for adsorbing vapor and the like.

これまで、脱臭、排ガス処理などの分野で種々の吸着材が開発されている。活性炭はその代表例であり、活性炭の優れた吸着性能を利用して、空気浄化、脱硫、脱硝、有害物質除去など各種工業において広く使用されている。近年は半導体製造プロセスなどへ窒素の需要が増大しており、かかる窒素を製造する方法として、分子ふるい炭を使用して圧力スイング吸着法や温度スイング吸着法により空気から窒素を製造する方法が使用されている。また、分子ふるい炭は、メタノール分解ガスからの水素精製など各種ガス分離精製にも応用されている。   So far, various adsorbents have been developed in fields such as deodorization and exhaust gas treatment. Activated carbon is a representative example, and is widely used in various industries such as air purification, desulfurization, denitration, and removal of harmful substances by utilizing the excellent adsorption performance of activated carbon. In recent years, the demand for nitrogen has increased for semiconductor manufacturing processes, etc., and as a method for producing such nitrogen, a method of producing nitrogen from air by pressure swing adsorption method or temperature swing adsorption method using molecular sieve charcoal is used. Has been. Molecular sieve charcoal is also applied to various gas separation and purification such as hydrogen purification from methanol cracked gas.

圧力スイング吸着法や温度スイング吸着法により混合ガスを分離する際には、一般に、分離吸着材として分子ふるい炭やゼオライトなどを使用し、その平衡吸着量または吸着速度の差により分離を行っている。しかしながら、平衡吸着量の差によって混合ガスを分離する場合、これまでの吸着材では除去したいガスのみを選択的に吸着することができないため分離係数が小さくなり、装置の大型化は不可避であった。また、吸着速度の差によって混合ガスを分離する場合、ガスの種類によっては除去したいガスのみを吸着できるが、吸着と脱着を交互に行う必要があり、この場合も装置は依然として大型にならざるを得なかった。   When separating mixed gas by pressure swing adsorption method or temperature swing adsorption method, generally, molecular sieve charcoal or zeolite is used as the separation adsorbent, and separation is performed by the difference in the equilibrium adsorption amount or adsorption rate. . However, when separating the mixed gas based on the difference in the amount of equilibrium adsorption, the conventional adsorbents cannot selectively adsorb only the gas to be removed, so the separation factor becomes small, and the size of the apparatus is inevitable. . In addition, when separating the mixed gas based on the difference in adsorption speed, only the gas to be removed can be adsorbed depending on the type of gas, but it is necessary to perform adsorption and desorption alternately, and in this case, the apparatus still has to be large. I didn't get it.

一方、より優れた吸着性能を与える吸着材として、外部刺激により動的構造変化を生じる高分子金属錯体が開発されている。この新規な動的構造変化高分子金属錯体をガス吸着材として使用した場合、ある一定の圧力まではガスを吸着しないが、ある一定圧を越えるとガス吸着が始まるという特異な現象が観測されている。また、ガスの種類によって吸着開始圧が異なる現象が観測されている。   On the other hand, polymer metal complexes that cause a dynamic structural change due to an external stimulus have been developed as adsorbents that give better adsorption performance. When this new dynamic structure change polymer metal complex is used as a gas adsorbent, a unique phenomenon is observed in which gas adsorption does not adsorb up to a certain pressure, but gas adsorption starts when a certain pressure is exceeded. Yes. In addition, a phenomenon has been observed in which the adsorption start pressure varies depending on the type of gas.

この現象を、例えば圧力スイング吸着方式のガス分離装置における吸着材に応用した場合、非常に効率良いガス分離が可能となる。また、圧力のスイング幅を狭くすることができ、省エネルギーにも寄与する。さらに、ガス分離装置の小型化にも寄与し得るため、高純度ガスを製品として販売する際のコスト競争力を高めることができることは勿論、自社工場内部で高純度ガスを用いる場合であっても、高純度ガスを必要とする設備に要するコストを削減できるため、結局最終製品の製造コストを削減する効果を有する。   When this phenomenon is applied to, for example, an adsorbent in a pressure swing adsorption type gas separation apparatus, very efficient gas separation is possible. In addition, the pressure swing width can be narrowed, contributing to energy saving. Furthermore, since it can contribute to miniaturization of the gas separation device, it is possible to increase cost competitiveness when selling high-purity gas as a product, of course, even when high-purity gas is used inside its own factory Since the cost required for the equipment that requires high purity gas can be reduced, the manufacturing cost of the final product can be reduced.

しかしながら、さらなる装置小型化によるコスト削減が求められているのが現状であり、これを達成するために吸着性能や吸蔵性能のさらなる向上が求められている。   However, the present situation is that cost reduction by further downsizing of the apparatus is required, and in order to achieve this, further improvement in adsorption performance and storage performance is required.

芳香族ジカルボン酸化合物と銅、ロジウム、クロム、モリブデン、パラジウム、亜鉛及びタングステンから選択される少なくとも1種の2価の金属イオンと該金属イオンに二座配位可能な有機配位子とからなる高分子金属錯体が開示されている(特許文献1参照)。しかしながら、実施例に記載されているのはフマル酸と銅イオンとピラジンとからなる高分子金属錯体、テレフタル酸と銅イオンとピラジンとからなる高分子金属錯体及びフマル酸とロジウムイオンとピラジンとからなる高分子金属錯体であり、4,4’−ビフェニルジカルボン酸誘導体や、ピラジン以外の二座配位可能な有機配位子がガスの吸着挙動に与える効果については何ら言及されていない。   An aromatic dicarboxylic acid compound, at least one divalent metal ion selected from copper, rhodium, chromium, molybdenum, palladium, zinc and tungsten, and an organic ligand capable of bidentate coordination with the metal ion A polymer metal complex is disclosed (see Patent Document 1). However, what is described in the examples is a polymer metal complex composed of fumaric acid, copper ion and pyrazine, a polymer metal complex composed of terephthalic acid, copper ion and pyrazine, and fumaric acid, rhodium ion and pyrazine. No mention is made of the effect of 4,4′-biphenyldicarboxylic acid derivatives and bidentate organic ligands other than pyrazine on gas adsorption behavior.

芳香族ジカルボン酸化合物と銅、ロジウム、クロム、モリブデン、パラジウム、亜鉛及びタングステンから選択される少なくとも1種の2価の金属イオンと該金属イオンに二座配位可能なpKaが4以上の有機配位子とからなる高分子金属錯体が開示されている(特許文献2参照)。しかしながら、実施例に記載されているのは4,4’−ビフェニルジカルボン酸と銅イオンとトリエチレンジアミンとからなる高分子金属錯体であり、トリエチレンジアミン以外の二座配位可能な有機配位子がガスの吸着挙動に与える効果については何ら言及されていない。   An aromatic dicarboxylic acid compound and at least one divalent metal ion selected from copper, rhodium, chromium, molybdenum, palladium, zinc, and tungsten, and an organic configuration having a pKa that is bidentate to the metal ion of 4 or more. A polymer metal complex composed of a ligand is disclosed (see Patent Document 2). However, what is described in the examples is a polymer metal complex composed of 4,4′-biphenyldicarboxylic acid, copper ion and triethylenediamine, and an organic ligand capable of bidentate coordination other than triethylenediamine is used. No mention is made of the effect on the gas adsorption behavior.

