JP3161789B2 - Hydrogenated fullerene and method for producing the same - Google Patents

Hydrogenated fullerene and method for producing the same

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、水素化フラーレン及び
その製造法に関し、より詳しく言うと、炭素数60及び
70の球状のカーボンクラスター分子として知られるフ
ラーレンC60及びフラーレンC70の水素添加物にあたる
ところの、閉殻構造(球状のカーボンクラスター構造)
を有し、かつ特定のH/C比を有する新規な物質である
60系及びC70系の水素化フラーレンと、それらの好適
な製造法に関する。なお、本発明のC60系及びC70系水
素化フラーレンは、特殊な閉殻構造(球状のカーボンク
ラスター骨格)を有し、かつ水素化度(H/C比)が高
い球状の分子構造を有しているので、種々の特徴的な物
性を有しており、その物性等に基づく種々の用途への利
用が期待でき、例えば固体潤滑剤、潤滑油添加剤等の潤
滑部材などとして好適に利用することができる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hydrogenated fullerene and a method for producing the same, and more particularly, to a hydrogenated fullerene C 60 and a fullerene C 70 known as spherical carbon cluster molecules having 60 and 70 carbon atoms. Closed shell structure (spherical carbon cluster structure)
The a, and a C 60 system and the C 70 series of hydrogenated fullerene is a novel substance having a specific H / C ratio, their suitable manufacturing method. The C60- based and C70- based hydrogenated fullerenes of the present invention have a special closed shell structure (spherical carbon cluster skeleton) and a spherical molecular structure having a high degree of hydrogenation (H / C ratio). Therefore, it has various characteristic physical properties and can be expected to be used for various applications based on the physical properties and the like, and is suitably used as a lubricating member such as a solid lubricant and a lubricating oil additive. can do.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近、球状分子構造を有する新しい物質
として、炭素数60、70、84等の閉殻構造を有する
カーボンクラスターがグラファイト状炭素(すす)から
抽出されたり、あるいは合成され、その性質が研究され
ている[例えば、NATURE,Vol.347,35
4−358(1990)等参照]。この特殊な構造を有
するカーボンクラスターは、フラーレンとも称され、そ
の分子骨格を構成する炭素数によって、フラーレン
60、同C70、同C84などと呼ばれている。これらのフ
ラーレン類は、新しい炭素材料であり、また特殊な分子
構造を有することからも特異な物性を示すことが期待さ
れるので、その性質及び用途開発についての研究は極め
て重要と思われる。
2. Description of the Related Art Recently, as a new substance having a spherical molecular structure, a carbon cluster having a closed shell structure having 60, 70, or 84 carbon atoms has been extracted or synthesized from graphite-like carbon (soot). [Nature, Vol. 347,35
4-358 (1990) etc.]. The carbon cluster having this special structure is also called fullerene, and is called fullerene C 60 , C 70 , C 84, etc., depending on the number of carbons constituting the molecular skeleton. Since these fullerenes are new carbon materials, and are expected to exhibit unique physical properties due to their special molecular structures, research on their properties and application development seems to be extremely important.

【0003】例えば、フラーレン類は球状分子であるこ
となどから、分子のレベルからも潤滑性に優れているこ
とが期待されている。したがって、フラーレン類の用途
として、例えば、固体潤滑剤、潤滑油添加剤等の潤滑部
材としての利用が考えられる。
For example, since fullerenes are spherical molecules, they are expected to have excellent lubricity from the molecular level. Therefore, as an application of fullerenes, for example, utilization as a lubricating member such as a solid lubricant, a lubricating oil additive and the like can be considered.

【0004】ところで、固体潤滑剤は、潤滑油が使用し
難いような高温、極低温、高圧の場所、あるいは潤滑油
の臭気を吸収することを好まない食品加工機器などにも
好適に使用される。従来、固体潤滑剤として用いられる
物質として、二硫化モリブデン、黒鉛、フッ化黒鉛、雲
母等の無機化合物系のものとテフロン粉末等のフッ素樹
脂系化合物などの有機化合物系のものなどがある。しか
しながら、使用条件、作業環境、価格等の点で、従来の
固体潤滑剤では満足できないこともある。例えば、黒鉛
等の従来の多くの無機化合物系固体潤滑剤は、使用条件
によっては潤滑特性が不十分となったり、作業環境への
影響から敬遠されることがあり、また、フッ素樹脂系の
ものは比較的クリーンで潤滑性に優れているものの極め
て高価であるなどの問題点がある。
[0004] By the way, solid lubricants are also suitably used in high-temperature, very low-temperature, high-pressure places where lubricating oil is difficult to use, or food processing equipment which does not like to absorb the odor of lubricating oil. . Conventionally, substances used as solid lubricants include inorganic compounds such as molybdenum disulfide, graphite, graphite fluoride and mica, and organic compounds such as fluororesin compounds such as Teflon powder. However, conventional solid lubricants may not be satisfactory in terms of use conditions, working environment, price, and the like. For example, many conventional inorganic compound-based solid lubricants such as graphite may have insufficient lubricating properties depending on use conditions and may be avoided from affecting the working environment. However, they are relatively clean and have excellent lubricity, but are extremely expensive.

【0005】一方、潤滑油等の潤滑基材油の潤滑性を向
上させるために、それらに適当な潤滑油添加剤を添加
し、分散又は溶解させることも広く行われている。例え
ば、上記の黒鉛等の無機化合物系固体潤滑剤も分散型の
潤滑油添加剤として常用されている。しかしながら、こ
うした従来の固体潤滑剤等の分散型で用いられる固体潤
滑油添加剤の多くは、潤滑油、グリース等に添加した場
合、分散安定性が不十分であるなどの欠点があることが
しばしば問題となっている。また、溶解型の潤滑油添加
剤についても、潤滑性の改善効果に優れているだけでな
く、使用条件に適合した種々の特性(例えば、分子量、
安定性等)を含めた潤滑剤としての総合的な性能を満足
させることも要求されるので、場合によっては従来の潤
滑油添加剤では不十分となることがある。すなわち、い
ずれの潤滑部材においても、近年、その性能に対する要
求はますます厳しくなっており、それゆえ、潤滑部材の
設計をより緻密に、例えば、分子レベルで行うなどの必
要性が生じてきている。
On the other hand, in order to improve the lubricating properties of lubricating base oils such as lubricating oils, it has been widely practiced to add suitable lubricating oil additives to them and disperse or dissolve them. For example, the above-mentioned inorganic compound-based solid lubricant such as graphite is also commonly used as a dispersion-type lubricant additive. However, many of these conventional solid lubricant additives used in dispersion such as solid lubricants often have drawbacks such as insufficient dispersion stability when added to lubricating oils and greases. It is a problem. In addition, a soluble lubricating oil additive is not only excellent in improving lubricity, but also has various properties (for example, molecular weight,
It is also required to satisfy the overall performance as a lubricant including stability, etc.), and in some cases, conventional lubricating oil additives may be insufficient. That is, in any lubricating member, in recent years, the demand for its performance has become more and more severe, and therefore, the necessity has arisen to design the lubricating member more precisely, for example, at the molecular level. .

【0006】このような情勢のもとで、フラーレン類
が、新規な固体潤滑剤、潤滑油添加剤等の潤滑部材の有
力な候補として注目されている。フラーレン類は、前記
したように適当な炭素数のカーボンクラスター骨格を有
する球状分子であることなどから、優れた潤滑性能を発
揮することが期待できるからである。
Under these circumstances, fullerenes are attracting attention as potential candidates for lubricating members such as novel solid lubricants and lubricating oil additives. This is because fullerenes are expected to exhibit excellent lubrication performance because they are spherical molecules having a carbon cluster skeleton having an appropriate number of carbon atoms as described above.

