JP2017052714A - Porous polymer metal complex, gas adsorbent, gas separation device and gas storage device using the same - Google Patents

Porous polymer metal complex, gas adsorbent, gas separation device and gas storage device using the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a porous polymer metal complex containing two kinds of similar ligand capable of use as a gas adsorbent and a gas separation device and a gas storage device using the same.SOLUTION: There are provided a porous polymer metal complex having a constitutional unit of [CuX](I), where X is an isophthalic acid ion substituted by a substituent having a chalcogen element at 5 position or a plurality of isophthalic acid ions containing the isophthalic acid ion substituted by a substituent having a chalcogen element at 5 position and n represents a state where a plurality of constitutional units consisting of [CuX]are aggregated, and a gas separation device and a gas storage device using the same.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は多孔性高分子金属錯体及びガス吸着材としての多孔性高分子金属錯体の利用ならびにこれを用いたガス分離装置及びガス貯蔵装置に関する。   The present invention relates to the use of a porous polymer metal complex and a porous polymer metal complex as a gas adsorbent, and a gas separation device and a gas storage device using the same.

ガス吸着材は、加圧貯蔵や液化貯蔵に比べて、低圧で大量のガスを貯蔵しうる特性を有する。このため、近年、ガス吸着材を用いたガス貯蔵装置やガス分離装置の開発が盛んである。ガス吸着材としては、活性炭やゼオライトなどが知られている。また最近は多孔性高分子金属錯体にガスを吸蔵させる方法も提案されている(特許文献1、非特許文献1参照)。   The gas adsorbent has a characteristic of storing a large amount of gas at a low pressure as compared with pressurized storage and liquefied storage. For this reason, in recent years, development of a gas storage device and a gas separation device using a gas adsorbent has been active. As the gas adsorbent, activated carbon, zeolite and the like are known. Recently, a method of occluding gas in a porous polymer metal complex has also been proposed (see Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).

多孔性高分子金属錯体は、金属イオンと有機配位子から得られる結晶性固体で、種々の金属イオン、有機配位子の組み合わせ及び骨格構造の多様性から、様々なガス吸着特性を発現する可能性を秘めている。しかしながら、これらの従来提案されてきたガス吸着材は、ガス吸着量や作業性などの点で充分に満足できるものとはいえず、より優れた特性を有するガス吸着材の開発が所望されている。   Porous polymer metal complexes are crystalline solids obtained from metal ions and organic ligands, and exhibit various gas adsorption properties due to the variety of metal ions, combinations of organic ligands and the variety of skeletal structures. It has potential. However, these conventionally proposed gas adsorbents are not sufficiently satisfactory in terms of the amount of gas adsorption and workability, and the development of gas adsorbents with better characteristics is desired. .

酸素ガスは、燃焼、加熱等を利用する工業プロセス、たとえば製鉄、化学、あるいは漂白を利用する工業プロセス、たとえば製紙に欠くことができない産業ガスであり、広く利用されている。また医療ガスとしても重要である。   Oxygen gas is an industrial gas that is indispensable for industrial processes that use combustion, heating, and the like, such as iron making, chemistry, or bleaching, such as paper making, and is widely used. It is also important as a medical gas.

酸素の製造には、多量製造の場合には、極低温で、酸素と窒素の沸点差を利用して、空気から酸素を取り出す深冷分離技術が確立されているが、巨大施設で有り、小中規模には利用できない。小中規模の酸素製造には、ゼオライト、活性炭等を用いた、PSA(Pressure Swing Adsorption)技術が広く利用されている。しかし歴史の長い分離技術及び材料であり、より小型に、安価にと言うニーズに対応仕切れていない。(非特許文献6〜8)   For large-scale production of oxygen, cryogenic separation technology for extracting oxygen from air using the difference between the boiling points of oxygen and nitrogen has been established at extremely low temperatures. Not available for medium-scale. For small and medium scale oxygen production, PSA (Pressure Swing Adsorption) technology using zeolite, activated carbon or the like is widely used. However, it is a separation technology and material with a long history, and it is not partitioned to meet the need for smaller size and lower cost. (Non-patent documents 6 to 8)

多孔性高分子金属錯体(PCP、Porous coordination Polymer)は、金属イオンと配位子から形成されるネットワーク構造を有する結晶性材料である。本材料は、分子レベルの細孔を多数有しており、二酸化炭素、メタン等のガス貯蔵分離材料として期待されている。一方で、本材料は、酸素分子との親和性が低く、酸素分離への適用例は限られており,性能も実用化できるレベルに到達しておらず、より優れた酸素親和性多孔性高分子金属錯体の開発が期待されているが、どのようにすれば幅広い温度域で酸素だけを選択的に吸着する多孔性高分子金属錯体を製造できるかはよくわかっていない。(非特許文献9〜12)   Porous polymer metal complex (PCP, Porous coordination Polymer) is a crystalline material having a network structure formed from metal ions and ligands. This material has many pores at the molecular level and is expected as a gas storage and separation material such as carbon dioxide and methane. On the other hand, this material has a low affinity with oxygen molecules, its application to oxygen separation is limited, performance has not reached a level where it can be put to practical use, and has a superior oxygen affinity and high porosity. Development of molecular metal complexes is expected, but it is not well understood how porous polymer metal complexes that selectively adsorb only oxygen in a wide temperature range can be produced. (Non-patent documents 9 to 12)

カゴメPCPと通称される、銅イオンとイソフタル酸誘導体から合成される、独特のネットワーク構造を有する二次元積層型PCPが知られており、そのうちの何種類かはガスを吸着する事が報告されている。ガスの吸着性は、細孔の構造(形状や直径)、PCPを構成している金属イオンや配位子の種類に大きく影響を受けるため、ある特定のガスを吸着させるためにどのPCPを利用すれば良いかは一義的に決める事は困難で、手探りで材料探索が行われている。(特許文献2、非特許文献13〜17)   Known as Kagome PCP, two-dimensional laminated PCP with a unique network structure synthesized from copper ions and isophthalic acid derivatives is known, and some of them have been reported to adsorb gas. Yes. Gas adsorption is greatly affected by the pore structure (shape and diameter) and the types of metal ions and ligands that make up the PCP, so which PCP is used to adsorb a specific gas. It is difficult to determine unambiguously whether or not it should be done, and material search is carried out by fumbling. (Patent Document 2, Non-Patent Documents 13 to 17)

一方、金属イオンと酸素分子の相互作用を利用した、酸素吸着性PCPの報告例もある。(非特許文献12)
これは、鉄(II)イオンと酸素分子が強い相互作用を有するという錯体化学の常識に基づいた物であるが、鉄(II)イオンは空気中で容易に酸化され、材料劣化が生じるため、実用的には難点がある。よって、鉄(II)イオンに依存しないで、たとえば配位子との相互作用で酸素吸着が行えるPCPは好ましいが、このようなPCPはほとんど知られておらず、設計指針が立っていない。
On the other hand, there is a report example of oxygen-adsorbing PCP using the interaction between metal ions and oxygen molecules. (Non-patent document 12)
This is based on the common knowledge of complex chemistry that iron (II) ions and oxygen molecules have a strong interaction, but iron (II) ions are easily oxidized in the air, causing material deterioration. There are difficulties in practical use. Therefore, PCP that can adsorb oxygen by interaction with a ligand without depending on iron (II) ions is preferable, but such PCP is hardly known and design guidelines are not established.