4,4’−ビフェニルジカルボン酸、2,7−ピレンジカルボン酸及び4,5,9,10−テトラヒドロピレン−2,7−ジカルボン酸と金属イオンと該金属イオンに二座配位可能な有機配位子とからなる高分子金属錯体が開示されている(特許文献3参照)。しかしながら、実施例に記載されているのはテレフタル酸と銅イオンとトリエチレンジアミンとからなる高分子金属錯体、2,6−ナフタレンジカルボン酸と銅イオンとトリエチレンジアミンとからなる高分子金属錯体及びテレフタル酸とロジウムイオンとトリエチレンジアミンとからなる高分子金属錯体であり、4,4’−ビフェニルジカルボン酸誘導体や、トリエチレンジアミン以外の二座配位可能な有機配位子がガスの吸着挙動に与える効果については何ら言及されていない。   4,4′-biphenyldicarboxylic acid, 2,7-pyrene dicarboxylic acid and 4,5,9,10-tetrahydropyrene-2,7-dicarboxylic acid, metal ions, and organic coordination capable of bidentate coordination with the metal ions A polymer metal complex comprising a ligand has been disclosed (see Patent Document 3). However, what is described in the examples is a polymer metal complex composed of terephthalic acid, copper ion and triethylenediamine, a polymer metal complex composed of 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, copper ion and triethylenediamine, and terephthalic acid. Effect of 4,4'-biphenyldicarboxylic acid derivatives and organic ligands capable of bidentate coordination other than triethylenediamine on gas adsorption behavior Is not mentioned at all.

4,4’−ビフェニルジカルボン酸、2,7−ピレンジカルボン酸及び4,5,9,10−テトラヒドロピレン−2,7−ジカルボン酸と金属イオンと該金属イオンに二座配位可能な有機配位子とからなる高分子金属錯体が開示されている(特許文献4参照)。しかしながら、実施例に記載されているのは4,4’−ビフェニルジカルボン酸と銅イオンとトリエチレンジアミンとからなる高分子金属錯体であり、トリエチレンジアミン以外の二座配位可能な有機配位子がガスの吸着挙動に与える効果については何ら言及されていない。   4,4′-biphenyldicarboxylic acid, 2,7-pyrene dicarboxylic acid and 4,5,9,10-tetrahydropyrene-2,7-dicarboxylic acid, metal ions, and organic coordination capable of bidentate coordination with the metal ions A polymer metal complex comprising a ligand has been disclosed (see Patent Document 4). However, what is described in the examples is a polymer metal complex composed of 4,4′-biphenyldicarboxylic acid, copper ion and triethylenediamine, and an organic ligand capable of bidentate coordination other than triethylenediamine is used. No mention is made of the effect on the gas adsorption behavior.

金属イオンと、ジカルボン酸化合物と、金属イオンが2座以上配位可能な窒素原子を含む芳香族複素環式化合物との配位結合によって構成され、細孔構造を有することを特徴とするガス吸蔵用多孔質有機金属錯体が開示されている(特許文献5参照)。しかしながら、実施例に記載されているのはテレフタル酸と銅イオンと1,4−ジ(4−ピリジル)ベンゼンとからなる多孔質有機金属錯体であり、4,4’−ビフェニルジカルボン酸誘導体や、1,4−ジ(4−ピリジル)ベンゼン以外の二座配位可能な有機配位子がガスの吸着挙動に与える効果については何ら言及されていない。   A gas occlusion characterized by comprising a coordination bond between a metal ion, a dicarboxylic acid compound, and an aromatic heterocyclic compound containing a nitrogen atom capable of coordinating two or more metal ions, and having a pore structure A porous organometallic complex is disclosed (see Patent Document 5). However, what is described in the examples is a porous organometallic complex composed of terephthalic acid, a copper ion, and 1,4-di (4-pyridyl) benzene, and a 4,4′-biphenyldicarboxylic acid derivative, No mention is made of the effect of organic ligands other than 1,4-di (4-pyridyl) benzene capable of bidentate coordination on the gas adsorption behavior.

特開2000−109485公報JP 2000-109485 A 特開2001−348361公報JP 2001-348361 A 特開2006−328051公報JP 2006-328051 A 特開2008−208110公報JP 2008-208110 A 特開2011−83755公報JP2011-83755A

したがって、本発明の目的は、従来よりも吸着量が多いガス吸着材として使用できる金属錯体を提供することにある。   Therefore, the objective of this invention is providing the metal complex which can be used as a gas adsorbent with much adsorption amount than before.

本発明者らは鋭意検討し、特定のジカルボン酸化合物(I)と、少なくとも1種の金属イオンと、該金属イオンに二座配位可能な有機配位子(II)とからなる金属錯体により、上記目的を達成できることを見出し、本発明に至った。   The present inventors have intensively studied and developed a metal complex comprising a specific dicarboxylic acid compound (I), at least one metal ion, and an organic ligand (II) capable of bidentate coordination with the metal ion. The inventors have found that the above object can be achieved and have reached the present invention.

すなわち、本発明によれば、以下のものが提供される。
(1)下記一般式(I);
That is, according to the present invention, the following is provided.
(1) The following general formula (I);

Figure 2013040126
Figure 2013040126

(式中、R、R、R、R、R、R、R及びRはそれぞれ同一または異なって水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、アルコキシ基、ホルミル基、アシロキシ基、アルコキシカルボニル基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、モノアルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、アシルアミノ基またはハロゲン原子であるか、RとR、或いはRとRが一緒になって置換基を有していてもよいアルキレン基またはアルカジエン基を形成してもよい。)で表されるジカルボン酸化合物(I)と、周期表の2族及び7〜12族に属する金属のイオンから選択される少なくとも1種の金属イオンと、下記一般式(II); (Wherein R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 are the same or different and each represents a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, or an alkoxy group. , Formyl group, acyloxy group, alkoxycarbonyl group, nitro group, cyano group, amino group, monoalkylamino group, dialkylamino group, acylamino group or halogen atom, R 2 and R 3 , or R 6 and R 7 Together with each other to form an alkylene group or an alkadiene group which may have a substituent.) And a dicarboxylic acid compound (I) represented by groups 2 and 7 to 12 in the periodic table. At least one metal ion selected from ions of the metal to which it belongs; and the following general formula (II):

Figure 2013040126
Figure 2013040126

(式中、R、R10、R11、R12、R13、R14、R15及びR16はそれぞれ同一または異なって水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、アルコキシ基、ホルミル基、アシロキシ基、アルコキシカルボニル基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、モノアルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、アシルアミノ基またはハロゲン原子である。)で表される該金属イオンに二座配位可能な有機配位子(II)とからなる金属錯体。
(2)ジャングルジム骨格が多重に相互貫入した構造を有する(1)に記載の金属錯体。
(3)該金属イオンが亜鉛イオンである(1)または(2)に記載の金属錯体。
(4)該二座配位可能な有機配位子(II)がN−(4−ピリジル)イソニコチンアミドである(1)〜(3)のいずれかに記載の金属錯体。
(5)(1)〜(4)のいずれかに記載の金属錯体からなる吸着材。
(6)該吸着材が、二酸化炭素、水素、一酸化炭素、酸素、窒素、炭素数1〜4の炭化水素、希ガス、硫化水素、アンモニア、硫黄酸化物、窒素酸化物、シロキサン、水蒸気または有機蒸気を吸着するための吸着材である(5)に記載の吸着材。
(7)ジカルボン酸化合物(I)と、周期表の2族及び7〜12族に属する金属の塩から選択される少なくとも1種の金属塩と、該金属イオンに二座配位可能な有機配位子(II)とを溶媒中で反応させ、析出させる、(1)に記載の金属錯体の製造方法。
(Wherein R 9 , R 10 , R 11 , R 12 , R 13 , R 14 , R 15 and R 16 are the same or different and each represents a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, or an alkoxy group. A formyl group, an acyloxy group, an alkoxycarbonyl group, a nitro group, a cyano group, an amino group, a monoalkylamino group, a dialkylamino group, an acylamino group or a halogen atom). Metal complexes consisting of possible organic ligands (II).
(2) The metal complex according to (1), wherein the jungle gym skeleton has a structure in which a plurality of interpenetrations occur.
(3) The metal complex according to (1) or (2), wherein the metal ion is a zinc ion.
(4) The metal complex according to any one of (1) to (3), wherein the organic ligand (II) capable of bidentate coordination is N- (4-pyridyl) isonicotinamide.
(5) An adsorbent comprising the metal complex according to any one of (1) to (4).
(6) The adsorbent is carbon dioxide, hydrogen, carbon monoxide, oxygen, nitrogen, hydrocarbon having 1 to 4 carbon atoms, rare gas, hydrogen sulfide, ammonia, sulfur oxide, nitrogen oxide, siloxane, water vapor or The adsorbent according to (5), which is an adsorbent for adsorbing organic vapor.
(7) Dicarboxylic acid compound (I), at least one metal salt selected from salts of metals belonging to Groups 2 and 7-12 of the periodic table, and an organic configuration capable of bidentate coordination with the metal ion The method for producing a metal complex according to (1), wherein the ligand (II) is reacted and precipitated in a solvent.

