JP4099526B2 - Separation and purification of porphyrin dimer derivatives and carbon nanotubes using them - Google Patents

Separation and purification of porphyrin dimer derivatives and carbon nanotubes using them Download PDF

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Description

本発明は、カーボンナノチューブと複合体を形成し得る新規化合物のポルフィリンダイマー、およびそのポルフィリンダイマーとカーボンナノチューブとが結合して溶剤に可溶化したカーボンナノチューブ複合体、また斯かる可溶化を通じてカーボンナノチューブを構造的に選別し分離精製する方法に関するものである。   The present invention relates to a novel compound porphyrin dimer capable of forming a complex with carbon nanotubes, a carbon nanotube complex in which the porphyrin dimer and carbon nanotubes are combined and solubilized in a solvent, and carbon nanotubes through such solubilization. The present invention relates to a method for structural selection, separation and purification.

カーボンナノチューブは次世代の電子デバイスの材料として最も注目されているものの一つであり、電気、熱伝導性に優れ、機械的強度が非常に強く、熱的にも安定で、さらに電解放出、水素吸蔵にも優れた材料である。   Carbon nanotubes are one of the most noticeable materials for next-generation electronic devices. They have excellent electrical and thermal conductivity, very strong mechanical strength, and are thermally stable. It is an excellent material for occlusion.

カーボンナノチューブはグラフェンシートを筒状に巻いた構造であり、その直径と巻き方の違いによって、金属的、半導体的のような異なる導電性質を示す。しかし、このような巻き方の違いでカーボンナノチューブを分離することは困難である。また、カーボンナノチューブは反応性、溶解性が悪いため精製が難しい。このようなカーボンナノチューブの精製、分離を効率的に行う方法が望まれている。   A carbon nanotube has a structure in which a graphene sheet is wound in a cylindrical shape, and shows different conductive properties such as metallic and semiconducting depending on the difference in diameter and winding method. However, it is difficult to separate the carbon nanotubes due to such a difference in winding method. Carbon nanotubes are difficult to purify because of poor reactivity and solubility. A method for efficiently purifying and separating such carbon nanotubes is desired.

カーボンナノチューブの溶解性を高める方法として、特許文献1には、カーボンナノチューブの外側壁に、非共有的な相互作用によりポリマーを結合させカーボンナノチューブを可溶化させることが示されている。また特許文献2には、カーボンナノチューブの周囲にポリマーを巻きつけることで複合化したカーボンナノチューブが示されている。   As a method for increasing the solubility of carbon nanotubes, Patent Document 1 discloses that a polymer is bonded to the outer wall of the carbon nanotubes by non-covalent interaction to solubilize the carbon nanotubes. Patent Document 2 discloses a carbon nanotube compounded by winding a polymer around the carbon nanotube.

一方、特許文献3にはカーボンナノチューブとポルフィリンが結合し得ることが示唆されている。さらに非特許文献1には、ポルフィリンを用いてカーボンナノチューブを複合化し、可溶化した例が開示されている。   On the other hand, Patent Document 3 suggests that carbon nanotubes and porphyrin can be bonded. Further, Non-Patent Document 1 discloses an example in which carbon nanotubes are complexed and solubilized using porphyrin.

特開2004−2850号公報JP 2004-2850 A 特表2004−506530号公報JP-T-2004-506530 特開2004−315786号公報JP 2004-315786 A Huaping Li,Bing Zhou,Yi Lin,Lingrong Gu,Wei Wang,K.A.Shiral Feronando,Satish Kumar,Lawrence F.Allard,and Ya-Ping Sun.,J.Am.Chem.Soc.2004,126,1014Huaping Li, Bing Zhou, Yi Lin, Lingrong Gu, Wei Wang, K.A. Shiral Feronando, Satish Kumar, Lawrence F. Allard, and Ya-Ping Sun., J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 1014

本発明は、カーボンナノチューブを可溶化するため、さらに異なる導電性質を示すカーボンナノチューブを構造的に選別するためになされたもので、非共有結合によりカーボンナノチューブと複合体を形成する新規化合物、その新規化合物を非共有的に結合し溶剤に可溶化したカーボンナノチューブ複合体、さらにはそのような複合化、可溶化を利用してカーボンナノチューブを構造的に選別し分離精製する方法を提供することを目的とする。   In order to solubilize carbon nanotubes, the present invention was made to structurally select carbon nanotubes having different conductive properties. A novel compound that forms a complex with carbon nanotubes by non-covalent bonds, the novel It is an object to provide a carbon nanotube composite in which compounds are non-covalently bound and solubilized in a solvent, and further a method for structurally selecting, separating and purifying carbon nanotubes using such composite and solubilization. And

前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項1に記載されたポルフィリンダイマー誘導体は、下記化学式I

Figure 0004099526
(式I中、mは0〜17)
で示されるもの(ただし、パラポルフィリンダイマー誘導体を除く)である。 The porphyrin dimer derivative according to claim 1 made to achieve the above object is represented by the following chemical formula I:
Figure 0004099526
(In Formula I, m is 0 to 17)
(Excluding paraporphyrin dimer derivatives) .