【0007】しかしながら、C60、C70等のフラーレン
は、実質的に炭素分子であるので、例えばベンゼン、ト
ルエン等の特定の芳香族化合物など極めて限られた溶媒
に、それもわずかに溶解するのみであり、したがって、
その利用分野が著しく限定されるという欠点を有してい
る。実際、フラーレンを潤滑油添加剤として利用すべ
く、潤滑油やグリース等の液状のオイルやバインダーに
添加したところ、溶解性が著しく低く、また、親和性も
不十分であり分散安定性が悪いことが判明した。すなわ
ち、フラーレンは、有機溶剤への溶解性や親和性が著し
く低いので、その用途に制限があり、潤滑部材としての
用途を意図した場合にも、固体潤滑剤としての利用は十
分に期待できるものの、潤滑油添加剤としての利用には
そのままでは不適当であるという欠点を有している。
However, since fullerenes such as C 60 and C 70 are substantially carbon molecules, they are only slightly soluble in very limited solvents such as specific aromatic compounds such as benzene and toluene. And therefore
It has the disadvantage that its field of use is severely limited. In fact, when fullerene was added to a liquid oil or binder such as lubricating oil or grease in order to use it as a lubricating oil additive, the solubility was extremely low, and the affinity was insufficient and the dispersion stability was poor. There was found. That is, fullerene has a remarkably low solubility and affinity for organic solvents, so its use is limited, and even when intended for use as a lubricating member, its use as a solid lubricant can be expected. However, they have the disadvantage that they are unsuitable for use as lubricating oil additives.

【0008】そこで、本発明者らは、フラーレンを水素
化し、水素化フラーレンとしたならば多くの溶媒に対す
る溶解性や親和性が著しく向上でき、潤滑油添加剤等と
しての利用はもとより、より広範囲の用途分野への利用
が可能となるものと考えた。
Accordingly, the present inventors have found that hydrogenation of fullerene to hydrogenated fullerene can significantly improve the solubility and affinity for many solvents, and can be used not only as a lubricant additive but also in a wider range. It is thought that it will be possible to use it for application fields.

【0009】ところで、従来のフラーレンの水素化技術
としては、C60のフラーレンを液体アンモニア中で、還
元剤(金属リチウム+tert−ブチルアルコール)で
処理し、C6036を得る方法が知られている[J.Ph
ys.Chem.,94,8634〜8636(199
0)]。しかしながら、この従来法は、特殊な還元水素
化反応であり、工業的に実施するにはコスト等の点で問
題があり、その上、生成物の水素化フラーレンもC60
36の構造のもののみに限られるという欠点がある。
By the way, as the hydrogenation technique of conventional fullerene, the fullerene C 60 in liquid ammonia, and treated with a reducing agent (lithium metal + tert-butyl alcohol), is known a method of obtaining the C 60 H 36 [J. Ph
ys. Chem. , 94 , 8634-8636 (199).
0)]. However, this conventional method is a special reductive hydrogenation reaction, and has problems in terms of cost and the like for industrial implementation. In addition, the product hydrogenated fullerene is also C 60 H
There is a disadvantage that it is limited to only those with 36 structures.

【0010】すなわち、従来、水素化フラーレンとして
は、C6036の構造のものしか得られておらず、したが
って、例えば、より水素化度の高いC60系水素化フラー
レンやC70系の水素化フラーレンは知られていなかっ
た。また、これらの水素化度(H/C比)が大きい新規
な水素化フラーレンを、効率よくしかも安価に製造する
ための方法の開発も、工業上極めて重要であり、その開
発も強く望まれるところである。
That is, conventionally, only hydrogenated fullerenes having a structure of C 60 H 36 have been obtained. Therefore, for example, C 60 -based hydrogenated fullerenes having a higher degree of hydrogenation or C 70 -based hydrogenated hydrogenated fullerenes have been obtained. Fullerene chloride was not known. Also, the development of a method for efficiently and inexpensively producing these novel hydrogenated fullerenes having a large degree of hydrogenation (H / C ratio) is extremely important industrially, and such development is strongly desired. is there.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の事情
を鑑みてなされたものである。本発明の目的は、炭素骨
格がフラーレン様の閉殻構造をなし、かつ、水素化度
(H/C比)が比較的大きい球状分子構造を有する水素
化フラーレンであって、フラーレンに比べて有機溶剤へ
の溶解性や親和性に著しく優れ、極めて多様な有機溶剤
(例えば、芳香族系炭化水素のみならずシクロアルカン
等のパラフィン系炭化水素など)への溶解あるいは安定
な分散化が可能であるなどの利点を有し、したがって、
例えば固体潤滑剤、潤滑油添加剤等の種々の形式の潤滑
部材としての利用をはじめとする広範囲の用途分野へ利
用が期待できるところの新規な物質であるC60系及びC
70系の水素化フラーレンを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances. An object of the present invention is to provide a hydrogenated fullerene having a spherical molecular structure in which a carbon skeleton has a fullerene-like closed shell structure and a relatively high degree of hydrogenation (H / C ratio), and which has an organic solvent compared to fullerene. It is remarkably excellent in solubility and affinity for water, and can be dissolved or stably dispersed in a wide variety of organic solvents (for example, paraffinic hydrocarbons such as cycloalkanes as well as aromatic hydrocarbons). And therefore,
For example, solid lubricants, C 60 based use to a wide range of application fields is a novel substance where expected, including use as various types lubricating member such as lubricating oil additives, and C
An object of the present invention is to provide a hydrogenated fullerene of the 70 series.

【0012】本発明の他の目的は、上記本発明のC60
及びC70系の水素化フラーレンを安価に効率よく得るた
めの方法、すなわち、工業的にも著しく有用な方法であ
る、水素化フラーレンの製造法を提供することにある。
Another object of the present invention, a method for obtaining a good low cost efficiently C 60 system and the C 70 based hydrogenation fullerene of the present invention, i.e., is an industrially significantly useful methods, hydrogen To provide a method for producing fullerene chloride.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記した
ようにフラーレンを十分に水素化したならば、有機溶媒
への溶解性等の特性が改善でき、しかも潤滑性等の球状
分子特有の特異な物性を示す物質が得られると考え、従
来から公知のC60系水素化フラーレンであるC6036
りもさらに水素化度(H/C比)が大きいC60系水素化
フラーレンを得るべく鋭意研究を行った。その結果、例
えば、C60系フラーレン若しくはこれを含有する混合原
料を、水添触媒を用いて水素ガスによって接触水素化す
ることによって、従来の水素化フラーレン(C6036
よりも水素化度が高い種々のH/C比のC60系水素化フ
ラーレンを得ることに成功した。また、従来知られてい
ないC70系の水素化フラーレンについても同様に検討し
たところ、C70系フラーレンを原料とする上記同様の接
触水素化法等によって水素化度が大きい各種のH/C比
のC70水素化フラーレンを得ることにも成功した。な
お、これらの新規なC60系及びC70系水素化フラーレン
の製造法について種々研究を重ねた結果、上記の水添触
媒存在下で水素ガスをC60系及びC70フラーレンに反応
させる接触水素化法が、目的とするC60系及びC70系水
素化フラーレンを安価にかつ効率よく得ることができる
工業上著しく有用な方法であるという結論に到達した。
Means for Solving the Problems As described above, if the fullerene is sufficiently hydrogenated as described above, it is possible to improve characteristics such as solubility in an organic solvent and to improve lubricity and other characteristics of spherical molecules. considered material exhibiting specific physical properties are obtained, the C 60 further hydrogenation degree than H 36 (H / C ratio) is greater C 60 based hydrogenated fullerene is known C 60 based hydrogenated fullerene conventionally I did intensive research to get it. As a result, for example, the conventional hydrogenated fullerene (C 60 H 36 ) is obtained by catalytically hydrogenating C 60 -based fullerene or a mixed raw material containing the same with hydrogen gas using a hydrogenation catalyst.
Hydrogenation degree than has succeeded in obtaining the C 60 based hydrogen fullerenes higher various H / C ratio. Similar studies were also conducted on C 70 -based hydrogenated fullerenes, which had not been known in the past, and it was found that various H / C ratios having a large degree of hydrogenation were obtained by the same catalytic hydrogenation method using C 70 -based fullerenes as a raw material. also succeeded in obtaining a C 70 hydrogenated fullerenes. Incidentally, these novel C 60 system and C 70 system result of various studies on hydrogenation fullerene production method, catalytic hydrogenation reaction of the hydrogen gas in the presence of a hydrogenation catalyst above C 60 system and C 70 fullerene Act has reached the conclusion that the C 60 system and the C 70 based hydrogenation fullerene of interest is industrially significantly useful method which can be obtained inexpensively and efficiently.