本発明により、特定のジカルボン酸化合物(I)と、周期表の2族及び7〜12族に属する金属のイオンから選択される少なくとも1種の金属イオンと、該金属イオンに二座配位可能な有機配位子(II)とからなる金属錯体を提供することができる。   According to the present invention, a specific dicarboxylic acid compound (I), at least one metal ion selected from ions of metals belonging to Groups 2 and 7 to 12 of the periodic table, and bidentate coordination to the metal ion are possible. A metal complex comprising the organic ligand (II) can be provided.

本発明の金属錯体は、各種ガスの吸着性能に優れているので、二酸化炭素、水素、一酸化炭素、酸素、窒素、炭素数1〜4の炭化水素、希ガス、硫化水素、アンモニア、硫黄酸化物、窒素酸化物、シロキサン、水蒸気または有機蒸気などを吸着するための吸着材として使用することができる。   Since the metal complex of the present invention is excellent in the adsorption performance of various gases, carbon dioxide, hydrogen, carbon monoxide, oxygen, nitrogen, hydrocarbons having 1 to 4 carbon atoms, rare gas, hydrogen sulfide, ammonia, sulfur oxidation It can be used as an adsorbent for adsorbing substances, nitrogen oxides, siloxanes, water vapor, organic vapors and the like.

本発明の金属錯体の吸脱着に伴う構造変化の模式図である。It is a schematic diagram of the structural change accompanying adsorption / desorption of the metal complex of this invention. 合成例1で得た金属錯体の真空乾燥前の粉末X線回折パターンである。3 is a powder X-ray diffraction pattern before vacuum drying of the metal complex obtained in Synthesis Example 1. FIG. 合成例1で得た金属錯体の真空乾燥後の粉末X線回折パターンである。3 is a powder X-ray diffraction pattern after vacuum drying of the metal complex obtained in Synthesis Example 1. FIG. 比較合成例1で得た金属錯体の真空乾燥前の粉末X線回折パターンである。3 is a powder X-ray diffraction pattern before vacuum drying of the metal complex obtained in Comparative Synthesis Example 1. FIG. 比較合成例1で得た金属錯体の真空乾燥後の粉末X線回折パターンである。3 is a powder X-ray diffraction pattern after vacuum drying of the metal complex obtained in Comparative Synthesis Example 1. FIG. 合成例1及び比較合成例1で得た金属錯体の273Kにおける二酸化炭素の吸着等温線である。2 is an adsorption isotherm of carbon dioxide at 273 K of the metal complexes obtained in Synthesis Example 1 and Comparative Synthesis Example 1. 合成例1及び比較合成例1で得た金属錯体の273Kにおけるエチレンの吸着等温線である。It is an adsorption isotherm of ethylene at 273 K of the metal complexes obtained in Synthesis Example 1 and Comparative Synthesis Example 1.

本発明の金属錯体は、ジカルボン酸化合物(I)と、周期表の2族及び7〜12族に属する金属のイオンから選択される少なくとも1種の金属イオンと、該金属イオンに二座配位可能な有機配位子(II)とからなる。   The metal complex of the present invention comprises a dicarboxylic acid compound (I), at least one metal ion selected from ions of metals belonging to Groups 2 and 7 to 12 of the periodic table, and bidentate coordination to the metal ion. It consists of possible organic ligands (II).

金属錯体は、ジカルボン酸化合物(I)と、周期表の2族及び7〜12族に属する金属の塩から選択される少なくとも1種の金属塩と、該金属イオンに二座配位可能な有機配位子(II)とを、常圧下、溶媒中で数時間から数日間反応させ、析出させて製造することができる。例えば、金属塩の水溶液または有機溶媒溶液と、ジカルボン酸化合物(I)及び二座配位可能な有機配位子(II)を含有する有機溶媒溶液とを、常圧下で混合して反応させることにより本発明の金属錯体を得ることができる。   The metal complex includes a dicarboxylic acid compound (I), at least one metal salt selected from salts of metals belonging to Groups 2 and 7 to 12 of the periodic table, and an organic compound capable of bidentate coordination with the metal ion. Ligand (II) can be produced by reacting it in a solvent under normal pressure for several hours to several days, followed by precipitation. For example, an aqueous solution or an organic solvent solution of a metal salt and an organic solvent solution containing a dicarboxylic acid compound (I) and an organic ligand (II) capable of bidentate coordination are mixed and reacted under normal pressure. Thus, the metal complex of the present invention can be obtained.

本発明に用いられるジカルボン酸化合物(I)は下記一般式(I);   The dicarboxylic acid compound (I) used in the present invention is represented by the following general formula (I):

Figure 2013040126
Figure 2013040126

で表される。式中、R、R、R、R、R、R、R及びRはそれぞれ同一または異なって水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、アルコキシ基、ホルミル基、アシロキシ基、アルコキシカルボニル基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、モノアルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、アシルアミノ基またはハロゲン原子であるか、RとR、或いはRとRが一緒になって置換基を有していてもよいアルキレン基またはアルカジエン基を形成してもよい。 It is represented by In the formula, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 are the same or different and each is a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, an alkoxy group, A formyl group, an acyloxy group, an alkoxycarbonyl group, a nitro group, a cyano group, an amino group, a monoalkylamino group, a dialkylamino group, an acylamino group, or a halogen atom, R 2 and R 3 , or R 6 and R 7 are An alkylene group or an alkadiene group which may have a substituent may be formed together.

上記R、R、R、R、R、R、R及びRを構成することのできる置換基の内、アルキル基またはアルコキシ基の炭素原子数は1〜5が好ましい。アルキル基の例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基などの直鎖または分岐を有するアルキル基が、アルコキシ基の例としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロキシ基,n−ブトキシ基、イソブトキシ基、tert−ブトキシ基が、アシロキシ基の例としては、アセトキシ基、n−プロパノイルオキシ基、n−ブタノイルオキシ基、ピバロイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基が、アルコキシカルボニル基の例としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基が、モノアルキルアミノ基の例としては、メチルアミノ基が、ジアルキルアミノ基の例としては、ジメチルアミノ基が、アシルアミノ基の例としては、アセチルアミノ基が、ハロゲン原子の例としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が、それぞれ挙げられる。また、該アルキル基等が有していてもよい置換基の例としては、アルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基,n−ブトキシ基、イソブトキシ基、tert−ブトキシ基など)、アミノ基、モノアルキルアミノ基(メチルアミノ基など)、ジアルキルアミノ基(ジメチルアミノ基など)、ホルミル基、エポキシ基、アシロキシ基(アセトキシ基、n−プロパノイルオキシ基、n−ブタノイルオキシ基、ピバロイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基など)、アルコキシカルボニル基(メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基など)、カルボン酸無水物基(−CO−OCO−R基)(Rは炭素数1〜5のアルキル基である)などが挙げられる。アルキル基の置換基の数は、1〜3個が好ましく、1個がより好ましい。 Among the substituents that can constitute R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 , the alkyl group or alkoxy group preferably has 1 to 5 carbon atoms. . Examples of the alkyl group include a linear or branched alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, a tert-butyl group, and a pentyl group, and an alkoxy group. Examples of methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, isoproxy group, n-butoxy group, isobutoxy group, tert-butoxy group, and examples of acyloxy group include acetoxy group, n-propanoyloxy group , N-butanoyloxy group, pivaloyloxy group, benzoyloxy group are examples of alkoxycarbonyl group, methoxycarbonyl group, ethoxycarbonyl group, n-butoxycarbonyl group are examples of monoalkylamino group, methylamino Examples of groups where the dialkylamino group is dimethylamino group are acyl Examples of amino group, an acetylamino group, examples of the halogen atom, fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom, and the like, respectively. Examples of the substituent that the alkyl group may have include an alkoxy group (methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, isopropoxy group, n-butoxy group, isobutoxy group, tert-butoxy group). Etc.), amino group, monoalkylamino group (such as methylamino group), dialkylamino group (such as dimethylamino group), formyl group, epoxy group, acyloxy group (acetoxy group, n-propanoyloxy group, n-butanoyl) Oxy group, pivaloyloxy group, benzoyloxy group, etc.), alkoxycarbonyl group (methoxycarbonyl group, ethoxycarbonyl group, n-butoxycarbonyl group, etc.), carboxylic anhydride group (—CO—OCO—R group) (R is carbon And an alkyl group having a number of 1 to 5). 1-3 are preferable and, as for the number of the substituents of an alkyl group, one is more preferable.