特開2000-109493号公報JP 2000-109493 A 特許第5646789号公報Japanese Patent No. 5646789

北川進、集積型金属錯体、講談社サイエンティフィク、2001年214-218頁Susumu Kitagawa, Integrated Metal Complex, Kodansha Scientific, 2001, pages 214-218 Long他、Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 2 - 27Long et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 2-27 Suh 他 Inorganic Chemistry, Vol. 45, No. 21, 2006Suh et al. Inorganic Chemistry, Vol. 45, No. 21, 2006 Zhou他、Inorganic Chemistry, Vol. 46, No. 4, 2007 1233Zhou et al., Inorganic Chemistry, Vol. 46, No. 4, 2007 1233 Rosi他、J. AM. CHEM. SOC. 2010, 132, 38-39Rosi et al., J. AM. CHEM. SOC. 2010, 132, 38-39 竹林ら、東洋曹達研究報告第26巻第1号(1982)9Takebayashi et al., Toyo Soda Research Report Vol. 26, No. 1 (1982) 9 春名ら、住友化学2005-II, 59Haruna et al., Sumitomo Chemical 2005-II, 59 平野ら、tosoh Res. & tech. Rev. (2008)52, 55Hirano et al., Tosoh Res. & Tech. Rev. (2008) 52, 55 Farha ら、Angewandte Chem., Int. Ed., (2014)14092Farha et al., Angewandte Chem., Int. Ed., (2014) 14092 Kepertら、J. Am. Chem. Soc., (2011)10885Kepert et al., J. Am. Chem. Soc., (2011) 10885 北川ら、Science, (2002)298, 2358Kitagawa et al., Science, (2002) 298, 2358 Longら、J. Am. Chem. Soc., (2011)14814Long et al., J. Am. Chem. Soc., (2011) 14814 Morris ら、Nature Commun. (2011) 304Morris et al., Nature Commun. (2011) 304 Zaworotko ら、Chem. Commun.(2004)2534Zaworotko et al., Chem. Commun. (2004) 2534 Zaworotko ら、Angew. Chem. Int. Ed. (2001)2111Zaworotko et al., Angew. Chem. Int. Ed. (2001) 2111 Zawarotko ら、Cryst. Growth. Des. (2003) 513Zawarotko et al., Cryst. Growth. Des. (2003) 513 Burrows ら、Dalton Trans., (2008)6788Burrows et al., Dalton Trans., (2008) 6788

本発明は、多孔性高分子金属錯体及びこれを用いた優れた特性を有するガス吸着材を提供することである。また本発明は、前記特性を有するガス吸着材を内部に収容してなるガス貯蔵装置及びガス分離装置を併せて提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a porous polymer metal complex and a gas adsorbent having excellent characteristics using the same. It is another object of the present invention to provide a gas storage device and a gas separation device that contain therein a gas adsorbent having the above characteristics.

本発明者らは、前述のような問題点を解決すべく、鋭意研究を積み重ねた結果、5位にカルコゲン元素を有する置換基が置換したイソフタル酸と銅イオンの反応により得られる、いわゆるカゴメ構造を有する多孔性高分子金属錯体は、幅広い温度域で酸素のみを吸着する事を見いだし、本発明を完成するに至った。本明細書中で、用語「カルコゲン元素」を用いる場合は、酸素元素は含まない。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have obtained a so-called kagome structure obtained by a reaction between isophthalic acid substituted with a substituent having a chalcogen element at the 5-position and copper ion. It has been found that a porous polymer metal complex having an oxygen adsorbs only oxygen in a wide temperature range, and the present invention has been completed. In this specification, when the term “chalcogen element” is used, oxygen element is not included.

すなわち、本発明は、カゴメ構造を有し、銅イオン、5位にカルコゲン元素を有する置換基が置換したイソフタル酸配位子又は5位にカルコゲン元素を有する置換基が置換したイソフタル酸イオンを含む複数種のイソフタル酸イオン配位子を含有する多孔性高分子金属錯体であり、本材料のガス吸蔵材料としての利用及び本ガス吸着材を内部に収容してなるガス貯蔵装置及びガス分離装置に関する発明である。   That is, the present invention has a kagome structure, and includes a copper ion, an isophthalic acid ligand substituted with a substituent having a chalcogen element at the 5-position, or an isophthalic acid ion substituted with a substituent having a chalcogen element at the 5-position. A porous polymer metal complex containing a plurality of types of isophthalate ion ligands, and relates to the use of this material as a gas storage material and a gas storage device and a gas separation device containing this gas adsorbent inside. It is an invention.

すなわち本発明は下記にある。
(1) [Cu24]n (I)
(式中、Xは5位にカルコゲン元素を有する置換基が置換したイソフタル酸イオン又は5位にカルコゲン元素を有する置換基が置換したイソフタル酸イオンを含む複数種のイソフタル酸イオンである。nは、[Cu24]から成る構成単位が多数集合している状態を示す。)
の構造単位を有する多孔性高分子金属錯体。
(2) 前記構造単位が、2個の銅イオンが4個の前記イソフタル酸イオンのそれぞれに由来する4個のカルボキシル基を互いに共有して配位結合しているパドルホイール構造を有しており、当該パドルホイール構造が前記イソフタル酸イオンにより連結されて三角形と六角形とから構成されるカゴメ構造を形成しており、さらに当該カゴメ構造が積層されている結晶構造を有する(1)に記載の多孔性高分子金属錯体。
(3) 前記カルコゲン元素を有する置換基に含まれる官能基が、チオール、スルフィド、又はジスルフィドである(1)又は(2)に記載の多孔性高分子金属錯体。
(4) 前記式(I)[Cu24]n中のXの総モル数の5モル%以上が前記5位にカルコゲン元素を有する置換基が置換したイソフタル酸イオンであることを特徴とする(1)〜(3)のいずれか一つに記載の多孔性高分子金属錯体。
(5) (1)〜(4)のいずれか一つに記載の多孔性高分子金属錯体を含むガス吸着材。
(6) (5)に記載の吸着材を用いたガス分離装置。
(7) (6)に記載の吸着材を用いたガス貯蔵装置。
That is, the present invention is as follows.
(1) [Cu 2 X 4 ] n (I)
(Wherein X is an isophthalate ion substituted with a substituent having a chalcogen element at the 5-position or a plurality of types of isophthalate ions including an isophthalate ion substituted with a substituent having a chalcogen element at the 5-position. , Shows a state in which a large number of structural units composed of [Cu 2 X 4 ] are gathered.)
A porous polymer metal complex having the following structural unit:
(2) The structural unit has a paddle wheel structure in which two copper ions share four coordinate groups derived from each of the four isophthalate ions and coordinate to each other. The paddle wheel structure is connected by the isophthalate ion to form a kagome structure composed of a triangle and a hexagon, and further has a crystal structure in which the kagome structure is laminated (1) Porous polymer metal complex.
(3) The porous polymer metal complex according to (1) or (2), wherein the functional group contained in the substituent having the chalcogen element is thiol, sulfide, or disulfide.
(4) 5 mol% or more of the total mole number of X in the formula (I) [Cu 2 X 4 ] n is an isophthalate ion substituted with a substituent having a chalcogen element at the 5-position. The porous polymer metal complex according to any one of (1) to (3).
(5) A gas adsorbent comprising the porous polymer metal complex according to any one of (1) to (4).
(6) A gas separation device using the adsorbent according to (5).
(7) A gas storage device using the adsorbent according to (6).

本発明の多孔性高分子金属錯体は多量の酸素ガスを吸蔵、放出し、かつ、酸素ガスの選択的吸着を行うことができる。また本発明の多孔性高分子金属錯体からなる酸素ガス吸蔵材料を内部に収容してなる酸素ガス貯蔵装置及び酸素ガス分離装置を製造することが可能になる。   The porous polymer metal complex of the present invention can absorb and release a large amount of oxygen gas and can selectively adsorb oxygen gas. Moreover, it becomes possible to manufacture an oxygen gas storage device and an oxygen gas separation device in which an oxygen gas storage material made of the porous polymer metal complex of the present invention is housed.