【0014】本発明者らは、これらの知見に基づいて本
発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、閉殻構
造を有し、一般式 C60n (但し、式中のnは、38
〜58の偶数を示す。)で表される水素化フラーレンを
提供するものである。
The present inventors have completed the present invention based on these findings. That is, the present invention has a closed shell structure, and has the general formula C 60 H n (where n is 38
Indicates an even number of ~ 58. ) Is provided.

【0015】本発明は、また、閉殻構造を有し、一般式
70m (但し、式中のmは、30〜70の偶数を示
す。)で表される水素化フラーレンを提供するものであ
る。
The present invention also provides a hydrogenated fullerene having a closed shell structure and represented by the general formula C 70 H m (where m represents an even number from 30 to 70). It is.

【0016】さらに、本発明は、上記本発明のC60系水
素化フラーレンの製造法として、閉殻構造を有するC60
のフラーレンに、水添触媒の存在下に水素ガスを反応さ
せることを特徴とする方法を提供し、また、上記本発明
のC70系水素化フラーレンの製造法として、閉殻構造を
有するC70のフラーレンに、水添触媒の存在下に水素ガ
スを反応させることを特徴とする方法を併せて提供する
ものである。この方法による場合、C6038〜C6044
又はC7030〜C7046が得られる。
Furthermore, as the present invention is the preparation of C 60 based hydrogenation fullerene of the present invention, C 60 having a closed shell structure
Of the fullerene provides a method characterized by reacting the hydrogen gas in the presence of a hydrogenation catalyst and, as a method for producing C 70 based hydrogenation fullerene of the present invention, the C 70 having a closed shell structure The present invention also provides a method characterized by reacting fullerene with hydrogen gas in the presence of a hydrogenation catalyst. According to this method, C 60 H 38 to C 60 H 44
Or C 70 H 30 ~C 70 H 46 are obtained.

【0017】また、本発明は、上記方法において水添触
媒を用いて水添するとともにルイス酸化合物と接触処理
することによって、より水素化度が高い種々の水素化フ
ラーレンを得る方法を提供するものである。この方法に
よる場合、C6038〜C6060又はC7030〜C7070
が得られる。
The present invention also provides a method for obtaining various hydrogenated fullerenes having a higher degree of hydrogenation by hydrogenating using a hydrogenation catalyst and contacting with a Lewis acid compound in the above method. It is. According to this method, C 60 H 38 to C 60 H 60 or C 70 H 30 to C 70 H 70
Is obtained.

【0018】本発明のC60系水素化フラーレン(すなわ
ち、炭素数60の水素化フラーレン)は、閉殻構造を有
し、一般式がC60n (但し、nは38〜58の偶数で
ある。)で表される水素化フラーレンである。一方、本
発明のC70系水素化フラーレン(すなわち、炭素数70
の水素化フラーレン)は、閉殻構造を有し、一般式がC
70m (但し、mは30〜70の偶数である。)で表さ
れる水素化フラーレンである。ここで、前記C60系及び
70系の水素化フラーレンにおいて、閉殻構造を有する
とは、それらそれぞれの分子における炭素骨格が、所定
の炭素数のカーボンクラスター構造(すなわち、C60
ラーレン又はC70フラーレン特有の閉殻構造あるいはそ
れらを基本とする類似の閉殻構造)を有していることを
意味している。したがって、本発明のC60系及びC70
の水素化フラーレンは、それぞれ、C60フラーレン及び
70フラーレンの水素化物に相当するものであり、球状
分子構造を有している。
[0018] C 60-based hydrogenation fullerene of the present invention (i.e., hydrogenated fullerene 60 carbon atoms) has a closed shell structure, the general formula is C 60 H n (where, n is an even number of 38 to 58 .)). On the other hand, the C 70 hydrogenated fullerene of the present invention (that is, 70 carbon atoms)
Has a closed shell structure and the general formula is C
It is a hydrogenated fullerene represented by 70 H m (where m is an even number from 30 to 70). Here, in the C 60 series and C 70 based hydrogen fullerenes, and has a closed shell structure, the carbon skeleton of their respective molecules, a predetermined number of carbon atoms of the carbon cluster structure (i.e., C 60 fullerene or C 70 (A closed shell structure unique to fullerene or a similar closed shell structure based on them). Accordingly, the C 60 -based and C 70 -based hydrogenated fullerene of the present invention correspond to the hydrides of C 60 fullerene and C 70 fullerene, respectively, and have a spherical molecular structure.

【0019】本発明のC60系水素化フラーレンの具体例
としては、C6038、C6040、C6042、C6044
6046、C6048、C6050、C6052、C6054
6056及びC6058並びにこれらのうちの1種又は2
種以上を任意の割合で含有する混合物を挙げることがで
きる。一方、本発明のC70系水素化フラーレンの具体例
としては、C7030、C7032、C7034、C7036
7038、C7040、C7042、C7044、C7046
7048、C7050、C7052、C7054、C7056
7058、C7060、C7062、C7064、C7066
7068及びC7070並びにこれらのうちの1種又は2
種以上を任意の割合で含有する混合物を挙げることがで
きる。もちろん、前記C60系水素化フラーレンとC70
水素化フラーレンの混合物など、少なくとも1種のC60
系水素化フラーレンと少なくとも1種のC70系水素化フ
ラーレンを同時に含有する任意の組成の混合物も本発明
の水素化フラーレン若しくはその使用態様と見なされ
る。
Specific examples of the C 60 hydrogenated fullerene of the present invention include C 60 H 38 , C 60 H 40 , C 60 H 42 , C 60 H 44 ,
C 60 H 46, C 60 H 48, C 60 H 50, C 60 H 52, C 60 H 54,
C 60 H 56 and C 60 H 58 and one or two of them
Mixtures containing any number of species or more in any proportion can be mentioned. On the other hand, specific examples of the C 70 hydrogenated fullerene of the present invention include C 70 H 30 , C 70 H 32 , C 70 H 34 , C 70 H 36 ,
C 70 H 38, C 70 H 40, C 70 H 42, C 70 H 44, C 70 H 46,
C 70 H 48, C 70 H 50, C 70 H 52, C 70 H 54, C 70 H 56,
C 70 H 58, C 70 H 60, C 70 H 62, C 70 H 64, C 70 H 66,
C 70 H 68 and C 70 H 70 and one or two of them
Mixtures containing any number of species or more in any proportion can be mentioned. Of course, like the C 60 based hydrogenated fullerene and mixtures C 70 based hydrogenated fullerene, at least one C 60
Mixtures of any composition containing a system hydrogenated fullerene at least one of the C 70 based hydrogenated fullerenes simultaneously also considered hydrogenated fullerene or its use aspects of the present invention.