上記アルキレン基の炭素数は、1または2が好ましい。アルキレン基の炭素数が1の場合、RとR、或いはRとRはそれらが結合している炭素原子と一緒になって5員環(シクロペンタジエン環)を構成し、アルキレン基の炭素数が2の場合、RとR、或いはRとRはそれらが結合している炭素原子と一緒になって6員環(シクロヘキサジエン環)を構成する。 The number of carbon atoms of the alkylene group is preferably 1 or 2. When the alkylene group has 1 carbon atom, R 2 and R 3 , or R 6 and R 7 together with the carbon atom to which they are bonded form a 5-membered ring (cyclopentadiene ring), and the alkylene group When R 2 has 2 carbon atoms, R 2 and R 3 , or R 6 and R 7 together with the carbon atom to which they are bonded form a 6-membered ring (cyclohexadiene ring).

上記アルカジエン基の炭素数は、2が好ましい。アルカジエン基の炭素数が2の場合、RとR、或いはRとRはそれらが結合している炭素原子と一緒になって6員環(ベンゼン環)を構成する。 The number of carbon atoms of the alkadiene group is preferably 2. When the alkadiene group has 2 carbon atoms, R 2 and R 3 , or R 6 and R 7 together with the carbon atom to which they are bonded form a 6-membered ring (benzene ring).

また、該アルキレン基、アルカジエン基が有していてもよい置換基の例としては、アルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基,n−ブトキシ基、イソブトキシ基、tert−ブトキシ基など)、アミノ基、モノアルキルアミノ基(メチルアミノ基など)、ジアルキルアミノ基(ジメチルアミノ基など)、ホルミル基、エポキシ基、アシロキシ基(アセトキシ基、n−プロパノイルオキシ基、n−ブタノイルオキシ基、ピバロイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基など)、アルコキシカルボニル基(メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基など)、カルボン酸無水物基(−CO−O−CO−R基)(Rは炭素数1〜5のアルキル基である)などが挙げられる。   Examples of the substituent that the alkylene group or alkadiene group may have include an alkoxy group (methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, isopropoxy group, n-butoxy group, isobutoxy group, tert- Butoxy group, etc.), amino group, monoalkylamino group (such as methylamino group), dialkylamino group (such as dimethylamino group), formyl group, epoxy group, acyloxy group (acetoxy group, n-propanoyloxy group, n- Butanoyloxy group, pivaloyloxy group, benzoyloxy group, etc.), alkoxycarbonyl group (methoxycarbonyl group, ethoxycarbonyl group, n-butoxycarbonyl group, etc.), carboxylic acid anhydride group (—CO—O—CO—R group) (R is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms).

ジカルボン酸化合物(I)としては、例えば、4,4’−ビフェニルジカルボン酸、2,7−フルオレンジカルボン酸、2,7−ピレンジカルボン酸及び4,5,9,10−テトラヒドロピレン−2,7−ジカルボン酸などを使用することができ、中でも4,4’−ビフェニルジカルボン酸が好ましい。   Examples of the dicarboxylic acid compound (I) include 4,4′-biphenyldicarboxylic acid, 2,7-fluorenedicarboxylic acid, 2,7-pyrene dicarboxylic acid, and 4,5,9,10-tetrahydropyrene-2,7. -Dicarboxylic acid can be used, among which 4,4'-biphenyldicarboxylic acid is preferred.

本発明に用いられる周期表の2族及び7〜12族に属する金属イオンとしては、例えば、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、マンガンイオン、鉄イオン、コバルトイオン、ニッケルイオン、銅イオン、亜鉛イオン及びカドミウムイオンなどを使用することができ、中でも亜鉛イオンが好ましい。金属イオンは単一の金属イオンを使用することが好ましいが、2種以上の金属イオンを混合して用いてもよい。また、本発明の金属錯体は、単一の金属イオンからなる金属錯体を2種以上混合して使用することもできる。   Examples of metal ions belonging to groups 2 and 7-12 of the periodic table used in the present invention include magnesium ions, calcium ions, manganese ions, iron ions, cobalt ions, nickel ions, copper ions, zinc ions, and cadmium ions. Among them, zinc ions are preferable. The metal ion is preferably a single metal ion, but two or more metal ions may be mixed and used. Moreover, the metal complex of this invention can also mix and use 2 or more types of metal complexes which consist of a single metal ion.

金属錯体の製造に用いる周期表の2族及び7〜12族に属する金属の塩としては、例えば、マグネシウム塩、カルシウム塩、マンガン塩、鉄塩、コバルト塩、ニッケル塩、銅塩、亜鉛塩及びカドミウム塩などを使用することができ、中でも亜鉛塩が好ましい。金属塩は単一の金属塩を使用することが好ましいが、2種以上の金属塩を混合して用いてもよい。これらの金属塩としては、酢酸塩、ギ酸塩などの有機酸塩、塩酸塩、臭化水素酸塩、硫酸塩、硝酸塩、炭酸塩などの無機酸塩を使用することができる。   Examples of salts of metals belonging to Groups 2 and 7-12 of the periodic table used for the production of metal complexes include magnesium salts, calcium salts, manganese salts, iron salts, cobalt salts, nickel salts, copper salts, zinc salts and A cadmium salt or the like can be used, and among them, a zinc salt is preferable. The metal salt is preferably a single metal salt, but two or more metal salts may be mixed and used. As these metal salts, organic acid salts such as acetate and formate, and inorganic acid salts such as hydrochloride, hydrobromide, sulfate, nitrate and carbonate can be used.

本発明に用いられる二座配位可能な有機配位子(II)は下記一般式(II);   The organic ligand (II) capable of bidentate coordination used in the present invention has the following general formula (II):

Figure 2013040126
Figure 2013040126

で表される。式中、R、R10、R11、R12、R13、R14、R15及びR16はそれぞれ同一または異なって水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、アルコキシ基、ホルミル基、アシロキシ基、アルコキシカルボニル基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、モノアルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、アシルアミノ基またはハロゲン原子である。 It is represented by In the formula, R 9 , R 10 , R 11 , R 12 , R 13 , R 14 , R 15 and R 16 are the same or different and each is a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, an alkoxy group, A formyl group, an acyloxy group, an alkoxycarbonyl group, a nitro group, a cyano group, an amino group, a monoalkylamino group, a dialkylamino group, an acylamino group, or a halogen atom.