本発明の多孔性高分子金属錯体は、また例えば、圧力スイング吸着方式(以下「PSA方式」と略記)の酸素ガス分離装置として使用すれば、非常に効率良い酸素ガス分離が可能である。また、圧力変化に要する時間を短縮でき、省エネルギーにも寄与する。さらに、酸素ガス分離装置の小型化にも寄与しうるため、高純度酸素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酸素ガスを用いる場合であっても、高純度酸素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。   If the porous polymer metal complex of the present invention is used, for example, as a pressure swing adsorption type (hereinafter abbreviated as “PSA type”) oxygen gas separator, very efficient oxygen gas separation is possible. In addition, the time required for pressure change can be shortened, contributing to energy saving. Furthermore, it can contribute to downsizing of the oxygen gas separation device, so it is possible to increase the cost competitiveness when selling high purity oxygen gas as a product. Even if it exists, since the cost which the installation which requires high purity oxygen gas requires can be reduced, it has the effect of reducing the manufacturing cost of a final product after all.

本発明の多孔性高分子金属錯体の他の用途としては、酸素ガス貯蔵装置が挙げられる。本発明のガス吸着材を酸素ガス貯蔵装置(業務用ガスタンク、民生用ガスタンク、車両用燃料タンクなど)に適用した場合には、搬送中や保存中の圧力を劇的に低減させることができる。搬送時や保存中の酸素ガス圧力を減少させ得ることに起因する効果としては、形状自由度の向上がまず挙げられる。従来の酸素ガス貯蔵装置においては、保存中の圧力を維持しなくてはガス吸着量を高く維持できない。しかしながら、本発明の酸素ガス貯蔵装置においては、圧力を低下させても充分な酸素ガス吸着量を維持できる。   Another use of the porous polymer metal complex of the present invention is an oxygen gas storage device. When the gas adsorbent of the present invention is applied to an oxygen gas storage device (business gas tank, consumer gas tank, vehicle fuel tank, etc.), the pressure during transportation and storage can be dramatically reduced. As an effect resulting from the fact that the oxygen gas pressure during transportation or storage can be reduced, an improvement in the degree of freedom in shape is first mentioned. In the conventional oxygen gas storage device, the gas adsorption amount cannot be maintained high unless the pressure during storage is maintained. However, in the oxygen gas storage device of the present invention, a sufficient oxygen gas adsorption amount can be maintained even if the pressure is lowered.

酸素ガス分離装置や酸素ガス貯蔵装置に適用する場合における、容器形状や容器材質、ガスバルブの種類などに関しては、特に特別の装置を用いなくてもよく、酸素ガス分離装置や酸素ガス貯蔵装置に用いられているものを用いることができる。ただし、各種装置の改良を排除するものではなく、いかなる装置を用いたとしても、本発明の多孔性高分子金属錯体を用いている限りにおいて、本発明の技術的範囲に包含されるものである。   When applied to an oxygen gas separation device or oxygen gas storage device, the container shape, container material, type of gas valve, etc. need not be specially used, and it is used for the oxygen gas separation device and oxygen gas storage device. Can be used. However, the improvement of various devices is not excluded, and any device is included in the technical scope of the present invention as long as the porous polymer metal complex of the present invention is used. .

本発明の多孔性高分子金属錯体の結晶構造のカゴメ構造の一層のみを切り抜いた上面図を示す。The top view which cut out only one layer of the kagome structure of the crystal structure of the porous polymeric metal complex of this invention is shown. 本発明の多孔性高分子金属錯体中の2個の銅イオンが4個のカルボキシル基を互いに共有して配位結合したいわゆるパドルホイール構造を拡大して示す。1 shows an enlarged view of a so-called paddle wheel structure in which two copper ions in a porous polymer metal complex of the present invention share four carboxyl groups and coordinate to each other. 本発明の多孔性高分子金属錯体の結晶構造のカゴメ構造の二層のみを切り抜いた側面図を示す。The side view which cut out only two layers of the kagome structure of the crystal structure of the porous polymer metal complex of this invention is shown. 実施例1で得た単結晶を分析して得られた多孔性高分子金属錯体の結晶構造のカゴメ構造を示す。The kagome structure of the crystal structure of the porous polymer metal complex obtained by analyzing the single crystal obtained in Example 1 is shown.

本発明の多孔性高分子金属錯体は、下記式(I)で表され、かつ図1で示されるいわゆるカゴメ構造を有する多孔性高分子金属錯体である。
[Cu24]n (I)
(式中、Xは5位にカルコゲン元素を有する置換基が置換したイソフタル酸イオン又は5位にカルコゲン元素を有する置換基が置換したイソフタル酸イオンを含む複数種のイソフタル酸イオンである。nは、[Cu24]から成る構成単位が多数集合している状態を示すもので、nの大きさは特に限定されない。)
The porous polymer metal complex of the present invention is a porous polymer metal complex having a so-called kagome structure represented by the following formula (I) and shown in FIG.
[Cu 2 X 4 ] n (I)
(Wherein X is an isophthalate ion substituted with a substituent having a chalcogen element at the 5-position or a plurality of types of isophthalate ions including an isophthalate ion substituted with a substituent having a chalcogen element at the 5-position. , [Cu 2 X 4 ] represents a state in which a large number of structural units are gathered, and the size of n is not particularly limited.)

図1に本発明の多孔性高分子金属錯体の結晶構造のカゴメ構造の一層のみを切り抜いた上面図を示す。2個の銅イオンが4個のカルボキシル基を互いに共有して配位結合したいわゆるパドルホイール構造(図2参照)を有し、そのパドルホイールがイソフタル酸イオンにより連結されてパドルホイールを頂点とする六角形と三角形から成る、いわゆるカゴメ構造を形成している。本図では、パドルホイール構造を形成する銅イオン1個に対し、カルボン酸の酸素が4個配位するとともに、銅イオンのアキシャル位に水が1分子配位している。   FIG. 1 shows a top view in which only one layer of the kagome structure of the crystalline structure of the porous polymer metal complex of the present invention is cut out. It has a so-called paddle wheel structure (see FIG. 2) in which two copper ions share four carboxyl groups and coordinate to each other, and the paddle wheel is connected by an isophthalate ion, with the paddle wheel at the top. A so-called Kagome structure consisting of hexagons and triangles is formed. In this figure, four oxygen atoms of carboxylic acid are coordinated to one copper ion forming the paddle wheel structure, and one molecule of water is coordinated to the axial position of the copper ion.

図2に2個の銅イオンが4個のカルボキシル基を互いに共有して配位結合しているいわゆるパドルホイール構造を拡大して示す。このパドルホイールがイソフタル酸イオンにより連結されて、図1に示すように、カゴメ構造が形成される。   FIG. 2 shows an enlarged view of a so-called paddle wheel structure in which two copper ions share four carboxyl groups and coordinate to each other. This paddle wheel is connected by isophthalate ions to form a kagome structure as shown in FIG.

図3に、本発明の多孔性高分子金属錯体中の多孔性高分子金属錯体のカゴメ構造の二層のみを切り抜いた側面図を示す。カゴメ構造は二次元平面構造であり、本多孔性高分子金属錯体はこの二次元平面構造体が積層している。本図では、いずれも分子ネットワーク構造の一部を切り抜いた物であり、実際は無限格子である。   FIG. 3 shows a side view in which only two layers of the kagome structure of the porous polymer metal complex in the porous polymer metal complex of the present invention are cut out. The kagome structure is a two-dimensional planar structure, and this two-dimensional planar structure is laminated on the porous polymer metal complex. In this figure, all are part of the molecular network structure cut out and are actually infinite lattices.