特許請求の範囲の請求項2に記載されたポルフィリンダイマー誘導体の製造方法は、 2-ブロモベンズアルデヒドおよび3-ブロモベンズアルデヒドから選ばれる少なくとも一方のブロモベンズアルデヒドと、4-アルキルベンズアルデヒド(アルキル基の炭素数は1〜18)と、ピロールとから下記式A

Figure 0004099526
(式A中、mは0〜17)
で示されるポルフィリン誘導体を合成し、続いて該ポルフィリン誘導体と9,9-ジヘキシルフルオレン-2,7-ジボロン酸とを反応させることを特徴とする。 The method for producing a porphyrin dimer derivative according to claim 2 is characterized in that at least one bromobenzaldehyde selected from 2-bromobenzaldehyde and 3- bromobenzaldehyde and 4-alkylbenzaldehyde (the carbon number of the alkyl group is 1-18) and pyrrole, the following formula A
Figure 0004099526
(In Formula A, m is 0 to 17)
And then reacting the porphyrin derivative with 9,9-dihexylfluorene-2,7-diboronic acid.

2-ブロモベンズアルデヒドを用いると、前記化学式IIのようにポルフィリンとフルオレンとがオルト位で連結したポルフィリンダイマー誘導体(以下、オルト−ポルフィリンダイマー誘導体と略す)が得られ、3-ブロモベンズアルデヒドを用いると、前記化学式IIIのようにポルフィリンとフルオレンとがメタ位で連結したポルフィリンダイマー誘導体(以下、メタ−ポルフィリンダイマー誘導体と略す)が得られるWhen 2-bromobenzaldehyde is used, a porphyrin dimer derivative in which porphyrin and fluorene are linked at the ortho position (hereinafter abbreviated as ortho-porphyrin dimer derivative) as in Formula II is obtained, and when 3-bromobenzaldehyde is used, porphyrin and fluorene as formula III are linked porphyrin dimer derivative (hereinafter, meta - abbreviated as porphyrin dimer derivative) in the meta position is obtained, et al.

特許請求の範囲の請求項に記載されたカーボンナノチューブ複合体は、前記化学式Iで示されるポルフィリンダイマー誘導体(ただし、パラポルフィリンダイマー誘導体を除く)が、カーボンナノチューブに結合しているものである。 The carbon nanotube composite described in claim 3 of the claims is that in which the porphyrin dimer derivative represented by the chemical formula I (excluding the paraporphyrin dimer derivative) is bonded to the carbon nanotube.

特許請求の範囲の請求項に記載された金属的導電性を示す構造のカーボンナノチューブは、下記化学式II

Figure 0004099526
(式II中、mは0〜17)
で示されるポルフィリンダイマー誘導体が結合しているカーボンナノチューブ複合体から分離されたことを特徴とする。 The carbon nanotube having a structure showing metallic conductivity according to claim 4 is represented by the following chemical formula II.
Figure 0004099526
(In Formula II, m is 0 to 17)
It is characterized by being separated from the carbon nanotube complex to which the porphyrin dimer derivative represented by

特許請求の範囲の請求項に記載された半導体的導電性を示す構造のカーボンナノチューブは、下記化学式III

Figure 0004099526
(式III中、mは0〜17)
で示されるポルフィリンダイマー誘導体が結合しているカーボンナノチューブ複合体から分離されたことを特徴とする。 The carbon nanotube having a structure showing semiconducting conductivity according to claim 5 is represented by the following chemical formula III:
Figure 0004099526
(In Formula III, m is 0 to 17)
It is characterized by being separated from the carbon nanotube complex to which the porphyrin dimer derivative represented by

特許請求の範囲の請求項に記載されたカーボンナノチューブの分離精製方法は、請求項3、4、5のいずれかに記載したカーボンナノチューブ複合体が有機溶媒に分散している分散液に、酢酸、希塩酸水溶液、希硫酸水溶液から選ばれる酸を添加して、カーボンナノチューブを沈殿させることを特徴とする。 The method for separating and purifying carbon nanotubes as claimed in claim 6 is characterized in that acetic acid is added to a dispersion in which the carbon nanotube complex according to any of claims 3, 4 and 5 is dispersed in an organic solvent. The carbon nanotubes are precipitated by adding an acid selected from a dilute hydrochloric acid aqueous solution and a dilute sulfuric acid aqueous solution.