上記R、R10、R11、R12、R13、R14、R15及びR16を構成することのできる置換基の内、アルキル基またはアルコキシ基の炭素原子数は1〜5が好ましい。アルキル基の例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基などの直鎖または分岐を有するアルキル基が、アルコキシ基の例としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロキシ基,n−ブトキシ基、イソブトキシ基、tert−ブトキシ基が、アシロキシ基の例としては、アセトキシ基、n−プロパノイルオキシ基、n−ブタノイルオキシ基、ピバロイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基が、アルコキシカルボニル基の例としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基が、モノアルキルアミノ基の例としては、メチルアミノ基が、ジアルキルアミノ基の例としては、ジメチルアミノ基が、アシルアミノ基の例としては、アセチルアミノ基が、ハロゲン原子の例としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が、それぞれ挙げられる。また、該アルキル基等が有していてもよい置換基の例としては、アルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基,n−ブトキシ基、イソブトキシ基、tert−ブトキシ基など)、アミノ基、モノアルキルアミノ基(メチルアミノ基など)、ジアルキルアミノ基(ジメチルアミノ基など)、ホルミル基、エポキシ基、アシロキシ基(アセトキシ基、n−プロパノイルオキシ基、n−ブタノイルオキシ基、ピバロイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基など)、アルコキシカルボニル基(メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基など)、カルボン酸無水物基(−CO−OCO−R基)(Rは炭素数1〜5のアルキル基である)などが挙げられる。アルキル基の置換基の数は、1〜3個が好ましく、1個がより好ましい。 Of the substituents that can constitute R 9 , R 10 , R 11 , R 12 , R 13 , R 14 , R 15 and R 16 , the alkyl group or alkoxy group preferably has 1 to 5 carbon atoms. . Examples of the alkyl group include a linear or branched alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, a tert-butyl group, and a pentyl group, and an alkoxy group. Examples of methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, isoproxy group, n-butoxy group, isobutoxy group, tert-butoxy group, and examples of acyloxy group include acetoxy group, n-propanoyloxy group , N-butanoyloxy group, pivaloyloxy group, benzoyloxy group are examples of alkoxycarbonyl group, methoxycarbonyl group, ethoxycarbonyl group, n-butoxycarbonyl group are examples of monoalkylamino group, methylamino Examples of groups where the dialkylamino group is dimethylamino group are acyl Examples of amino group, an acetylamino group, examples of the halogen atom, fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom, and the like, respectively. Examples of the substituent that the alkyl group may have include an alkoxy group (methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, isopropoxy group, n-butoxy group, isobutoxy group, tert-butoxy group). Etc.), amino group, monoalkylamino group (such as methylamino group), dialkylamino group (such as dimethylamino group), formyl group, epoxy group, acyloxy group (acetoxy group, n-propanoyloxy group, n-butanoyl) Oxy group, pivaloyloxy group, benzoyloxy group, etc.), alkoxycarbonyl group (methoxycarbonyl group, ethoxycarbonyl group, n-butoxycarbonyl group, etc.), carboxylic anhydride group (—CO—OCO—R group) (R is carbon And an alkyl group having a number of 1 to 5). 1-3 are preferable and, as for the number of the substituents of an alkyl group, one is more preferable.

二座配位可能な有機配位子(II)としては、例えば、N−(4−ピリジル)イソニコチンアミドを使用することができる。ここで、二座配位可能な有機配位子とは非共有電子対で金属イオンに対して配位できる部位を少なくとも2箇所持つ中性配位子を意味する。   As the organic ligand (II) capable of bidentate coordination, for example, N- (4-pyridyl) isonicotinamide can be used. Here, the bidentate organic ligand means a neutral ligand having at least two sites capable of coordinating with a metal ion by a lone pair.

金属錯体を製造するときのジカルボン酸化合物(I)と二座配位可能な有機配位子(II)との混合比率は、ジカルボン酸化合物(I):二座配位可能な有機配位子(II)=1:5〜8:1のモル比の範囲内が好ましく、1:3〜6:1のモル比の範囲内がより好ましい。これ以外の範囲で反応を行っても目的とする金属錯体は得られるが、収率が低下し、副反応も増えるために好ましくない。   The mixing ratio of the dicarboxylic acid compound (I) to the bidentate organic ligand (II) when producing the metal complex is as follows: dicarboxylic acid compound (I): bidentate organic ligand (II) = 1: 5-8: 1 is preferable, and a molar ratio of 1: 3-6: 1 is more preferable. Even if the reaction is carried out in a range other than this, the desired metal complex can be obtained, but this is not preferable because the yield is lowered and the side reaction is also increased.

金属錯体を製造するときの金属塩と二座配位可能な有機配位子(II)の混合比率は、金属塩:二座配位可能な有機配位子(II)=3:1〜1:3のモル比の範囲内が好ましく、2:1〜1:2のモル比の範囲内がより好ましい。これ以外の範囲では目的とする金属錯体の収率が低下し、また、未反応の原料が残留して得られた金属錯体の精製が困難になる。   The mixing ratio of the metal salt to the bidentate organic ligand (II) when producing the metal complex is as follows: metal salt: bidentate organic ligand (II) = 3: 1 to 1 : Within the range of the molar ratio of 3: 3, and more preferably within the range of the molar ratio of 2: 1 to 1: 2. In other ranges, the yield of the target metal complex decreases, and purification of the metal complex obtained by leaving unreacted raw materials becomes difficult.

金属錯体を製造するための混合溶液におけるジカルボン酸化合物(I)のモル濃度は、0.005〜5.0mol/Lが好ましく、0.01〜2.0mol/Lがより好ましい。これより低い濃度で反応を行っても目的とする金属錯体は得られるが、収率が低下するため好ましくない。また、これより高い濃度では溶解性が低下し、反応が円滑に進行しない。   The molar concentration of the dicarboxylic acid compound (I) in the mixed solution for producing the metal complex is preferably 0.005 to 5.0 mol / L, and more preferably 0.01 to 2.0 mol / L. Even if the reaction is performed at a concentration lower than this, the desired metal complex can be obtained, but this is not preferable because the yield decreases. If the concentration is higher than this, the solubility is lowered and the reaction does not proceed smoothly.

金属錯体を製造するための混合溶液における金属塩のモル濃度は、0.005〜5.0mol/Lが好ましく、0.01〜2.0mol/Lがより好ましい。これより低い濃度で反応を行っても目的とする金属錯体は得られるが、収率が低下するため好ましくない。また、これより高い濃度では未反応の金属塩が残留し、得られた金属錯体の精製が困難になる。   The molar concentration of the metal salt in the mixed solution for producing the metal complex is preferably 0.005 to 5.0 mol / L, and more preferably 0.01 to 2.0 mol / L. Even if the reaction is performed at a concentration lower than this, the desired metal complex can be obtained, but this is not preferable because the yield decreases. Further, at a concentration higher than this, unreacted metal salt remains, and purification of the obtained metal complex becomes difficult.

金属錯体を製造するための混合溶液における二座配位可能な有機配位子(II)のモル濃度は、0.001〜5.0mol/Lが好ましく、0.005〜2.0mol/Lがより好ましい。これより低い濃度で反応を行っても目的とする金属錯体は得られるが、収率が低下するため好ましくない。また、これより高い濃度では溶解性が低下し、反応が円滑に進行しない。   The molar concentration of the bidentate organic ligand (II) in the mixed solution for producing the metal complex is preferably 0.001 to 5.0 mol / L, and preferably 0.005 to 2.0 mol / L. More preferred. Even if the reaction is performed at a concentration lower than this, the desired metal complex can be obtained, but this is not preferable because the yield decreases. If the concentration is higher than this, the solubility is lowered and the reaction does not proceed smoothly.

金属錯体の製造に用いる溶媒としては、有機溶媒、水またはそれらの混合溶媒を使用することができる。具体的には、メタノール、エタノール、プロパノール、ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、ベンゼン、トルエン、塩化メチレン、クロロホルム、アセトン、酢酸エチル、アセトニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド、水またはこれらの混合溶媒を使用することができる。反応温度としては、253〜423Kが好ましい。   As a solvent used for producing the metal complex, an organic solvent, water, or a mixed solvent thereof can be used. Specifically, methanol, ethanol, propanol, diethyl ether, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, hexane, cyclohexane, heptane, benzene, toluene, methylene chloride, chloroform, acetone, ethyl acetate, acetonitrile, N, N-dimethylformamide, water or These mixed solvents can be used. The reaction temperature is preferably 253 to 423K.