本発明の多孔性高分子金属錯体は、銅イオンと、5位にカルコゲン元素を有する置換基が置換したイソフタル酸又は5位にカルコゲン元素を有する置換基が置換したイソフタル酸イオンを含む複数種のイソフタル酸イオンとから形成される図1に示すいわゆるカゴメネットワーク構造を有している。ここで重要なのはネットワークのトポロジーであり、カゴメネットワーク構造の個々の結合角は、本多孔性高分子金属錯体が柔軟性を有するが故に、必ずしも常に図と同一の結合角を有するとは限らない。また図3の積層様態においても、二次元のカゴメネットワークが水素結合やファンデルワールス力等の弱い相互作用のみで積層しているため、積層状態がずれる可能性はあるが、これらの構造を有するものも同一の機能を有する同一の多孔性高分子金属錯体と見なされる。   The porous polymer metal complex of the present invention includes a plurality of kinds of copper ions and isophthalic acid ions substituted with a substituent having a chalcogen element at the 5-position or isophthalic acid ions substituted with a substituent having a chalcogen element at the 5-position. It has a so-called kagome network structure shown in FIG. 1 formed from isophthalate ions. What is important here is the topology of the network, and the individual bond angles of the Kagome network structure do not always have the same bond angles as in the figure because the porous polymer metal complex has flexibility. Also in the stacking mode of FIG. 3, the two-dimensional kagome network is stacked only by weak interactions such as hydrogen bonds and van der Waals forces. Are also regarded as the same porous polymer metal complex having the same function.

本発明の多孔性高分子金属錯体は多孔体であるため、水やアルコールやエーテルなどの有機分子に触れると孔内に水や有機溶媒を含有し、たとえば式(II)
[Cu24]n(G)m (II)
(式中、Xは5位にカルコゲン元素を有する置換基が置換したイソフタル酸イオン又は5位にカルコゲン元素を有する置換基が置換したイソフタル酸イオンを含む複数種のイソフタル酸イオンである。nは、[Cu24]から成る構成単位が多数集合しているという特性を示すもので、nの大きさは特に限定されない。Gは孔内に吸着された水やアルコールやエーテルなどの有機分子で、mは任意の数である。)
であるような複合錯体に変化する場合がある。
Since the porous polymer metal complex of the present invention is a porous body, when it comes into contact with organic molecules such as water, alcohol or ether, it contains water or an organic solvent in the pores.
[Cu 2 X 4 ] n (G) m (II)
(Wherein X is an isophthalate ion substituted with a substituent having a chalcogen element at the 5-position or a plurality of types of isophthalate ions including an isophthalate ion substituted with a substituent having a chalcogen element at the 5-position. , [Cu 2 X 4 ] has a characteristic that many structural units are assembled, and the size of n is not particularly limited, G is an organic molecule such as water, alcohol or ether adsorbed in the pores M is an arbitrary number.)
It may change to a complex complex such as

しかしこれらの複合錯体中の水やアルコール、エーテルなどの有機分子は、多孔性高分子金属錯体に弱く結合しているだけであり、ガス吸着材として利用する際の減圧乾燥などの前処理によって除かれ、元の式(I)で表される多孔性高分子金属錯体に戻る。そのため、式(II)で表されるような多孔性高分子金属錯体であっても、本質的には本発明の多孔性高分子金属錯体と同一物と見なすことができる。   However, organic molecules such as water, alcohol, and ether in these complex complexes are only weakly bonded to the porous polymer metal complex, and are removed by pretreatment such as vacuum drying when used as a gas adsorbent. Returning to the original porous polymer metal complex represented by the formula (I). Therefore, even a porous polymer metal complex represented by the formula (II) can be regarded as essentially the same as the porous polymer metal complex of the present invention.

また本発明の多孔性高分子金属錯体中の銅イオンは、カルボキシル基の酸素4個が配位した、いわゆるパドルホイールと呼ばれる構造を有している。銅イオンは6配位構造をとることも多く、すなわち、本パドルホイール構造は、カルボキシル基の酸素4個以外にさらに二個の配位を受けることが可能であり、たとえば式(III)
[Cu24z]n (III)
(式中、X、式(I)で定義したものと同じである。Qはパドルホイールを形成する銅イオンに配位する分子で、zは1又は2である。)
であるような複合錯体に変化する場合がある。
The copper ion in the porous polymer metal complex of the present invention has a so-called paddle wheel structure in which four carboxyl group oxygens are coordinated. Copper ions often have a six-coordinate structure, that is, the paddle wheel structure can receive two more coordinations in addition to the four oxygens of the carboxyl group. For example, the formula (III)
[Cu 2 X 4 Q z ] n (III)
(In the formula, X is the same as defined in formula (I). Q is a molecule coordinated to the copper ion forming the paddle wheel, and z is 1 or 2.)
It may change to a complex complex such as

しかしこれらの複合錯体中のQは、銅イオンに弱く結合しているだけであり、ガス吸着材として利用する際の減圧乾燥などの前処理によって除かれ、元の式(I)で表される錯体に戻る。そのため、式(III)で表されるような錯体であっても、本質的には本発明の多孔性高分子金属錯体と同一物と見なすことができる。   However, Q in these complex complexes is only weakly bonded to copper ions, and is removed by pretreatment such as drying under reduced pressure when used as a gas adsorbent, and is represented by the original formula (I). Return to the complex. Therefore, even a complex represented by the formula (III) can be regarded as essentially the same as the porous polymer metal complex of the present invention.

本発明の式(I)で表される多孔性高分子金属錯体は、銅塩、5位にカルコゲン元素を有する置換基が置換したイソフタル酸又は5位にカルコゲン元素を有する置換基が置換したイソフタル酸イオンを含む複数種のイソフタル酸を溶媒に溶かして溶液状態で混合することで製造できる。銅塩を溶かす溶媒としては、水やアルコールなどのプロトン系溶媒を利用すると良好な結果が得られる。水やアルコールなどのプロトン系溶媒は銅塩をよく溶解し、さらに銅イオンや対イオンに配位結合や水素結合することで銅塩を安定化し、配位子との急速な反応を抑制することで、副反応を抑制する。   The porous polymer metal complex represented by the formula (I) of the present invention is a copper salt, isophthalic acid substituted by a substituent having a chalcogen element at the 5-position, or isophthalate substituted by a substituent having a chalcogen element at the 5-position. It can be produced by dissolving a plurality of types of isophthalic acid containing acid ions in a solvent and mixing them in a solution state. As a solvent for dissolving the copper salt, good results can be obtained by using a proton solvent such as water or alcohol. Protonic solvents such as water and alcohol dissolve copper salts well and stabilize copper salts by coordinating and hydrogen bonding to copper ions and counter ions, thereby suppressing rapid reaction with ligands. In order to suppress side reactions.

アルコールの例としてはメタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノールなどの脂肪族系1価アルコール及びエチレングリコールなどの脂肪族系2価アルコール類を例示できる。安価でかつ銅塩の溶解性が高いという点でメタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、エチレングリコールが好ましい。またこれらのアルコールは単独で用いてもよいし、複数を混合使用してもよい。   Examples of the alcohol include aliphatic monohydric alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol and 2-butanol, and aliphatic dihydric alcohols such as ethylene glycol. Methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, and ethylene glycol are preferred because they are inexpensive and have high solubility of copper salts. These alcohols may be used alone or in combination.

溶媒として前記のアルコール類とアルコール以外の有機溶媒や水とを混合して使用することも好ましい。混合比率は1:99〜100:0(体積比)の任意の範囲である。アルコール類の混合比率を30%以上にすることが、銅塩及びイソフタル酸類の溶解性を向上させる観点から好ましい。   It is also preferable to use a mixture of the above alcohols and an organic solvent other than alcohol or water as a solvent. The mixing ratio is in an arbitrary range of 1:99 to 100: 0 (volume ratio). The mixing ratio of alcohols is preferably 30% or more from the viewpoint of improving the solubility of copper salts and isophthalic acids.