【0020】本発明の水素化フラーレンは、分子構造
上、C60又はC70フラーレン分子に特有の、あるいは、
これに類似の閉殻構造を有する炭素骨格(すなわち球状
のカーボンクラスター構造)を有すること、該炭素骨格
に前記所定の数の水素原子が結合した形の球状分子であ
るなどの特徴を有しているので、こうしたフラーレン類
特有のカーボンクラスター構造及び球状分子構造等に基
づく種々の独特の性質や物性が期待でき、例えば、優れ
た潤滑性能(特に、分子レベルでの潤滑性能)を示すこ
とが期待できる。また、本発明の水素化フラーレンは、
前記したように水素化度(H/C比)が大きいので、対
応するフラーレンに比べて、有機溶媒への溶解性又は親
和性に著しく優れている。実際、C60及びC70フラーレ
ンは、例えばベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレ
ン等の芳香族溶媒に対して、ごくわずかに溶解するのみ
で殆どの溶媒に溶解しないのに対して、本発明の水素化
フラーレンは、それらの芳香族炭化水素溶媒はもとよ
り、例えばシクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の
各種のシクロアルカン類やアルキルシクロアルカン類、
ヘキサン等の各種のアルカン類などの多様な炭化水素溶
媒などにも十分に高い溶解性を示す。
The hydrogenated fullerene of the present invention has a molecular structure that is specific to a C 60 or C 70 fullerene molecule, or
It has features such as having a carbon skeleton having a similar closed shell structure (ie, a spherical carbon cluster structure), and a spherical molecule in which the predetermined number of hydrogen atoms are bonded to the carbon skeleton. Therefore, various unique properties and physical properties based on the carbon cluster structure and the spherical molecular structure peculiar to the fullerenes can be expected, and for example, excellent lubrication performance (particularly, lubrication performance at a molecular level) can be expected. . Further, the hydrogenated fullerene of the present invention,
As described above, since the degree of hydrogenation (H / C ratio) is large, it is remarkably excellent in solubility or affinity in an organic solvent as compared with the corresponding fullerene. In fact, C 60 and C 70 fullerenes are only slightly soluble in aromatic solvents such as benzene, toluene, xylene, mesitylene and the like, and are not soluble in most solvents, whereas the hydrogenation of the present invention Fullerene is not only those aromatic hydrocarbon solvents, but also, for example, cyclohexane, various cycloalkanes such as methylcyclohexane and alkylcycloalkanes,
Shows sufficiently high solubility in various hydrocarbon solvents such as various alkanes such as hexane.

【0021】このように各種の有機溶媒等に十分に高い
溶解性を示すことから、本発明の水素化フラーレンは、
物理的にも、化学的にも、より広範囲の用途への利用が
期待できる。例えば、従来のフラーレンは、閉殻構造を
有する球状のカーボンクラスター分子であることから固
体潤滑剤としての利用が期待されているものの、前記し
たように有機溶媒への溶解性が著しく低く、また、分散
安定性が不十分であるという欠点を有しているので、潤
滑油等に添加して用いる方式のいわゆる潤滑油添加剤と
しての使用には不適当であるのに対して、本発明の水素
化フラーレンは、例えば潤滑油やグリース等にも高い溶
解性若しくは分散安定性を示すので、溶解型及び/又は
分散型の潤滑油添加剤等としての用途にも好適に使用す
ることができるなどの利点も有している。
As described above, the hydrogenated fullerene of the present invention has sufficiently high solubility in various organic solvents and the like.
It can be expected to be used for a wider range of applications both physically and chemically. For example, conventional fullerene is expected to be used as a solid lubricant because it is a spherical carbon cluster molecule having a closed shell structure, but as described above, the solubility in an organic solvent is extremely low, and It has the disadvantage that its stability is insufficient, so that it is not suitable for use as a so-called lubricating oil additive in a system in which it is added to a lubricating oil or the like. Fullerene exhibits high solubility or dispersion stability in, for example, lubricating oils and greases, and thus has the advantage that it can be suitably used in applications as a dissolving and / or dispersing lubricating oil additive. Also have.

【0022】なお、本発明の各種の水素化フラーレン
は、1種単独で使用することもできるし、2種以上を任
意の割合で含有する混合物として使用することもできる
し、さらには、1種又は2種以上の成分を他の成分との
混合物として使用することもできる。
The various hydrogenated fullerenes of the present invention can be used alone or as a mixture containing two or more kinds in an arbitrary ratio. Alternatively, two or more components can be used as a mixture with other components.

【0023】本発明の水素化フラーレンは、その一般的
な製造法としては特に制限はなく、各種の方法によって
製造可能であるが、通常、以下の方法によって好適に製
造することができる。
The hydrogenated fullerene of the present invention is not particularly limited as a general production method, and can be produced by various methods. Usually, it can be suitably produced by the following method.

【0024】すなわち、本発明のC60系水素化フラーレ
ンは、フラーレンC60(すなわち、閉殻構造を有するC
60のフラーレン)に、水添触媒の存在下に水素ガスを反
応させるという本発明の方法(以下、方法Iと呼ぶこと
がある。)によって好適に得ることができ、一方、本発
明のC70系水素化フラーレンは、フラーレンC70(すな
わち、閉殻構造を有するC70のフラーレン)に、水添触
媒の存在下に水素ガスを反応させるという本発明の方法
(以下、方法IIと呼ぶことがある。)によって好適に
得ることができる。上記方法において、水添触媒を用い
て水添するとともにルイス酸化合物と接触処理すること
により更に好適に目的物を得ることができる。
That is, the C 60 hydrogenated fullerene of the present invention is a fullerene C 60 (ie, a C 60 having a closed shell structure).
60 fullerene), the method of the present invention that the reaction of hydrogen gas in the presence of a hydrogenation catalyst (hereinafter sometimes referred to as method I.) By can be obtained suitably, while, C 70 of the present invention The system hydrogenated fullerene is a method of the present invention in which fullerene C 70 (that is, C 70 fullerene having a closed shell structure) is reacted with hydrogen gas in the presence of a hydrogenation catalyst (hereinafter sometimes referred to as method II). )). In the above method, the desired product can be more suitably obtained by hydrogenation using a hydrogenation catalyst and contact treatment with a Lewis acid compound.

【0025】本発明の水素化フラーレンの製造方法にお
いては原料として、前記方法Iでは少なくともフラーレ
ンC60を、一方、前記方法IIでは少なくともフラーレ
ンC70を使用する。もちろん、フラーレンC60とフラー
レンC70の混合物を使用してもよく、この場合には、方
法IとIIを同時に達成することもできる。ここで、前
記水添反応に供するフラーレンC60及びフラーレンC70
は、それぞれ、純粋なものはもとより各種の純度のもの
として、あるいは、フラーレンC60とフラーレンC70
任意の割合の混合物として、さらには、少なくとも、フ
ラーレンC60及び/又はフラーレンC70を含有する混合
物としても使用可能である。
In the method for producing a hydrogenated fullerene of the present invention, at least fullerene C 60 is used as a raw material in the method I, and at least fullerene C 70 is used in the method II. Of course, it may be used a mixture of fullerene C 60 and fullerene C 70, in this case, it is also possible to achieve methods I and II simultaneously. Here, fullerene C 60 and fullerene C 70 to be subjected to the hydrogenation reaction
Respectively contain not only pure ones but also various purity ones, or a mixture of fullerene C 60 and fullerene C 70 at an arbitrary ratio, and further contain at least fullerene C 60 and / or fullerene C 70 . It can also be used as a mixture.

【0026】前記水添触媒としては、特に制限はなく、
公知の、炭化水素等の水素化触媒として使用若しくは提
案されているものなど各種の水添用触媒が使用可能であ
る。そのような水添用触媒としては、例えば、Cr、F
e、Co、Ni、Mo、Ru、Rh、Pd、W、Re、
Os、Ir、Pt等の遷移金属をはじめとする各種の金
属からなる種々の形態の触媒があり、それらのうちの代
表的なものを例示すると、例えば、Ptコロイド、ラネ
ーニッケル、ラネールテニウム、ラネーコバルト等で代
表される金属コロイド等の金属系触媒、白金黒、パラジ
ウムブラック、ルテニウムブラック、ロジウムブラッ
ク、レニウムブラック、酸化クロム、酸化モリブデン等
で代表される金属酸化物系触媒、硫化モリブデン、硫化
レニウム等で代表される金属硫化物系触媒、各種の金属
錯体系触媒などの金属化合物系触媒、さらには、これら
の金属又は金属化合物を各種の担体に担持してなる各種
の担持型触媒(例えば、担持Pd/カーボン、Ru/カ
ーボン、ニッケル/珪藻土、Pd/シリカなどの様々な
ものを挙げることができる。これらの中でも、特に好適
に使用することができるものとして、例えば、Pd/カ
ーボン、Ru/カーボンなどを挙げることができる。な
お、これらの水添触媒は1種単独で使用してもよく、2
種以上を混合したり複合化するなどして併用することも
できる。
The hydrogenation catalyst is not particularly limited.
Various known hydrogenation catalysts, such as those known or proposed or proposed as hydrogenation catalysts for hydrocarbons and the like, can be used. Such hydrogenation catalysts include, for example, Cr, F
e, Co, Ni, Mo, Ru, Rh, Pd, W, Re,
There are various forms of catalysts composed of various metals including transition metals such as Os, Ir, Pt and the like. Representative examples of these include, for example, Pt colloid, Raney nickel, Raney ruthenium, Raney cobalt Metal catalysts such as metal colloids represented by, for example, platinum black, palladium black, ruthenium black, rhodium black, rhenium black, chromium oxide, molybdenum oxide, etc .; molybdenum sulfide, rhenium sulfide, etc. Metal sulfide-based catalysts, various metal complex-based catalysts such as various metal complex-based catalysts, and various supported catalysts in which these metals or metal compounds are supported on various supports (for example, supported catalysts). Various things such as Pd / carbon, Ru / carbon, nickel / diatomaceous earth, Pd / silica, etc. Among these, Pd / carbon, Ru / carbon, etc. can be particularly preferably used, and these hydrogenation catalysts may be used alone. , 2
More than one species may be used in combination, such as by mixing or complexing.