反応が終了したことはガスクロマトグラフィーまたは高速液体クロマトグラフィーにより原料の残存量を定量することにより確認することができる。反応終了後、得られた混合液を吸引濾過に付して沈殿物を集め、有機溶媒による洗浄後、373K程度で数時間真空乾燥することにより、本発明の金属錯体を得ることができる。   The completion of the reaction can be confirmed by quantifying the remaining amount of the raw material by gas chromatography or high performance liquid chromatography. After completion of the reaction, the obtained mixed solution is subjected to suction filtration to collect a precipitate, washed with an organic solvent, and then vacuum dried at about 373 K for several hours to obtain the metal complex of the present invention.

本発明の金属錯体は、溶媒分子が吸着した状態ではガス分子を吸着しない。そのため、吸着材として用いる際には、予め得られた金属錯体について真空乾燥を行い、細孔内の溶媒分子を取り除くことが必要である。   The metal complex of the present invention does not adsorb gas molecules when solvent molecules are adsorbed. Therefore, when used as an adsorbent, it is necessary to vacuum-dry the previously obtained metal complex to remove solvent molecules in the pores.

以上のようにして得られる本発明の金属錯体は、ジカルボン酸化合物(I)のカルボキシレートイオンと金属イオンとからなる骨格中の金属イオンのアキシャル位に二座配位可能な有機配位子(II)が配位して形成されるジャングルジム骨格が多重に相互貫入した三次元構造を有する。   The metal complex of the present invention obtained as described above is an organic ligand capable of bidentate coordination to the axial position of the metal ion in the skeleton composed of the carboxylate ion and the metal ion of the dicarboxylic acid compound (I) ( II) has a three-dimensional structure in which the jungle gym skeleton formed by coordination is multiple interpenetrating.

本明細書において、「ジャングルジム骨格」とは、ジカルボン酸化合物(I)のカルボキシレートイオンと金属イオンとからなる骨格中の金属イオンのアキシャル位に二座配位可能な有機配位子が配位し、ジカルボン酸化合物(I)と金属イオンとからなる二次元格子状シート間を連結することで形成されるジャングルジム様の三次元構造と定義する。   In this specification, the “jungle gym skeleton” means an organic ligand capable of bidentate coordination at the axial position of the metal ion in the skeleton composed of the carboxylate ion and metal ion of the dicarboxylic acid compound (I). It is defined as a jungle gym-like three-dimensional structure formed by connecting two-dimensional lattice-like sheets composed of dicarboxylic acid compound (I) and metal ions.

本明細書において、「ジャングルジム骨格が多重に相互貫入した構造」とは、複数のジャングルジム骨格が互いの細孔を埋める形で貫入し合った三次元集積構造と定義する。   In the present specification, “a structure in which multiple jungle gym skeletons interpenetrate” is defined as a three-dimensional integrated structure in which a plurality of jungle gym skeletons penetrate each other so as to fill the pores.

金属錯体がジャングルジム骨格が多重に相互貫入した構造を有することは、例えば単結晶X線構造解析、粉末X線結晶構造解析などにより確認できる。   The fact that the metal complex has a structure in which the jungle gym skeleton is interpenetrated multiple times can be confirmed by, for example, single crystal X-ray structure analysis, powder X-ray crystal structure analysis, or the like.

本発明の金属錯体は、種々の外部刺激によりジャングルジム骨格における細孔の構造や大きさが変化する。外部刺激としては、金属錯体の細孔内に物質が吸着されるなどの化学的刺激、或いは温度、圧力、電場などの物理的刺激等が挙げられる。   In the metal complex of the present invention, the structure and size of the pores in the jungle gym skeleton are changed by various external stimuli. Examples of the external stimulus include a chemical stimulus such as a substance adsorbed in the pores of the metal complex, or a physical stimulus such as temperature, pressure, and electric field.

金属錯体の細孔内に吸着される物質としては、例えば、二酸化炭素、水素、一酸化炭素、酸素、窒素、炭素数1〜4の炭化水素、希ガス、アンモニアなどのガス状物質、或いは水、常温常圧で液体である有機化合物などの液体状物質が挙げられる。   Examples of the substance adsorbed in the pores of the metal complex include carbon dioxide, hydrogen, carbon monoxide, oxygen, nitrogen, hydrocarbons having 1 to 4 carbon atoms, rare gases, ammonia, and other gaseous substances, or water. And liquid substances such as organic compounds that are liquid at normal temperature and pressure.

外部刺激による細孔の構造や大きさの変化は、吸着される物質の種類、吸着圧力、吸着温度に依存する。すなわち、細孔表面と物質の相互作用の差に加え(相互作用の強さは物質のLennard−Jonesポテンシャルの大きさに比例)、吸着する物質により構造変化の程度が異なるため、高い選択性が発現する。吸脱着に伴う構造変化の模式図を図1に示す。本発明では、一般式(I)で表されるジカルボン酸化合物(I)と一般式(II)で表される二座配位可能な有機配位子(II)を用いて細孔形状及び細孔表面の電荷密度を制御することで、高い吸着性能が発現する。吸着された物質が脱着した後は、元の構造に戻るので、細孔の大きさも元に戻る。   Changes in pore structure and size due to external stimuli depend on the type of substance to be adsorbed, the adsorption pressure, and the adsorption temperature. That is, in addition to the difference in the interaction between the pore surface and the substance (the strength of the interaction is proportional to the magnitude of the Lennard-Jones potential of the substance), the degree of structural change varies depending on the adsorbed substance, and thus high selectivity To express. FIG. 1 shows a schematic diagram of the structural change accompanying adsorption / desorption. In the present invention, pore shape and fineness are obtained using the dicarboxylic acid compound (I) represented by the general formula (I) and the organic ligand (II) capable of bidentate coordination represented by the general formula (II). By controlling the charge density on the pore surface, high adsorption performance is exhibited. After the adsorbed substance is desorbed, it returns to its original structure, so the pore size also returns.

前記の吸着メカニズムは推定ではあるが、例え前記メカニズムに従っていない場合でも、本発明で規定する要件を満足するのであれば、本発明の技術的範囲に包含される。   Although the said adsorption mechanism is presumption, even if it does not follow the said mechanism, if the requirements prescribed | regulated by this invention are satisfied, it will be included in the technical scope of this invention.

金属錯体が外部刺激により細孔の構造や大きさが変化することは、例えば、粉末X線回折パターンの変化、吸収波長の変化及び磁化率の変化などにより確認できる。   The change in the structure and size of the pores caused by external stimulation of the metal complex can be confirmed by, for example, changes in the powder X-ray diffraction pattern, changes in absorption wavelength, changes in magnetic susceptibility, and the like.