用いることができるアルコール以外の有機溶媒としては、極性の高い溶媒が溶解性に優れるという点で好ましく、具体的にはテトラヒドロフラン、アセトニトリル、ジオキサン、アセトン、ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミドなどのジアルキルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジエチルアセトアミドなどのジアルキルアセトアミド、ジメチルスルホキシドなどが挙げられる。   As the organic solvent other than the alcohol that can be used, a highly polar solvent is preferable because of its excellent solubility, specifically, dialkylformamide such as tetrahydrofuran, acetonitrile, dioxane, acetone, dimethylformamide, diethylformamide, and dimethylacetamide. And dialkylacetamide such as diethylacetamide, dimethylsulfoxide and the like.

本発明の多孔性高分子金属錯体の製造に使用する銅塩としては、2価の銅イオンを含有している塩類であればよく、使用する溶媒への溶解性が高いという点で、硝酸銅、ほうふっ化銅、酢酸銅、硫酸銅、ぎ酸銅、フマル酸銅、塩化銅、臭化銅が好ましく、反応性が高いという点で、硝酸銅、ほうふっ化銅、硫酸銅が特に好ましい。   The copper salt used in the production of the porous polymer metal complex of the present invention may be a salt containing a divalent copper ion, and is highly soluble in the solvent used. Copper nitrate, copper acetate, copper sulfate, copper formate, copper fumarate, copper chloride, copper bromide are preferred, and copper nitrate, copper fluoride, copper sulfate are particularly preferred in terms of high reactivity. .

次に、5位にカルコゲン元素を有する置換基が置換したイソフタル酸を説明する。カルコゲン元素を有する置換基として、硫黄原子を含有する置換基が挙げられる。具体的にはSH基を含有する官能基であり、たとえばイソフタル酸にSH基が直接置換した、5−ヒドロキシチオイソフタル酸、SH基が置換したアルキル基、たとえば、ヒドロキシチオメチル基(HS−CH2−)、ヒドロキシチオエチル基(HS−CH2−CH2−)等が置換したイソフタル酸類である。アルキル基の種類としては直鎖、分岐鎖のアルキル基が挙げられ、アルキル基に含まれる炭素の数は1〜10個であり、PCPの合成しやすさの観点から炭素数は1〜6個である。 Next, isophthalic acid substituted with a substituent having a chalcogen element at the 5-position will be described. Examples of the substituent having a chalcogen element include a substituent containing a sulfur atom. Specifically, it is a functional group containing an SH group, for example, 5-hydroxythioisophthalic acid in which an SH group is directly substituted with isophthalic acid, an alkyl group in which an SH group is substituted, such as a hydroxythiomethyl group (HS-CH 2 -), hydroxy thioethyl group (HS-CH 2 -CH 2 -) and the like are isophthalic acids substituted. Examples of the alkyl group include straight-chain and branched-chain alkyl groups. The alkyl group contains 1 to 10 carbon atoms, and 1 to 6 carbon atoms from the viewpoint of ease of PCP synthesis. It is.

また別の硫黄原子を含有する置換基としてはアルキル基を含有するスルフィド基であり、具体的にはメチルチオ基(CH3−S−)、メチルチオメチル基(CH3−S−CH2−)、メチルチオエチル基(CH3−S−CH2−CH2−)が挙げられる。 Another substituent containing a sulfur atom is a sulfide group containing an alkyl group, specifically a methylthio group (CH 3 —S—), a methylthiomethyl group (CH 3 —S—CH 2 —), methylthioethyl group (CH 3 -S-CH 2 -CH 2 -) and the like.

また別の硫黄原子を含有する置換基としてはアルキル基を含有するジスルフィド基であり、具体的にはCH3−S−S−基、CH3−S−S−CH2−基、CH3−S−S−CH2−CH2基が挙げられる。 Another substituent containing a sulfur atom is a disulfide group containing an alkyl group, specifically, a CH 3 —SS— group, a CH 3 —SS—CH 2 — group, a CH 3 — S—S—CH 2 —CH 2 group may be mentioned.

カルコゲン元素を有する別の置換基として、セレン(Se)原子を含有する置換基が挙げられる。具体的にはSeH基を含有する官能基であり、たとえばSeH基、HSe−CH2−、HSe−CH2−CH2−等があげられる。含有されるアルキル基の種類としては直鎖、分岐鎖のアルキル基が挙げられ、アルキル基に含まれる炭素の数は1〜10個であり、PCPの合成しやすさの観点から炭素数は1〜6個である。 Another substituent having a chalcogen element is a substituent containing a selenium (Se) atom. Specifically, it is a functional group containing a SeH group, such as SeH group, HSe—CH 2 —, HSe—CH 2 —CH 2 — and the like. Examples of the alkyl group contained include linear and branched alkyl groups. The alkyl group contains 1 to 10 carbon atoms, and the number of carbon atoms is 1 from the viewpoint of ease of PCP synthesis. ~ 6.

また別のSe原子を含有する置換基としてはアルキル基を含有するCH2−Se−CH2基であり、具体的にはCH3−Se−、CH3−Se−CH2−、CH3−Se−CH2−CH2−が挙げられる。 Further, the substituent containing another Se atom is a CH 2 —Se—CH 2 group containing an alkyl group, specifically, CH 3 —Se—, CH 3 —Se—CH 2 —, CH 3 —. Se-CH 2 -CH 2 - and the like.

また別のSeを含有する置換基としてはアルキル基を含有するCH2−Se−Se−CH2基であり、具体的にはCH3−Se−Se−基、CH3−Se−Se−CH2−基、CH3−Se−Se−CH2−CH2基が挙げられる。 Another Se-containing substituent is a CH 2 —Se—Se—CH 2 group containing an alkyl group, specifically a CH 3 —Se—Se— group, a CH 3 —Se—Se—CH group. 2 - group, CH 3 -Se-Se-CH 2 -CH 2 group can be mentioned.

カルコゲン元素を有する別の置換基として、テルル(Te)原子を含有する置換基が挙げられる。具体的にはTeH基を含有する官能基であり、たとえばTeH基、HTe−CH2−、HTe−CH2−CH2−等があげられる。含有されるアルキル基の種類としては直鎖、分岐鎖のアルキル基が挙げられ、アルキル基に含まれる炭素の数は1〜10個であり、PCPの合成しやすさの観点から炭素数は1〜6個である。 Another substituent having a chalcogen element is a substituent containing a tellurium (Te) atom. Specifically, it is a functional group containing a TeH group, and examples thereof include a TeH group, HTe—CH 2 —, HTe—CH 2 —CH 2 — and the like. Examples of the alkyl group contained include linear and branched alkyl groups. The alkyl group contains 1 to 10 carbon atoms, and the number of carbon atoms is 1 from the viewpoint of ease of PCP synthesis. ~ 6.

また別のTe原子を含有する置換基としてはアルキル基を含有するCH2−Te−CH2基であり、具体的にはCH3−Te−、CH3−Te−CH2−、CH3−Te−CH2−CH2−が挙げられる。 Examples of the substituent containing a different Te atoms are CH 2 -Te-CH 2 groups containing an alkyl group, in particular CH 3 -Te-, CH 3 -Te- CH 2 -, CH 3 - Te-CH 2 -CH 2 - and the like.

また別のTeを含有する置換基としてはアルキル基を含有するCH2−Te−Te−CH2基であり、具体的にはCH3−Se−Se−基、CH3−Se−Se−CH2−基、CH3−Te−Te−CH2−CH2基が挙げられる。 Examples of the substituent containing a different Te is CH 2 -Te-Te-CH 2 groups containing an alkyl group, in particular CH 3 -Se-Se- group, CH 3 -Se-Se-CH 2 - group, CH 3 -Te-Te-CH 2 -CH 2 group can be mentioned.