特許請求の範囲の請求項に記載された金属的導電性を示す構造のカーボンナノチューブの分離精製方法は、請求項に記載したカーボンナノチューブ複合体を有機溶媒に分散させた分散液に、酢酸、希塩酸水溶液、希硫酸水溶液から選ばれる酸を添加して、カーボンナノチューブを沈殿させることを特徴とする。 The method for separating and purifying the carbon nanotube structure depicting metal-conductive claim 7 of the appended claims, the dispersion prepared by dispersing in an organic solvent of carbon nanotube composite according to claim 4, acetic acid The carbon nanotubes are precipitated by adding an acid selected from a dilute hydrochloric acid aqueous solution and a dilute sulfuric acid aqueous solution.

特許請求の範囲の請求項に記載された半導体的導電性を示す構造のカーボンナノチューブの分離精製方法は、請求項に記載したカーボンナノチューブ複合体を有機溶媒に分散させた分散液に、酢酸、希塩酸水溶液、希硫酸水溶液から選ばれる酸を添加して、カーボンナノチューブを沈殿させることを特徴とする。 The method for separating and purifying carbon nanotubes having a semiconducting conductivity structure according to claim 8 is characterized in that acetic acid is added to a dispersion obtained by dispersing the carbon nanotube composite according to claim 5 in an organic solvent. The carbon nanotubes are precipitated by adding an acid selected from a dilute hydrochloric acid aqueous solution and a dilute sulfuric acid aqueous solution.

前記希塩酸水溶液、及び前記希硫酸水溶液は、いずれもpH1〜2であることが好ましい。   It is preferable that both the dilute hydrochloric acid aqueous solution and the dilute sulfuric acid aqueous solution have a pH of 1-2.

本発明で用いられる前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブであっても多層カーボンナノチューブであってもよい。   The carbon nanotube used in the present invention may be a single-walled carbon nanotube or a multi-walled carbon nanotube.

本発明のポルフィリンダイマー誘導体は、フルオレンを介して二つのポルフィリンが連結したポルフィリンダイマーであり、非共有結合によってカーボンナノチューブとの複合体を形成することができる。非共有結合は直接的な結合ではないため、本来の性質を損なうことなくカーボンナノチューブを容易に複合化することができる。本発明のポルフィリンダイマーにより複合化されたカーボンナノチューブは溶媒に対して可溶性となり、カーボンナノチューブの精製を可能にする。   The porphyrin dimer derivative of the present invention is a porphyrin dimer in which two porphyrins are linked via fluorene, and can form a complex with a carbon nanotube by noncovalent bonding. Since the non-covalent bond is not a direct bond, the carbon nanotubes can be easily combined without impairing the original properties. The carbon nanotubes complexed by the porphyrin dimer of the present invention are soluble in the solvent, and the carbon nanotubes can be purified.

本発明のカーボンナノチューブ複合体を分散している分散液は、カーボンナノチューブの沈澱、分離を生ずることなく長期間安定に分散状態を保つことができる。   The dispersion in which the carbon nanotube composite of the present invention is dispersed can maintain a stable dispersion state for a long period of time without causing precipitation or separation of the carbon nanotubes.

本発明のポルフィリンダイマー誘導体の立体構造を分子設計すると、金属的導電性を示す構造のカーボンナノチューブと半導体的導電性を示す構造のカーボンナノチューブとを効率よく容易に選別できる。選別されたカーボンナノチューブは、その複合体の分散液に酸を添加すると容易に分離、回収できるので、電気的性質の異なるカーボンナノチューブをナノワイヤとして利用した電子回路を組み立てることが可能となり、新規なナノデバイス化に向けた材料として有用である。   When the three-dimensional structure of the porphyrin dimer derivative of the present invention is molecularly designed, carbon nanotubes having a structure showing metallic conductivity and carbon nanotubes having a structure showing semiconducting conductivity can be efficiently and easily selected. The selected carbon nanotubes can be easily separated and recovered by adding acid to the dispersion of the composite. Therefore, it becomes possible to assemble electronic circuits using carbon nanotubes with different electrical properties as nanowires. It is useful as a material for device development.