本発明の金属錯体は、各種ガスの吸着性能に優れているので、二酸化炭素、水素、一酸化炭素、酸素、窒素、炭素数1〜4の炭化水素(メタン、エタン、エチレン、アセチレン、プロパン、プロペン、メチルアセチレン、プロパジエンなど)、希ガス(ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンなど)、硫化水素、アンモニア、硫黄酸化物、窒素酸化物、シロキサン(ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサンなど)、水蒸気または有機蒸気などを吸着するための吸着材として好ましい。有機蒸気とは、常温、常圧で液体状の有機物質の気化ガスを意味する。このような有機物質としては、メタノール、エタノールなどのアルコール類;トリメチルアミンなどのアミン類;アセトアルデヒドなどのアルデヒド類;炭素数5〜16の脂肪族炭化水素;ベンゼン、トルエンなどの芳香族炭化水素;アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類;塩化メチル、クロロホルムなどのハロゲン化炭化水素などが挙げられる。   Since the metal complex of the present invention is excellent in the adsorption performance of various gases, carbon dioxide, hydrogen, carbon monoxide, oxygen, nitrogen, hydrocarbon having 1 to 4 carbon atoms (methane, ethane, ethylene, acetylene, propane, Propene, methylacetylene, propadiene, etc.), noble gases (helium, neon, argon, krypton, xenon, etc.), hydrogen sulfide, ammonia, sulfur oxide, nitrogen oxide, siloxane (hexamethylcyclotrisiloxane, octamethylcyclotetrasiloxane) Etc.), and is preferable as an adsorbent for adsorbing water vapor or organic vapor. The organic vapor means a vaporized organic substance that is liquid at normal temperature and pressure. Examples of such organic substances include alcohols such as methanol and ethanol; amines such as trimethylamine; aldehydes such as acetaldehyde; aliphatic hydrocarbons having 5 to 16 carbon atoms; aromatic hydrocarbons such as benzene and toluene; acetone And ketones such as methyl ethyl ketone; halogenated hydrocarbons such as methyl chloride and chloroform.

以下、本発明を実施例および比較例によって具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下の実施例および比較例における分析および評価は次のようにして行った。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention concretely, this invention is not limited to these. Analysis and evaluation in the following examples and comparative examples were performed as follows.

(1)粉末X線回折パターンの測定
X線回折装置を用いて、回折角(2θ)=5〜50°の範囲を走査速度1°/分で走査し、対称反射法で測定した。測定条件の詳細を以下に示す。
<分析条件>
装置:株式会社リガク製RINT2400
X線源:CuKα(λ=1.5418Å) 40kV 200mA
ゴニオメーター:縦型ゴニオメーター
検出器:シンチレーションカウンター
ステップ幅:0.02°
スリット:発散スリット=0.5°
受光スリット=0.15mm
散乱スリット=0.5°
(1) Measurement of powder X-ray diffraction pattern Using an X-ray diffractometer, a range of diffraction angle (2θ) = 5 to 50 ° was scanned at a scanning speed of 1 ° / min, and measured by a symmetric reflection method. Details of the measurement conditions are shown below.
<Analysis conditions>
Apparatus: RINT2400 manufactured by Rigaku Corporation
X-ray source: CuKα (λ = 1.5418Å) 40 kV 200 mA
Goniometer: Vertical goniometer Detector: Scintillation counter Step width: 0.02 °
Slit: Divergent slit = 0.5 °
Receiving slit = 0.15mm
Scattering slit = 0.5 °

(2)吸着等温線の作成
ガス吸着量測定装置を用いて容量法(JIS Z8831−2に準拠)によりガス吸着量の測定を行い、吸着等温線を作成した。このとき、測定に先立って試料を373K、50Paで10時間乾燥し、吸着水などを除去した。測定条件の詳細を以下に示す。
<分析条件>
装置:日本ベル株式会社製BELSORP−HP
平衡待ち時間:500秒
(2) Creation of adsorption isotherm A gas adsorption amount was measured by a volumetric method (based on JIS Z8831-2) using a gas adsorption amount measuring device, and an adsorption isotherm was created. At this time, prior to the measurement, the sample was dried at 373 K and 50 Pa for 10 hours to remove adsorbed water and the like. Details of the measurement conditions are shown below.
<Analysis conditions>
Apparatus: BELSORP-HP manufactured by Nippon Bell Co., Ltd.
Equilibrium waiting time: 500 seconds

<合成例1>
窒素雰囲気下、硝酸亜鉛六水和物2.19g(7.4mmol)、4,4’−ビフェニルジカルボン酸1.79g(7.4mmol)及びN−(4−ピリジル)イソニコチンアミド0.733g(3.7mmol)をN,N−ジメチルホルムアミド300mLに溶解させ、393Kで24時間攪拌した。析出した金属錯体の単結晶X線構造解析を行った結果、得られた金属錯体はジャングルジム骨格が二重に相互貫入した三次元構造であった。得られた金属錯体の粉末X線回折パターンを図2に示す。析出した金属錯体を吸引濾過により回収した後、メタノールで3回洗浄を行った。続いて、373K、50Paで8時間乾燥し、目的の金属錯体2.55g(収率86%)を得た。得られた金属錯体の粉末X線回折パターンを図3に示す。図2と図3の比較から、合成溶媒の吸脱着前後で粉末X線回折パターンが異なるので、本金属錯体は外部刺激である合成溶媒の吸脱着に伴い、構造が動的に変化していることが分かる。
<Synthesis Example 1>
Under a nitrogen atmosphere, zinc nitrate hexahydrate 2.19 g (7.4 mmol), 4,4′-biphenyldicarboxylic acid 1.79 g (7.4 mmol) and N- (4-pyridyl) isonicotinamide 0.733 g ( 3.7 mmol) was dissolved in 300 mL of N, N-dimethylformamide and stirred at 393 K for 24 hours. As a result of the single crystal X-ray structural analysis of the deposited metal complex, the obtained metal complex had a three-dimensional structure in which the jungle gym skeleton was double interpenetrated. The powder X-ray diffraction pattern of the obtained metal complex is shown in FIG. The precipitated metal complex was recovered by suction filtration, and then washed with methanol three times. Then, it dried at 373 K and 50 Pa for 8 hours, and obtained 2.55 g (yield 86%) of the target metal complex. The powder X-ray diffraction pattern of the obtained metal complex is shown in FIG. From the comparison between FIG. 2 and FIG. 3, the powder X-ray diffraction patterns are different before and after the adsorption and desorption of the synthetic solvent. Therefore, the structure of the present metal complex is dynamically changed with the adsorption and desorption of the synthetic solvent as an external stimulus. I understand that.

<比較合成例1>
窒素雰囲気下、硝酸亜鉛六水和物2.81g(9.5mmol)、4,4’−ビフェニルジカルボン酸2.29g(9.5mmol)及び4,4’−ビピリジル0.739g(4.7mmol)を容量比でN,N−ジメチルホルムアミド:エタノール=1:1からなるN,N−ジメチルホルムアミドとエタノールの混合溶媒800mLに溶解させ、363Kで48時間攪拌した。析出した金属錯体の単結晶X線構造解析を行った結果、得られた金属錯体はジャングルジム骨格が二重に相互貫入した三次元構造であった。得られた金属錯体の粉末X線回折パターンを図4に示す。析出した金属錯体を吸引濾過により回収した後、メタノールで3回洗浄を行った。続いて、373K、50Paで8時間乾燥し、目的の金属錯体3.24g(収率89%)を得た。得られた金属錯体の粉末X線回折パターンを図5に示す。図4と図5の比較から、合成溶媒の吸脱着前後で粉末X線回折パターンが異なるので、本金属錯体は外部刺激である合成溶媒の吸脱着に伴い、構造が動的に変化していることが分かる。
<Comparative Synthesis Example 1>
Under a nitrogen atmosphere, zinc nitrate hexahydrate 2.81 g (9.5 mmol), 4,4′-biphenyldicarboxylic acid 2.29 g (9.5 mmol) and 4,4′-bipyridyl 0.739 g (4.7 mmol) Was dissolved in 800 mL of a mixed solvent of N, N-dimethylformamide and ethanol having a volume ratio of N, N-dimethylformamide: ethanol = 1: 1 and stirred at 363 K for 48 hours. As a result of the single crystal X-ray structural analysis of the deposited metal complex, the obtained metal complex had a three-dimensional structure in which the jungle gym skeleton was double interpenetrated. The powder X-ray diffraction pattern of the obtained metal complex is shown in FIG. The precipitated metal complex was recovered by suction filtration, and then washed with methanol three times. Then, it dried at 373K and 50 Pa for 8 hours, and obtained the target metal complex 3.24g (yield 89%). FIG. 5 shows a powder X-ray diffraction pattern of the obtained metal complex. From the comparison between FIG. 4 and FIG. 5, the powder X-ray diffraction patterns are different before and after the adsorption and desorption of the synthetic solvent. Therefore, the structure of this metal complex dynamically changes with the adsorption and desorption of the synthetic solvent as an external stimulus. I understand that.