【0027】水添触媒の量は水添の各種条件により異な
るが、通常フラーレン類1重量部に対して0.01〜1
00重量部程度使用され、好ましくは0.1〜10重量
部使用される。
The amount of the hydrogenation catalyst varies depending on various conditions of hydrogenation, but is usually 0.01 to 1 with respect to 1 part by weight of fullerenes.
It is used in an amount of about 00 parts by weight, preferably 0.1 to 10 parts by weight.

【0028】前記ルイス酸化合物としては、各種のゼオ
ライト、アルミナ、トリハロゲン化アルミニウム化合
物、四塩化スズ、塩化ひ素、塩化アンチモン、塩化ビス
マス、塩化亜鉛、フッ化亜鉛、塩化カドミウム、フッ化
カドミウム、塩化ジルコニウム、フッ化ジルコニウム等
を挙げることができる。これらルイス酸化合物は1種単
独で使用してもよく、2種以上を併用することもでき
る。
Examples of the Lewis acid compound include various zeolites, alumina, aluminum trihalide compounds, tin tetrachloride, arsenic chloride, antimony chloride, bismuth chloride, zinc chloride, zinc fluoride, cadmium chloride, cadmium fluoride, and chlorinated chloride. Zirconium, zirconium fluoride, and the like can be given. One of these Lewis acid compounds may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.

【0029】ルイス酸化合物の量は各種反応条件により
異なるが、通常フラーレン類1重量部に対して0.01
〜100重量部程度使用され、好ましくは0.1〜10
重量部使用される。
Although the amount of the Lewis acid compound varies depending on various reaction conditions, it is usually 0.01 to 1 part by weight of fullerenes.
About 100 parts by weight, preferably 0.1 to 10 parts by weight.
Used by weight.

【0030】前記水添反応に使用する水素ガスとして
は、純粋なものはもとより、種々の工業用のものなど種
々の純度若しくはグレードのものが使用可能であり、水
素ガス含有ガスとしても使用することができる。
As the hydrogen gas used in the hydrogenation reaction, not only a pure hydrogen gas but also various purity or grade materials such as various industrial ones can be used. Can be.

【0031】本発明の方法においては、フラーレンC60
及び/又はフラーレンC70、あるいはこれを含有する原
料を、前記水添触媒の存在下で、水素ガスと接触せし
め、目的とする前記C60系水素化フラーレン、前記C70
系水素化フラーレン若しくはそれらの混合物を製造す
る。
In the method of the present invention, fullerene C 60
And / or fullerene C 70 or a raw material containing the same is contacted with hydrogen gas in the presence of the hydrogenation catalyst to obtain the desired C 60 -based hydrogenated fullerene, C 70
To produce a hydrogenated fullerene or a mixture thereof.

【0032】前記水添反応は、通常、室温〜300℃、
好ましくは、30〜280℃の範囲の温度で好適に行う
ことができる。反応時間は、温度、水素ガス圧等の他の
条件によって異なるので、一律に定めることができない
が、通常は、10分間〜100時間程度で十分である。
また、前記水添反応における水素ガスの圧力としては特
に制限はないが、この水添反応は、通常、水素ガス分圧
が大気圧以上の条件で実施するのが適当である。水素ガ
ス圧が、大気圧未満では、反応速度が遅く実用的でな
い。水素ガス圧は、フラーレンC60の水添の場合には、
通常、10〜200kg/cm2 の範囲に、一方、フラ
ーレンC70の水添の場合には、通常、20〜250kg
/cm2 の範囲に設定するのが好ましい。もちろん、ど
ちらの場合にも水素ガスをより高くすれば、水素化はよ
り進むので、必要に応じて、より高い水素ガス圧での実
施も可能である。ここで、フラーレンC60の水添とフラ
ーレンC70の水添とでは、好適な水素ガス圧の範囲が異
なるので、このことを利用して、例えば、フラーレンC
60とフラーレンC70を含有する混合原料からフラーレン
60のみを選択的に水添し、C60系水素化フラーレンを
選択率よく得ることも可能である。また、同様に水素ガ
ス圧を適宜制御して、対象とする原料フラーレン以外の
他の成分(例えば、芳香族溶媒等)の水添を抑制して、
所望のフラーレンのみを選択的に水添することも可能で
あり、また、後述のように、原料フラーレンを芳香族溶
媒とともに水添することも可能である。
The hydrogenation reaction is usually carried out at room temperature to 300 ° C.
Preferably, it can be suitably performed at a temperature in the range of 30 to 280 ° C. Since the reaction time varies depending on other conditions such as temperature and hydrogen gas pressure, it cannot be determined uniformly, but usually about 10 minutes to 100 hours is sufficient.
The pressure of the hydrogen gas in the hydrogenation reaction is not particularly limited, but it is usually appropriate to carry out the hydrogenation reaction under the condition that the hydrogen gas partial pressure is equal to or higher than the atmospheric pressure. If the hydrogen gas pressure is lower than the atmospheric pressure, the reaction rate is too low to be practical. In the case of hydrogenation of fullerene C 60 ,
Usually, in the range of 10 to 200 / cm 2, whereas, in the case of the hydrogenation of the fullerene C 70 is usually 20~250Kg
/ Cm 2 is preferably set. Of course, in both cases, if the hydrogen gas is made higher, the hydrogenation proceeds further, so that it is possible to carry out the operation at a higher hydrogen gas pressure if necessary. Here, the hydrogenation pressure of the fullerene C 60 and the hydrogenation of the fullerene C 70 have different suitable hydrogen gas pressure ranges.
Only fullerene C 60 from a mixed raw material containing 60 and fullerene C 70 selectively hydrogenated, it is also possible to obtain good selectivities to C 60 based hydrogenation fullerene. Similarly, by appropriately controlling the hydrogen gas pressure, hydrogenation of components other than the target raw material fullerene (for example, an aromatic solvent or the like) is suppressed,
It is also possible to selectively hydrogenate only the desired fullerene, and it is also possible to hydrogenate the raw material fullerene together with the aromatic solvent as described later.