本発明のカゴメ構造を有し、5位にカルコゲン元素を有する置換基が置換したイソフタル酸配位子を含有する多孔性高分子金属錯体では、原料として複数種のイソフタル酸類を混合使用して、使用した複数種のイソフタル酸類を含有する多孔性高分子金属錯体を合成する、いわゆる固溶体型の多孔性高分子金属錯体を形成する。この際、混合して使用する複数種のイソフタル酸類の少なくとも一種類は、5位にカルコゲン元素を有する置換基が置換したイソフタル酸類である必要があり、これの含有率は5%以上、好ましくは20%以上である。   In the porous polymer metal complex having the kagome structure of the present invention and containing an isophthalic acid ligand substituted with a substituent having a chalcogen element at the 5-position, a mixture of plural types of isophthalic acids is used as a raw material, A so-called solid solution type porous polymer metal complex is synthesized, which synthesizes a porous polymer metal complex containing a plurality of types of isophthalic acids used. At this time, at least one kind of a plurality of types of isophthalic acids used in combination needs to be isophthalic acids substituted with a substituent having a chalcogen element at the 5-position, and the content thereof is 5% or more, preferably 20% or more.

この固溶体型の多孔性高分子金属錯体も、上記式(I)で表され、かつ図1〜3で示されるいわゆるカゴメ構造を有する本発明の多孔性高分子金属錯体である。   This solid solution type porous polymer metal complex is also the porous polymer metal complex of the present invention having the so-called kagome structure represented by the above formula (I) and shown in FIGS.

銅イオンと、イソフタル酸イオン及び5位に置換基を有するイソフタル酸イオンの2種類以上とを組み合わせると、図1〜3で示されるいわゆるカゴメ構造を有する固溶体型の多孔性高分子金属錯体を形成することを確認している。本発明の固溶体型の多孔性高分子金属錯体は、その固溶体型の多孔性高分子金属錯体においてイソフタル酸イオン及び5位に置換基を有するイソフタル酸イオンとして、5位にカルコゲン元素を有する置換基が置換したイソフタル酸イオンを5モル%以上含むことを特徴とするものである。混合して使用する複数種のイソフタル酸類は、5位にカルコゲン元素を有する置換基が置換したイソフタル酸同士であってもよい。このとき、カゴメ構造の相互貫入はない。   Combining copper ions with isophthalate ions and two or more types of isophthalate ions having a substituent at the 5-position forms a solid solution type porous polymer metal complex having the so-called kagome structure shown in FIGS. Make sure you do. The solid solution type porous polymer metal complex of the present invention is a substituent having a chalcogen element at the 5-position as an isophthalate ion and an isophthalate ion having a substituent at the 5-position in the solid-solution type porous polymer metal complex. It contains 5 mol% or more of isophthalate ions substituted. The plural types of isophthalic acids used by mixing may be isophthalic acids substituted by a substituent having a chalcogen element at the 5-position. At this time, there is no mutual penetration of the kagome structure.

本発明の固溶体型の多孔性高分子金属錯体に用いられるイソフタル酸イオン及び5位にカルコゲン元素を有する置換基を有するイソフタル酸イオンにおいて、5位の置換基としては、ハロゲン原子、置換又は非置換のアルキル基、置換又は非置換のアルコキシ基、置換又は非置換のアリール基、アラルキル基、置換又は非置換のアミノ基、ニトロ基、アミド基、ホルミル基、カルボニル基、エステル基、アジド基、カルボキシル基、スルホ基、水酸基などから選ばれる基である。アルキル基としては、メチル基、エチル基など炭素原子1〜12個、特に1〜6個のアルキル基が好ましい。置換アルキル基の置換基としては、ヒドロキシ基、アミノ基などが挙げられる。アルコキシ基としては、炭素原子1〜12個、特に1〜6個のアルコキシ基、特にメトキシ基、エトキシ基、ベンジルオキシ基が好ましい。置換アルコキシ基の置換基としては、ヒドロキシ基、アミノ基、ジメチルアミノ基等が挙げられる。アリール基としては、フェニル基、パラヒドロキシフェニル基が好ましい。置換アリール基としては、パラヒドロキシフェニル基、パラジメチルアミノフェニル基などが挙げられる。アラルキル基としては、ベンジル基、o−、m−、p−のいずれか又は複数にメチル基及び又はエチル基が置換したフェニル基が好ましい。非置換又は置換アミノ基は好ましく、具体的には、アミノ基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、エチルアミノ基、ジエチルアミノ基、フェニルアミノ基、ジフェニルアミノ基がより好ましい。   In the isophthalate ion used in the solid solution type porous polymer metal complex of the present invention and the isophthalate ion having a substituent having a chalcogen element at the 5-position, the substituent at the 5-position may be a halogen atom, substituted or unsubstituted Alkyl group, substituted or unsubstituted alkoxy group, substituted or unsubstituted aryl group, aralkyl group, substituted or unsubstituted amino group, nitro group, amide group, formyl group, carbonyl group, ester group, azide group, carboxyl It is a group selected from a group, a sulfo group, a hydroxyl group and the like. The alkyl group is preferably an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, particularly 1 to 6 carbon atoms such as a methyl group and an ethyl group. Examples of the substituent of the substituted alkyl group include a hydroxy group and an amino group. The alkoxy group is preferably an alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms, particularly 1 to 6 carbon atoms, particularly a methoxy group, an ethoxy group or a benzyloxy group. Examples of the substituent for the substituted alkoxy group include a hydroxy group, an amino group, and a dimethylamino group. As the aryl group, a phenyl group and a parahydroxyphenyl group are preferable. Examples of the substituted aryl group include a parahydroxyphenyl group and a paradimethylaminophenyl group. As the aralkyl group, a phenyl group in which any one or more of a benzyl group, o-, m-, and p- is substituted with a methyl group and / or an ethyl group is preferable. An unsubstituted or substituted amino group is preferable, and specifically, an amino group, a methylamino group, a dimethylamino group, an ethylamino group, a diethylamino group, a phenylamino group, and a diphenylamino group are more preferable.

この固溶体型の多孔性高分子金属錯体の場合、式(I)、(II)、(III)のXは、2種類以上であるが、たとえば、3種類や、4種類となることができる。上限はないが、一般的には、確率論的にカゴメネットワークを構成している六角形にそれぞれ1種の置換基が置換し得て、特性が向上しやすい6種類までが好ましい。   In the case of this solid solution type porous polymer metal complex, X in the formulas (I), (II), and (III) is two or more types, but can be, for example, three types or four types. Although there is no upper limit, in general, it is preferable to have up to six types in which one type of substituent can be substituted for each hexagon forming the Kagome network stochastically and the characteristics are easily improved.

本発明の多孔性高分子金属錯体の製造方法では、反応促進剤として塩基を添加することができる。反応促進剤として用いることができる塩基としては、たとえば無機塩基として水酸化リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどが例示できる。有機塩基としては、トリエチルアミン、ジエチルイソプロピルアミン、ピリジン、2,6−ルチジンなどが例示できる。反応加速性が高いという点で、水酸化リチウム、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、及びピリジンが好ましい。添加量としては、使用するイソフタル酸の総モル数に対し、反応の加速効果が顕著であるという点で、好ましくは0.1〜6.0モルであり、副反応少ないという点で、さらに好ましくは0.5から4.0モルである。   In the method for producing a porous polymer metal complex of the present invention, a base can be added as a reaction accelerator. Examples of the base that can be used as the reaction accelerator include lithium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate, sodium hydroxide, potassium hydroxide and the like as inorganic bases. Examples of the organic base include triethylamine, diethylisopropylamine, pyridine, 2,6-lutidine and the like. Lithium hydroxide, sodium carbonate, sodium hydroxide, and pyridine are preferable in terms of high reaction acceleration. The amount added is preferably 0.1 to 6.0 moles in terms of the effect of accelerating the reaction relative to the total number of moles of isophthalic acid used, and more preferably in terms of few side reactions. Is 0.5 to 4.0 moles.