<実施例1>
合成例1で得た金属錯体について、273Kにおける二酸化炭素の吸着量を容量法により測定し、吸着等温線を作成した。結果を図6に示す。
<Example 1>
For the metal complex obtained in Synthesis Example 1, the amount of carbon dioxide adsorbed at 273 K was measured by the volumetric method, and an adsorption isotherm was created. The results are shown in FIG.

<比較例1>
比較合成例1で得た金属錯体について、273Kにおける二酸化炭素の吸着量を容量法により測定し、吸着等温線を作成した。結果を図6に示す。
<Comparative Example 1>
For the metal complex obtained in Comparative Synthesis Example 1, the amount of carbon dioxide adsorbed at 273K was measured by the volumetric method, and an adsorption isotherm was created. The results are shown in FIG.

図6より、本発明の金属錯体は二酸化炭素の吸着量が多く、特に低圧領域においてはその差が顕著であるので、二酸化炭素の吸着材として優れていることがわかる。   FIG. 6 shows that the metal complex of the present invention has a large amount of carbon dioxide adsorbed, and the difference is particularly remarkable in the low pressure region, so that it is excellent as a carbon dioxide adsorbing material.

<実施例2>
合成例1で得た金属錯体について、273Kにおけるエチレンの吸着量を容量法により測定し、吸着等温線を作成した。結果を図7に示す。
<Example 2>
For the metal complex obtained in Synthesis Example 1, the amount of ethylene adsorbed at 273 K was measured by the volumetric method, and an adsorption isotherm was created. The results are shown in FIG.

<比較例2>
比較合成例1で得た金属錯体について、273Kにおけるエチレンの吸着量を容量法により測定し、吸着等温線を作成した。結果を図7に示す。
<Comparative example 2>
For the metal complex obtained in Comparative Synthesis Example 1, the amount of ethylene adsorbed at 273 K was measured by the volumetric method, and an adsorption isotherm was prepared. The results are shown in FIG.

図7より、本発明の金属錯体はエチレンの吸着量が多く、特に低圧領域においてはその差が顕著であるので、エチレンの吸着材として優れていることがわかる。   FIG. 7 shows that the metal complex of the present invention has a large amount of ethylene adsorbed and is particularly excellent as an adsorbent for ethylene because the difference is particularly remarkable in the low pressure region.

実施例1,2及び比較例1,2の結果より、本発明の構成要件を満たす合成例1で得た金属錯体は、同じくジャングルジム骨格が多重に相互貫入した三次元構造を有し、外部刺激により構造が動的に変化するが、本発明の構成要件を満たさない比較合成例1で得た金属錯体に比べ、各種ガスの吸着性能に優れていることは明らかである。このような差が生じる理由は必ずしも定かではないが、本発明の金属錯体の構成配位子を用いることにより、ガス分子と細孔表面との相互作用が大きくなるため、優れたガス吸着性能を発現するためであると考えられる。   From the results of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, the metal complex obtained in Synthesis Example 1 that satisfies the constituent requirements of the present invention also has a three-dimensional structure in which jungle gym skeletons are interpenetrated multiple times, and externally. Although the structure is dynamically changed by stimulation, it is clear that the adsorption performance of various gases is superior to the metal complex obtained in Comparative Synthesis Example 1 that does not satisfy the constituent requirements of the present invention. The reason why such a difference occurs is not always clear, but by using the constituent ligands of the metal complex of the present invention, the interaction between the gas molecules and the pore surface is increased, so that excellent gas adsorption performance is achieved. This is thought to be due to expression.

Claims (7)

下記一般式(I);
Figure 2013040126
(式中、R、R、R、R、R、R、R及びRはそれぞれ同一または異なって水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、アルコキシ基、ホルミル基、アシロキシ基、アルコキシカルボニル基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、モノアルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、アシルアミノ基またはハロゲン原子であるか、RとR、或いはRとRが一緒になって置換基を有していてもよいアルキレン基またはアルカジエン基を形成してもよい。)で表されるジカルボン酸化合物(I)と、周期表の2族及び7〜12族に属する金属のイオンから選択される少なくとも1種の金属イオンと、下記一般式(II);
Figure 2013040126
(式中、R、R10、R11、R12、R13、R14、R15及びR16はそれぞれ同一または異なって水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、アルコキシ基、ホルミル基、アシロキシ基、アルコキシカルボニル基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、モノアルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、アシルアミノ基またはハロゲン原子である。)で表される該金属イオンに二座配位可能な有機配位子(II)とからなる金属錯体。
The following general formula (I);
Figure 2013040126
(Wherein R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 are the same or different and each represents a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, or an alkoxy group. , Formyl group, acyloxy group, alkoxycarbonyl group, nitro group, cyano group, amino group, monoalkylamino group, dialkylamino group, acylamino group or halogen atom, R 2 and R 3 , or R 6 and R 7 Together with each other to form an alkylene group or an alkadiene group which may have a substituent.) And a dicarboxylic acid compound (I) represented by groups 2 and 7 to 12 in the periodic table. At least one metal ion selected from ions of the metal to which it belongs; and the following general formula (II):
Figure 2013040126
(Wherein R 9 , R 10 , R 11 , R 12 , R 13 , R 14 , R 15 and R 16 are the same or different and each represents a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, or an alkoxy group. A formyl group, an acyloxy group, an alkoxycarbonyl group, a nitro group, a cyano group, an amino group, a monoalkylamino group, a dialkylamino group, an acylamino group, or a halogen atom). Metal complexes consisting of possible organic ligands (II).
ジャングルジム骨格が多重に相互貫入した構造を有する請求項1に記載の金属錯体。   The metal complex according to claim 1, wherein the jungle gym skeleton has a structure in which a plurality of interpenetrations occur. 該金属イオンが亜鉛イオンである請求項1または2に記載の金属錯体。   The metal complex according to claim 1 or 2, wherein the metal ion is a zinc ion. 該二座配位可能な有機配位子(II)がN−(4−ピリジル)イソニコチンアミドである請求項1〜3のいずれかに記載の金属錯体。 The metal complex according to any one of claims 1 to 3, wherein the bidentate organic ligand (II) is N- (4-pyridyl) isonicotinamide. 請求項1〜4のいずれかに記載の金属錯体からなる吸着材。 An adsorbent comprising the metal complex according to claim 1. 該吸着材が、二酸化炭素、水素、一酸化炭素、酸素、窒素、炭素数1〜4の炭化水素、希ガス、硫化水素、アンモニア、硫黄酸化物、窒素酸化物、シロキサン、水蒸気または有機蒸気を吸着するための吸着材である請求項5に記載の吸着材。 The adsorbent is carbon dioxide, hydrogen, carbon monoxide, oxygen, nitrogen, hydrocarbon having 1 to 4 carbon atoms, rare gas, hydrogen sulfide, ammonia, sulfur oxide, nitrogen oxide, siloxane, water vapor or organic vapor. The adsorbent according to claim 5, which is an adsorbent for adsorbing. ジカルボン酸化合物(I)と、周期表の2族及び7〜12族に属する金属の塩から選択される少なくとも1種の金属塩と、該金属イオンに二座配位可能な有機配位子(II)とを溶媒中で反応させ、析出させる、請求項1に記載の金属錯体の製造方法。   A dicarboxylic acid compound (I), at least one metal salt selected from salts of metals belonging to Groups 2 and 7-12 of the periodic table, and an organic ligand capable of bidentate coordination with the metal ion ( The method for producing a metal complex according to claim 1, wherein II) is reacted in a solvent and precipitated.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113252588A (en) * 2021-05-11 2021-08-13 西南科技大学 Organic clay, preparation method thereof, and color development system and method for detecting hydroquinone

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