【0033】前記水添反応は、無溶媒でも可能ではある
が、反応性を向上させるなど点から、通常、適当な溶媒
(若しくは分散溶媒)中で行うことが好ましく、特に、
フラーレンC60やフラーレンC70を溶解する溶媒(例え
ば、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン等の芳
香族溶媒)中で行うのが好ましい。なお、条件によって
は、溶媒として用いた上記の芳香族炭化水素も水添さ
れ、それぞれ、対応するシクロアルカン類(例えば、シ
クロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ジメチルシクロ
ヘキサン、トリメチルシクロヘキサン等)に転化される
ことがある。これらのシクロアルカン類は、目的生成物
である前記水素化フラーレンを十分に溶解するが、原料
のフラーレンや場合により原料中に含まれる黒鉛等の炭
素類を溶解しないので、たとえ未反応のフラーレン(あ
るいは原料中の黒鉛等の他の不溶成分)が反応混合物
(生成物)中に残存する場合にも、これらを使用した固
体触媒(錯体触媒等の溶解性触媒を用いた際にはこれを
分解物とした固体残渣)と共に濾過等によって分離する
という極めて簡単な分離操作によって、所望の水素化フ
ラーレンを高純度で含有するの溶液を得ることができ
る。この溶液からの水素化フラーレンの回収は、溶媒の
留去という通常の方法によって容易に行うことができ
る。したがって、溶媒として前記の芳香族炭化水素(単
独溶媒又は混合溶媒)を用いて反応性を向上させ、か
つ、反応条件(例えば、水素ガス圧、反応温度等)を適
宜制御して原料フラーレンを水添すると共に該芳香族炭
化水素を十分に水素化して対応するシクロアルカンに転
化させる反応方法は、本発明の方法の好ましい態様とし
て好適に採用することができる。
The hydrogenation reaction can be carried out without solvent, but it is usually preferable to carry out the reaction in a suitable solvent (or dispersion solvent) from the viewpoint of improving the reactivity.
The solvent for dissolving the fullerene C 60 and fullerene C 70 (e.g., benzene, toluene, xylene, aromatic solvent mesitylene) is carried out in preferred. Depending on the conditions, the above-mentioned aromatic hydrocarbon used as a solvent may be hydrogenated and converted into corresponding cycloalkanes (eg, cyclohexane, methylcyclohexane, dimethylcyclohexane, trimethylcyclohexane, etc.). . Although these cycloalkanes sufficiently dissolve the hydrogenated fullerene as the target product, they do not dissolve the raw material fullerene and carbons such as graphite contained in the raw material in some cases. Alternatively, even when graphite or other insoluble components in the raw material remain in the reaction mixture (product), they are decomposed when a soluble catalyst such as a complex catalyst is used. A solution containing the desired hydrogenated fullerene at a high purity can be obtained by a very simple separation operation of separating by filtration or the like together with a solid residue). The recovery of hydrogenated fullerene from this solution can be easily performed by a usual method of distilling off the solvent. Therefore, the reactivity is improved by using the above-mentioned aromatic hydrocarbon (single solvent or mixed solvent) as a solvent, and the reaction conditions (for example, hydrogen gas pressure, reaction temperature, etc.) are appropriately controlled to convert the raw material fullerene into water. A reaction method in which the aromatic hydrocarbon is sufficiently hydrogenated to convert it into the corresponding cycloalkane can be suitably employed as a preferred embodiment of the method of the present invention.

【0034】もちろん、溶媒として用いた芳香族炭化水
素が実質的に水素化されない反応条件で実施することも
可能である。また、目的とする水素化フラーレンの生成
物(反応混合物)からの分離・精製も上記の方法に限定
されるものではない。例えば、原料フラーレンを目的と
する水素化フラーレンに十分に添加するならば、必ずし
も溶媒の芳香族炭化水素を十分に水素化しないでも、濾
過等によって固体触媒等の固体残渣を除去すれば高純度
の水素化フラーレンを含有する溶液を得ることができ
る。また、生成物中の芳香族溶液に未反応フラーレンと
目的とする水素化フラーレンが溶解している場合には、
この溶液から固体触媒等の固体残渣を濾過等によって除
去したのち、該溶液から少なくとも原料フラーレンを溶
解する溶媒成分を十分に除去し、その後、例えば、シク
ロアルカン等の目的とする水素化フラーレンを十分に溶
解する溶媒によって該水素化フラーレンを抽出分離する
方法なども好適に採用することができる。
Of course, it is also possible to carry out the reaction under the reaction conditions in which the aromatic hydrocarbon used as the solvent is not substantially hydrogenated. Further, the separation / purification of the target hydrogenated fullerene from a product (reaction mixture) is not limited to the above method. For example, if the raw material fullerene is sufficiently added to the intended hydrogenated fullerene, even if the aromatic hydrocarbons of the solvent are not necessarily sufficiently hydrogenated, high-purity can be obtained by removing a solid residue such as a solid catalyst by filtration or the like. A solution containing the hydrogenated fullerene can be obtained. Also, when unreacted fullerene and the target hydrogenated fullerene are dissolved in the aromatic solution in the product,
After removing a solid residue such as a solid catalyst from the solution by filtration or the like, at least a solvent component that dissolves the raw material fullerene is sufficiently removed from the solution, and then, for example, a target hydrogenated fullerene such as cycloalkane is sufficiently removed. A method of extracting and separating the hydrogenated fullerene with a solvent that dissolves in water can also be suitably employed.

【0035】以上のようにして、本発明の水素化フラー
レンであるC60系水素化フラーレン又はC70系水素化フ
ラーレンあるいはそれらの任意の割合の混合物を好適に
得ることができる。こうして得られた目的とする水素化
フラーレンは、公知の分離・精製法等の各種の方法(例
えば、上記の分離方法等の溶媒抽出法、濾過法、溶媒留
去法等などを組み合わせた方法など)によって、反応混
合物から分離回収することができる。なお、通常は、フ
ラーレンC60を原料とした場合には、目的とするC60
n (n=38〜58)の水素化フラーレンを高純度で含
有する水素化フラーレンが得られ、フラーレンC70を原
料とした場合には、目的とするC70m(m=30〜7
0)の水素化フラーレンを高純度で含有する水素化フラ
ーレンが得られ、また、フラーレンC60とフラーレンC
70の混合物を原料とした場合にはそれらの混合物が得ら
れる。これらそれぞれの混合水素化フラーレンの組成
は、前記したように水素ガス圧等の反応条件の選定によ
っても容易に調整することが可能である。また、これら
の混合水素化フラーレンから、必要に応じて、それぞれ
の単独の水素化フラーレンを分離することもできる。
[0035] As described above, it is possible to obtain a mixture of any ratio C 60 based hydrogenated fullerene or C 70 based hydrogen fullerenes or their hydrogenated fullerene of the present invention suitably. The target hydrogenated fullerene thus obtained can be obtained by various methods such as a known separation / purification method (for example, a method combining a solvent extraction method such as the separation method described above, a filtration method, a solvent distillation method and the like, and the like). ) Can be separated and recovered from the reaction mixture. Usually, when fullerene C 60 is used as a raw material, the desired C 60 H
n (n = 38~58) hydrogenated fullerene hydride fullerene containing a high purity obtained in the case where the fullerene C 70 as a raw material is, C 70 H m (m = 30~7 of interest
0) hydrogenated fullerene containing high purity hydrogenated fullerene is obtained, and fullerene C 60 and fullerene C
When a mixture of 70 is used as a raw material, a mixture thereof is obtained. The composition of each of these mixed hydrogenated fullerenes can be easily adjusted by selecting reaction conditions such as hydrogen gas pressure as described above. In addition, each single hydrogenated fullerene can be separated from these mixed hydrogenated fullerenes, if necessary.

【0036】本発明のC60系及びC70系水素化フラーレ
ンは、前記したように、特殊な閉殻構造(球状のカーボ
ンクラスター骨格)を有し、かつ水素化度(H/C比)
が高い球状の分子構造を有しているので、潤滑性能に優
れ、しかも各種の有機溶媒に対して溶解しやすいなどの
種々の特徴的な物性を有しており、こうした物性等を利
用した種々の用途への利用が期待でき、単独化合物とし
ても、あるいは、混合物としても、例えば固体潤滑剤、
潤滑油添加剤等の潤滑部材などとして好適に利用するこ
とができる。
As described above, the C 60 -based and C 70 -based hydrogenated fullerene of the present invention has a special closed shell structure (spherical carbon cluster skeleton) and a hydrogenation degree (H / C ratio).
Has a highly spherical molecular structure, so it has excellent lubricating properties and has various characteristic physical properties such as easy dissolution in various organic solvents. It can be expected to be used for applications, either as a single compound or as a mixture, such as a solid lubricant,
It can be suitably used as a lubricating member such as a lubricating oil additive.