銅塩の溶液と上述のイソフタル酸類とを反応させるに当たり、銅塩及びイソフタル酸類を容器に装填した後、溶媒を添加する方法以外に、銅塩、イソフタル酸類をそれぞれ別個に溶液として調製した後、これらの溶液を混合してもよい。溶液の混合方法は、銅塩溶液にイソフタル酸類溶液を添加しても、その逆でもよい。また、混合法としては、必ずしも溶液で行う必要はなく、例えば、銅塩溶液に固体のイソフタル酸類を投入し、同時に溶媒を入れる方法や、反応容器に銅塩を装填した後に、イソフタル酸類の固体又は溶液を注入し、さらに銅塩を溶かすための溶液を注入するなど、最終的に反応が実質的に溶媒中で起こる方法であれば、種々の方法が可能である。ただし、銅塩の溶液とイソフタル酸類の溶液を滴下混合する方法が、工業的には最も操作が簡便であり、好ましい。   In reacting the copper salt solution with the isophthalic acid described above, after the copper salt and isophthalic acid are charged in a container, the copper salt and the isophthalic acid are separately prepared as a solution, in addition to the method of adding a solvent, These solutions may be mixed. The solution may be mixed by adding an isophthalic acid solution to the copper salt solution or vice versa. In addition, the mixing method is not necessarily performed in a solution. For example, a method of adding solid isophthalic acid into a copper salt solution and simultaneously adding a solvent, or after charging a reaction vessel with a copper salt, isophthalic acid solids Alternatively, various methods are possible as long as the reaction finally occurs in a solvent, such as injecting a solution and further injecting a solution for dissolving the copper salt. However, a method of dropping and mixing a copper salt solution and an isophthalic acid solution is industrially the most convenient and preferable.

溶液の濃度は、銅塩溶液は40mmol/L〜4mol/L、好ましくは80mmol/L〜2mol/Lであり、イソフタル酸類の有機溶液は40mmol/L〜3mol/L、好ましくは80mmol/L〜1.8mol/Lである。これらの下限濃度より低い濃度で反応を行っても目的物は得られるが、製造効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、ガス吸着能が低下するため好ましくない。   The concentration of the solution is 40 mmol / L to 4 mol / L, preferably 80 mmol / L to 2 mol / L for the copper salt solution, and 40 mmol / L to 3 mol / L, preferably 80 mmol / L to 1 for the organic solution of isophthalic acids. 0.8 mol / L. Even if the reaction is carried out at a concentration lower than these lower limit concentrations, the desired product can be obtained, but this is not preferable because the production efficiency is lowered. On the other hand, a concentration higher than this is not preferable because the gas adsorption ability is lowered.

反応温度は−20〜180℃であり、好ましくは25〜140℃である。これ以下の低温で行うと、原料物質の溶解度が下がるため好ましくない。オートクレーブなどを用いて、より高温で反応を行うことも可能であるが、加熱などのエネルギーコストの割には、収率は向上しないため、180℃より高温とすることに実質的な意味はない。   The reaction temperature is -20 to 180 ° C, preferably 25 to 140 ° C. If it is carried out at a lower temperature, the solubility of the raw material is lowered, which is not preferable. Although it is possible to carry out the reaction at a higher temperature by using an autoclave or the like, the yield does not improve for the energy cost such as heating, so there is no substantial meaning at a temperature higher than 180 ° C. .

上記合成反応で用いられる銅塩とイソフタル酸類の混合比率は、3:1〜1:5のモル比、好ましくは1.5:1〜1:3のモル比の範囲内である。これ以外の範囲では、目的物の収率が低下し、また、未反応の原料が残留して、目的物の取り出しが困難となる。   The mixing ratio of the copper salt and isophthalic acid used in the synthesis reaction is in the range of 3: 1 to 1: 5, preferably 1.5: 1 to 1: 3. In other ranges, the yield of the target product decreases, and unreacted raw materials remain, making it difficult to take out the target product.

反応は通常のガラスライニングのSUS製の反応容器及び機械式攪拌機を使用して行うことができる。反応終了後は濾過、乾燥を行うことで目的物質と原料との分離を行い、純度の高い目的物質を製造することができる。   The reaction can be carried out using an ordinary glass-lined SUS reaction vessel and a mechanical stirrer. After completion of the reaction, the target substance and the raw material are separated by filtration and drying to produce a target substance with high purity.

上記合成反応により得られた多孔性高分子金属錯体がカゴメ構造を有しているかどうかは、単結晶X線結晶解析により得られた反射を解析することで確認することができる。また粉末X線解析の反射パターンによっても確認できる。上記の反応により得られた多孔性高分子金属錯体が多孔質であるかどうかは、熱重量分析(TG)により確認することができる。たとえば、窒素雰囲気下(流量=50mL/分)で、昇温速度=5℃/分の測定で、温度範囲室温〜200℃までの重量減が3〜50%であることで多孔質かどうか確認できる。上記の反応により得られた多孔性高分子金属錯体のガス吸着能は、市販のガス吸着装置を用いて測定ができる。   Whether the porous polymer metal complex obtained by the above synthesis reaction has a kagome structure can be confirmed by analyzing the reflection obtained by single crystal X-ray crystal analysis. It can also be confirmed by a reflection pattern of powder X-ray analysis. Whether the porous polymer metal complex obtained by the above reaction is porous can be confirmed by thermogravimetric analysis (TG). For example, in a nitrogen atmosphere (flow rate = 50 mL / min), the rate of temperature increase is 5 ° C / min. it can. The gas adsorption ability of the porous polymer metal complex obtained by the above reaction can be measured using a commercially available gas adsorption apparatus.

[吸着材の複合化]
本発明の多孔性高分子金属錯体を含むガス吸着材(以下吸着材(A))は単独で吸着材として使用してもよいし、他の吸着材と複合化して使用してもよい。
[Combination of adsorbents]
The gas adsorbent (hereinafter referred to as adsorbent (A)) containing the porous polymer metal complex of the present invention may be used alone as an adsorbent, or may be used in combination with another adsorbent.

多孔性高分子金属錯体の調製方法は種々の条件があり、一義的に決定できるものではないが、ここでは一つの条件を例にとり説明する。   The preparation method of the porous polymer metal complex has various conditions and cannot be determined uniquely. Here, one condition will be described as an example.