【0037】[0037]

【実施例】以下に、本発明の実施例によって本発明をよ
り具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定
されるものではない。 実施例1 フラーレンC60100mgをトルエン300mlに溶解
し、5%ルテニウムカーボン(50重量%)5.16g
を触媒として添加し、水素圧を70kg/cm2にセッ
トして昇温を開始した。温度が50℃程度で水素圧が低
下し始め、10kg/cm2以下になった時点で水素ガ
スを圧入して水素圧を70kg/cm2にもどした。こ
の操作を繰り返して水素圧の低下がなくなるまで行っ
た。その時の内温は180℃程度であった。その後、温
度180℃、圧力80kg/cm2で2時間反応を行
い、冷却して反応を終了した。反応終了後、触媒を瀘過
し、瀘液を濃縮し質量分析スペクトルを測定すると、図
1に示したように、フラーレンC60が水添されて得られ
たC6038とC6040のピーク及びこれらの同位体のピ
ークが観察され、これらの混合物であることが確認され
た。この混合物は白色の粉体として得られ、収量は52
mgであった。得られた化合物の赤外線吸収スペクトル
を図2に示す。ここで得られた水素化フラーレンの溶解
性を調べたところ、シクロヘキサン100mlに対して
水素化フラーレン100mg相当が完全に溶解した。な
お、原料のフラーレンC60はシクロヘキサンには全く不
溶であった。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples of the present invention, but the present invention is not limited to these Examples. Example 1 100 mg of fullerene C 60 was dissolved in 300 ml of toluene, and 5.16 g of 5% ruthenium carbon (50% by weight) was dissolved.
Was added as a catalyst, the hydrogen pressure was set to 70 kg / cm 2 , and the temperature was raised. At a temperature of about 50 ° C., the hydrogen pressure began to drop, and when the pressure became 10 kg / cm 2 or less, hydrogen gas was injected to return the hydrogen pressure to 70 kg / cm 2 . This operation was repeated until the hydrogen pressure did not decrease. The internal temperature at that time was about 180 ° C. Thereafter, the reaction was carried out at a temperature of 180 ° C. and a pressure of 80 kg / cm 2 for 2 hours, and the reaction was terminated by cooling. After completion of the reaction, the catalyst was filtered, measured to concentrating the filtrate mass spectrum, as shown in FIG. 1, C 60 H 38 fullerene C 60 was obtained it is hydrogenated with C 60 H 40 And a peak of these isotopes were observed, and it was confirmed that the mixture was a mixture thereof. This mixture is obtained as a white powder with a yield of 52
mg. FIG. 2 shows the infrared absorption spectrum of the obtained compound. When the solubility of the obtained hydrogenated fullerene was examined, 100 mg of hydrogenated fullerene was completely dissolved in 100 ml of cyclohexane. Incidentally, fullerene C 60 of the raw materials was completely insoluble in cyclohexane.

【0038】実施例2 フラーレンC70100mgをトルエン300mlに溶解
し、5%ルテニウムカーボン(50重量%)5.16g
を触媒として添加し、水素圧を80kg/cm2にセッ
トして昇温を開始した。温度が50℃程度で水素圧が低
下し始め、10kg/cm2以下になった時点で水素ガ
スを圧入して水素圧を80kg/cm2にもどした。こ
の操作を繰り返して水素圧の低下がなくなるまで行っ
た。次いで、。温度240℃、圧力120kg/cm2
で2時間反応を行い、冷却して反応を終了した。反応終
了後、触媒を瀘過し、瀘液を濃縮し質量分析スペクトル
を測定すると、図3に示したように、フラーレンC70
水添されて得られたC7030からC7046までの化合物
のピーク及びこれらの同位体のピークが観察され、これ
らの混合物であることが確認された。この混合物は白色
の粉体として得られ、収量は45mgであった。
Example 2 100 mg of fullerene C 70 was dissolved in 300 ml of toluene, and 5.16 g of 5% ruthenium carbon (50% by weight) was dissolved.
Was added as a catalyst, the hydrogen pressure was set to 80 kg / cm 2 , and the temperature was raised. At a temperature of about 50 ° C., the hydrogen pressure began to drop, and when the pressure became 10 kg / cm 2 or less, hydrogen gas was injected to return the hydrogen pressure to 80 kg / cm 2 . This operation was repeated until the hydrogen pressure did not decrease. Then. Temperature 240 ° C, pressure 120kg / cm 2
For 2 hours and cooled to complete the reaction. After completion of the reaction, the catalyst was filtered off, the filtrate was concentrated, and the mass spectrometry spectrum was measured. As shown in FIG. 3, fullerene C 70 was hydrogenated to obtain C 70 H 30 to C 70 H 46. Compound peaks and peaks of these isotopes were observed, and it was confirmed that they were a mixture thereof. This mixture was obtained as a white powder, and the yield was 45 mg.

【0039】実施例3 フラーレンC6090mgとフラーレンC7010mgを含
む原料混合物を実施例1と同様に操作して、最終温度2
40℃、圧力110kg/cm2にて反応させる以外は
実施例1と同じ処理を行った。水添後の質量分析スペク
トルを図4に示した。このマススペクトルからは、フラ
ーレンC60が水添されて得られたC6038、C6040
6042、C6044のピーク及びこれらの同位体と、フ
ラーレンC70が水添されて得られたC7030からC70
46のピーク及びこれらの同位体のピークが観察され、こ
れら化合物の混合物であることが確認された。
Example 3 A raw material mixture containing 90 mg of fullerene C 60 and 10 mg of fullerene C 70 was operated in the same manner as in Example 1 to obtain a final temperature of 2%.
The same processing as in Example 1 was performed except that the reaction was performed at 40 ° C. and a pressure of 110 kg / cm 2 . The mass spectrum after hydrogenation is shown in FIG. From this mass spectrum, C 60 H 38 fullerene C 60 was obtained is hydrogenated, C 60 H 40,
The peaks of C 60 H 42 and C 60 H 44 and their isotopes, and C 70 H 30 to C 70 H obtained by hydrogenating fullerene C 70
46 peaks and peaks of these isotopes were observed, and it was confirmed that the mixture was a mixture of these compounds.

【0040】実施例4 原料としてフラーレンC60500mgを用い、これをト
ルエン500mlに溶解し、これに水添触媒として5%
ルテニウムカーボン5g、ルイス酸化合物としてY型ゼ
オライト5gを加え、更に水素ガスを導入して、圧力7
0kg/cm2Gに昇圧し、昇温した。反応温度が50
℃になった時点で水素圧が低下し始め、10kg/cm
2Gまで低下した時点で水素ガスを圧入して水素圧を7
0kg/cm2Gとした。この操作を繰り返して水素圧
の低下がなくなるまで行った。その際の反応温度は約1
80℃程度であった。
Example 4 500 mg of fullerene C 60 was used as a raw material, and this was dissolved in 500 ml of toluene.
5 g of ruthenium carbon and 5 g of Y-type zeolite as a Lewis acid compound were added, hydrogen gas was further introduced, and a pressure of 7 g was added.
The pressure was increased to 0 kg / cm 2 G, and the temperature was raised. Reaction temperature 50
When the temperature reaches ℃, the hydrogen pressure starts to decrease and 10 kg / cm
When the pressure drops to 2 G, hydrogen gas is injected to reduce the hydrogen pressure to 7.
It was 0 kg / cm 2 G. This operation was repeated until the hydrogen pressure did not decrease. The reaction temperature at that time is about 1
It was about 80 ° C.

【0041】溶媒をドデカンに置換した後に、反応器の
温度を280℃、圧力を180kg/cm2Gに高め2
4時間反応を行なった後、冷却して反応を停止した。反
応終了後、得られた生成物より触媒とY型ゼオライトを
瀘過により除き、瀘液をエバポレーターにより濃縮する
ことにより結晶が析出した。白色の粉体として得られた
最終生成物の収量は100mgであった。得られた最終
生成物の質量分析スペクトルを図5に、赤外線吸収スペ
クトルを図6に示す。これら分析結果より、得られた生
成物はフラーレンC60が水添されて得られた、閉殻構造
を有し、C6036〜C6060で表わされる水素化フラー
レンであることが確認された。
After replacing the solvent with dodecane, the temperature of the reactor was increased to 280 ° C. and the pressure was increased to 180 kg / cm 2 G.
After performing the reaction for 4 hours, the reaction was stopped by cooling. After completion of the reaction, the catalyst and the Y-type zeolite were removed from the obtained product by filtration, and the filtrate was concentrated by an evaporator to precipitate crystals. The yield of the final product, obtained as a white powder, was 100 mg. FIG. 5 shows a mass spectrometry spectrum of the obtained final product, and FIG. 6 shows an infrared absorption spectrum thereof. From these analytical results, the product obtained fullerene C 60 was obtained is hydrogenated, has a closed-shell structure, it is confirmed to be hydrogenated fullerene represented by C 60 H 36 ~C 60 H 60 Was.