実施例1
酢酸銅一水和物120mgの水溶液30mLに対しピリジン50μLを加えた後、5−(メチルチオスルファニル)イソフタル酸150mgのメタノール溶液30mLを滴下した。混合物を14時間室温で撹拌した後、緑色の六角板状の単結晶180mgを得た。直径約250ミクロンの単結晶を大気に暴露させないようにパラトンにてコーティングした後、(株)リガク社製単結晶測定装置(極微小結晶用単結晶構造解析装置VariMax、MoKα線(λ=0.71069Å))にて測定し(照射時間16秒、d=45ミリ、2θ=−20,温度=−180℃)、得られた回折像を解析ソフトウエア「ヤドカリXG2009」を使用して解析し、図4に示すようにカゴメ構造を有していることを確認した(a=18.3863(11),b=18.3863(11),c=6.6169(6);α=90、β=90,γ=120;空間群=P−3m1))。
Example 1
After adding 50 μL of pyridine to 30 mL of an aqueous solution of 120 mg of copper acetate monohydrate, 30 mL of a methanol solution of 150 mg of 5- (methylthiosulfanyl) isophthalic acid was added dropwise. After the mixture was stirred at room temperature for 14 hours, 180 mg of a green hexagonal plate single crystal was obtained. After a single crystal having a diameter of about 250 microns was coated with Palaton so as not to be exposed to the atmosphere, a single crystal measuring device manufactured by Rigaku Co., Ltd. 71069Å)) (irradiation time 16 seconds, d = 45 mm, 2θ = −20, temperature = −180 ° C.), and the obtained diffraction image was analyzed using analysis software “hermit crab XG2009” As shown in FIG. 4, it was confirmed that it has a kagome structure (a = 18.3863 (11), b = 18.3863 (11), c = 6.6169 (6); α = 90, β = 90, γ = 120; space group = P-3m1)).

比較例1、2
5位に−OMe置換基、−OH置換基を有するイソフタル酸を用いて、実施例1と同様にして、比較例1,2の多孔性高分子金属錯体を得た。実施例1と同様にして、極微小結晶用単結晶構造解析装置で得られた回折像を解析すると、これらの多孔性高分子金属錯体は、カゴメ構造の多孔性高分子金属錯体であることが確認された。
Comparative Examples 1 and 2
In the same manner as in Example 1, porous polymer metal complexes of Comparative Examples 1 and 2 were obtained using isophthalic acid having an —OMe substituent and an —OH substituent at the 5-position. When the diffraction image obtained by the single crystal structure analyzer for ultrafine crystals was analyzed in the same manner as in Example 1, these porous polymer metal complexes were found to be kagome-structured porous polymer metal complexes. confirmed.

<ガス吸着特性の測定>
得られたガス吸着材の種々のガス吸着特性を、種々の温度で、BET自動吸着装置(日本ベル株式会社製ベルミニII)を用いて測定した。測定に先立って試料を393Kで6時間真空乾燥して、微量残存している可能性がある溶媒分子などを除去した。
<Measurement of gas adsorption characteristics>
Various gas adsorption characteristics of the obtained gas adsorbent were measured at various temperatures using a BET automatic adsorption device (Bell Mini II manufactured by Nippon Bell Co., Ltd.). Prior to the measurement, the sample was vacuum-dried at 393 K for 6 hours to remove solvent molecules that may remain in a trace amount.

実施例2〜5
実施例1と同様にして表1に示す、イソフタル酸の5位にカルコゲン元素を含有する置換基が置換した各種カゴメ構造の多孔性高分子金属錯体を合成した。いずれにおいても、粉末X線分析した結果、上記実施例1と同様の反射パターンを示したことからカゴメ構造を有している事が確認された。
Examples 2-5
In the same manner as in Example 1, porous polymer metal complexes having various kagome structures in which a substituent containing a chalcogen element was substituted at the 5-position of isophthalic acid shown in Table 1 were synthesized. In any case, as a result of the powder X-ray analysis, the same reflection pattern as in Example 1 was shown, so that it was confirmed to have a kagome structure.

表1〜2に、酸素ガス及び窒素ガスの各種温度での吸着量を示す。なお、表1〜2の全てにおいて、吸着量は、相対圧0.95での吸着量であり、相対圧とは、吸着時の圧力を当該温度での当該ガスの沸点で割った値である。   Tables 1 and 2 show the amounts of adsorption of oxygen gas and nitrogen gas at various temperatures. In all of Tables 1 and 2, the adsorption amount is an adsorption amount at a relative pressure of 0.95, and the relative pressure is a value obtained by dividing the pressure at the time of adsorption by the boiling point of the gas at the temperature. .

いずれの温度においても、本発明の5位にカルコゲン元素を含有する置換基が置換したイソフタル酸を用いた多孔性高分子金属錯体は、酸素ガスのみを多量に吸着し、窒素ガスの吸着量は顕著に少なかった。比較例1、2の5位にカルコゲン元素を有しない置換基を有するイソフタル酸を用いた多孔性高分子金属錯体と比べると、その効果が明らかである。   At any temperature, the porous polymer metal complex using isophthalic acid substituted with a substituent containing a chalcogen element at the 5-position of the present invention adsorbs only a large amount of oxygen gas, and the adsorption amount of nitrogen gas is Remarkably less. Compared with the porous polymer metal complex using the isophthalic acid which has the substituent which does not have a chalcogen element in 5-position of the comparative examples 1 and 2, the effect is clear.

本発明の多孔性高分子金属錯体は、配位子の整列によって形成される多数の微細孔が物質内部に存在する。この多孔性とカルコゲン元素と酸素の親和性を生かして酸素ガスの選択的な吸着、分離、貯蔵ができる。   In the porous polymer metal complex of the present invention, a large number of micropores formed by alignment of ligands are present in the substance. Oxygen gas can be selectively adsorbed, separated, and stored by making use of this porosity and the affinity between the chalcogen element and oxygen.

Claims (7)

[Cu24]n (I)
(式中、Xは5位にカルコゲン元素を有する置換基が置換したイソフタル酸イオン又は5位にカルコゲン元素を有する置換基が置換したイソフタル酸イオンを含む複数種のイソフタル酸イオンである。nは、[Cu24]から成る構成単位が多数集合している状態を示す。)
の構造単位を有する多孔性高分子金属錯体。
[Cu 2 X 4 ] n (I)
(Wherein X is an isophthalate ion substituted with a substituent having a chalcogen element at the 5-position or a plurality of types of isophthalate ions including an isophthalate ion substituted with a substituent having a chalcogen element at the 5-position. , Shows a state in which a large number of structural units composed of [Cu 2 X 4 ] are gathered.)
A porous polymer metal complex having the following structural unit:
前記構造単位が、2個の銅イオンが4個の前記イソフタル酸イオンのそれぞれに由来する4個のカルボキシル基を互いに共有して配位結合しているパドルホイール構造を有しており、当該パドルホイール構造が前記イソフタル酸イオンにより連結されて三角形と六角形とから構成されるカゴメ構造を形成しており、さらに当該カゴメ構造が積層されている結晶構造を有する請求項1に記載の多孔性高分子金属錯体。   The structural unit has a paddle wheel structure in which two copper ions share and coordinate with each other four carboxyl groups derived from each of the four isophthalate ions. 2. The porous structure according to claim 1, wherein a wheel structure is connected by the isophthalate ion to form a kagome structure composed of a triangle and a hexagon, and further has a crystal structure in which the kagome structure is laminated. Molecular metal complex. 前記カルコゲン元素を有する置換基に含まれる官能基が、チオール、スルフィド、又はジスルフィドである請求項1又は2に記載の多孔性高分子金属錯体。   The porous polymer metal complex according to claim 1, wherein the functional group contained in the substituent having the chalcogen element is thiol, sulfide, or disulfide. 前記式(I)[Cu24]n中のXの総モル数の5モル%以上が前記5位にカルコゲン元素を有する置換基が置換したイソフタル酸イオンであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の多孔性高分子金属錯体。 5 or more mol% of the total number of moles of X in the formula (I) [Cu 2 X 4 ] n is an isophthalate ion substituted with a substituent having a chalcogen element at the 5-position. The porous polymer metal complex according to any one of 1 to 3. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の多孔性高分子金属錯体を含むガス吸着材。   A gas adsorbent comprising the porous polymer metal complex according to any one of claims 1 to 4. 請求項5に記載の吸着材を用いたガス分離装置。   A gas separation device using the adsorbent according to claim 5. 請求項6に記載の吸着材を用いたガス貯蔵装置。   A gas storage device using the adsorbent according to claim 6.
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