【0042】[0042]

【発明の効果】本発明によると、炭素骨格がフラーレン
様の閉殻構造をなし、かつ、水素化度(H/C比)が比
較的大きい球状分子構造を有する水素化フラーレンであ
って、フラーレンに比べて有機溶剤への溶解性や親和性
に著しく優れ、極めて多様な有機溶剤(例えば、芳香族
系炭化水素のみならずシクロアルカン等のパラフィン系
炭化水素など)への溶解あるいは安定な分散化が可能で
あるなどの利点を有し、したがって、例えば固体潤滑
剤、潤滑油添加剤等の種々の形式の潤滑部材としての利
用をはじめとする広範囲の用途分野へ利用が期待できる
ところの新規な物質であるC60系及びC70系の水素化フ
ラーレンを提供することができる。本発明によると、ま
た、上記本発明のC60系及びC70系の水素化フラーレン
を安価に効率よく得るための方法、すなわち、工業的に
も著しく有用な方法である、水素化フラーレンの製造方
法を提供することができる。
According to the present invention, a hydrogenated fullerene having a spherical molecular structure in which the carbon skeleton has a fullerene-like closed shell structure and a relatively high degree of hydrogenation (H / C ratio), Compared to organic solvents, the solubility and affinity are remarkably superior, and the dissolution or stable dispersion in a wide variety of organic solvents (for example, paraffinic hydrocarbons such as cycloalkanes as well as aromatic hydrocarbons) can be achieved. A novel substance that has advantages such as being possible and therefore can be expected to be used in a wide range of application fields including use as various types of lubricating members such as solid lubricants and lubricating oil additives. C60- based and C70- based hydrogenated fullerenes can be provided. According to the present invention, also a method for obtaining a good low cost efficiently C 60 system and the C 70 based hydrogenation fullerene of the present invention, i.e., industrially also significantly useful method, the production of hydrogenated fullerene A method can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の方法の例である前記実施例1で得られ
た生成物すなわち本発明の水素化フラーレン(混合物の
例)の質量分析スペクトルの測定結果の1例を示すチャ
ートである。図中の挿入図は、その主要部の拡大スペク
トルチャートである。
FIG. 1 is a chart showing an example of the measurement results of the mass spectrometry spectrum of the product obtained in Example 1, which is an example of the method of the present invention, that is, the hydrogenated fullerene of the present invention (an example of a mixture). The inset in the figure is an enlarged spectrum chart of the main part.

【図2】本発明の方法の例である前記実施例1で得られ
た生成物すなわち本発明の水素化フラーレン(混合物の
例)の赤外線吸収スペクトルの測定結果の1例を示すチ
ャートである。
FIG. 2 is a chart showing an example of a measurement result of an infrared absorption spectrum of the product obtained in Example 1, which is an example of the method of the present invention, that is, a hydrogenated fullerene of the present invention (an example of a mixture).

【図3】本発明の方法の例である前記実施例2で得られ
た生成物すなわち本発明の水素化フラーレン(混合物の
例)の質量分析スペクトルの測定結果の1例を示すチャ
ートである。
FIG. 3 is a chart showing an example of a measurement result of a mass spectrometry spectrum of a product obtained in Example 2, which is an example of the method of the present invention, that is, a hydrogenated fullerene of the present invention (an example of a mixture).

【図4】本発明の方法の例である前記実施例3で得られ
た生成物すなわち本発明の水素化フラーレン(混合物の
例)の質量分析スペクトルの測定結果の1例を示すチャ
ートである。図中の挿入図は、その主要部の拡大スペク
トルチャートである。
FIG. 4 is a chart showing an example of a measurement result of a mass spectrometry spectrum of the product obtained in Example 3, which is an example of the method of the present invention, that is, the hydrogenated fullerene of the present invention (an example of a mixture). The inset in the figure is an enlarged spectrum chart of the main part.

【図5】本発明の方法の例である前記実施例4で得られ
た生成物すなわち本発明の水素化フラーレン(混合物の
例)の質量分析スペクトルの測定結果の1例を示すチャ
ートである。
FIG. 5 is a chart showing an example of a measurement result of a mass spectrometry spectrum of the product obtained in Example 4, which is an example of the method of the present invention, that is, the hydrogenated fullerene of the present invention (an example of a mixture).

【図6】本発明の方法の例である前記実施例4で得られ
た生成物すなわち本発明の水素化フラーレン(混合物の
例)の赤外線吸収スペクトルの測定結果の1例を示すチ
ャートである。
FIG. 6 is a chart showing an example of a measurement result of an infrared absorption spectrum of a product obtained in Example 4 which is an example of the method of the present invention, that is, a hydrogenated fullerene of the present invention (an example of a mixture).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 Chemical Physics Letters,Vol.176,No. 5(25 January 1991)p. 423−p.427 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C07C 13/62 CA(STN) CAOLD(STN) REGISTRY(STN)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References Chemical Physics Letters, Vol. 176, No. 5 (25 January 1991) p. 427 (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C07C 13/62 CA (STN) CAOLD (STN) REGISTRY (STN)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 閉殻構造を有し、一般式 C60n (但
し、式中のnは、38〜58の偶数を示す。)で表され
る水素化フラーレン。
1. A hydrogenated fullerene having a closed shell structure and represented by a general formula C 60 H n (where n represents an even number of 38 to 58).
【請求項2】 閉殻構造を有し、一般式 C70m (但
し、式中のmは、30〜70の偶数を示す。)で表され
る水素化フラーレン。
2. A hydrogenated fullerene having a closed shell structure and represented by a general formula C 70 H m (where m represents an even number from 30 to 70).
【請求項3】 閉殻構造を有するC60のフラーレンに、
水添触媒の存在下に水素ガスを反応させることを特徴と
する請求項1記載の水素化フラーレンの製造法。
3. A C 60 fullerene having a closed shell structure,
The method for producing hydrogenated fullerene according to claim 1, wherein hydrogen gas is reacted in the presence of a hydrogenation catalyst.
【請求項4】 閉殻構造を有するC70のフラーレンに、
水添触媒の存在下に水素ガスを反応させることを特徴と
する請求項2記載の水素化フラーレンの製造法。
4. A C 70 fullerene having a closed shell structure,
The method for producing hydrogenated fullerene according to claim 2, wherein hydrogen gas is reacted in the presence of a hydrogenation catalyst.
【請求項5】 閉殻構造を有するC60のフラーレンに、
水添触媒の存在下に水素ガスを反応させ水添するととも
にルイス酸化合物と接触処理することを特徴とする請求
項1記載の水素化フラーレンの製造法。
5. A C 60 fullerene having a closed shell structure,
2. The method for producing hydrogenated fullerene according to claim 1, wherein hydrogen gas is reacted and hydrogenated in the presence of a hydrogenation catalyst, and is subjected to a contact treatment with a Lewis acid compound.
【請求項6】 閉殻構造を有するC70のフラーレンに、
水添触媒の存在下に水素ガスを反応させ水添するととも
にルイス酸化合物と接触処理することを特徴とする請求
項2記載の水素化フラーレンの製造法。
6. A C 70 fullerene having a closed shell structure,
3. The method for producing hydrogenated fullerene according to claim 2, wherein hydrogen gas is reacted and hydrogenated in the presence of a hydrogenation catalyst, and is subjected to a contact treatment with a Lewis acid compound.
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