ルフィリンダイマー誘導体の合成方法を、前記パラ−ポルフィリンダイマー誘導体を例に挙げて説明する。前記パラ−ポルフィリンダイマー誘導体の好ましい形態のものは、以下の化学反応式のようにして合成する。 The synthesis method of porphylene phosphorus dimer derivatives, the para - will be described as an example a porphyrin dimer derivative. A preferred form of the para-porphyrin dimer derivative is synthesized according to the following chemical reaction formula.

Figure 0004099526
Figure 0004099526

まず、4-ブロモベンズアルデヒドと、4-アルキルベンズアルデヒドとをプロピオン酸に溶解する。前記4-アルキルベンズアルデヒドは、アルキル基の炭素数が12である4-ドデシルベンズアルデヒドであると好ましい。続いてこの溶液に単留ピロールを加えて撹拌還流し、前記化学式Aで示されるポルフィリン誘導体を合成する。得られたポルフィリン誘導体は、アルミナカラムクロマトグラフィーや高速液体クロマトグラフィーによって精製されることが好ましい。   First, 4-bromobenzaldehyde and 4-alkylbenzaldehyde are dissolved in propionic acid. The 4-alkylbenzaldehyde is preferably 4-dodecylbenzaldehyde whose alkyl group has 12 carbon atoms. Subsequently, single-distilled pyrrole is added to this solution and stirred and refluxed to synthesize a porphyrin derivative represented by the chemical formula A. The obtained porphyrin derivative is preferably purified by alumina column chromatography or high performance liquid chromatography.

次に、9,9-ジヘキシルフルオレン-2,7-ジボロン酸を溶解した溶媒に炭酸ナトリウム水溶液を加えて窒素気流下で脱気する。そこに前記で得られたポルフィリン誘導体Aを加え、撹拌還流して反応させ、前記化学式IVで示されるパラ−ポルフィリンダイマー誘導体を合成する。得られたポルフィリンダイマー誘導体は、シリカゲルカラムクロマトグラフィーや高速液体クロマトグラフィーによって精製されることが好ましい。また、前記溶媒は、9,9-ジヘキシルフルオレン-2,7-ジボロン酸を溶解するものであればよく、トルエン−テトラヒドロフラン混合溶媒であると好ましい。   Next, an aqueous sodium carbonate solution is added to a solvent in which 9,9-dihexylfluorene-2,7-diboronic acid is dissolved, and the mixture is deaerated under a nitrogen stream. The porphyrin derivative A obtained above is added thereto, and the mixture is stirred and refluxed to react to synthesize a para-porphyrin dimer derivative represented by the chemical formula IV. The obtained porphyrin dimer derivative is preferably purified by silica gel column chromatography or high performance liquid chromatography. The solvent may be any solvent that can dissolve 9,9-dihexylfluorene-2,7-diboronic acid, and is preferably a toluene-tetrahydrofuran mixed solvent.

前記4-ブロモベンズアルデヒドに代えて2-ブロモベンズアルデヒドを用い、同様の手順で合成すると、前記化学式IIで示されるオルト−ポルフィリンダイマー誘導体を得ることができる。また、前記4-ブロモベンズアルデヒドに代えて3-ブロモベンズアルデヒドを用い、同様の手順で合成すると、前記化学式IIIで示されるメタ−ポルフィリンダイマー誘導体を得ることができる。   An ortho-porphyrin dimer derivative represented by the above chemical formula II can be obtained by synthesizing in the same procedure using 2-bromobenzaldehyde instead of the 4-bromobenzaldehyde. Further, when 3-bromobenzaldehyde is used in place of the 4-bromobenzaldehyde and synthesized by the same procedure, a meta-porphyrin dimer derivative represented by the chemical formula III can be obtained.

カーボンナノチューブを分散させた溶媒に本発明のポルフィリンダイマー誘導体を加えて分散させると、カーボンナノチューブとポルフィリンダイマー誘導体との複合体を形成することができる。本発明のポルフィリンダイマー誘導体としては、前記オルト−ポルフィリンダイマー誘導体、前記メタ−ポルフィリンダイマー誘導体、前記パラ−ポルフィリンダイマー誘導体のいずれを用いてもよい。   When the porphyrin dimer derivative of the present invention is added to and dispersed in a solvent in which carbon nanotubes are dispersed, a complex of the carbon nanotube and the porphyrin dimer derivative can be formed. As the porphyrin dimer derivative of the present invention, any of the ortho-porphyrin dimer derivative, the meta-porphyrin dimer derivative, and the para-porphyrin dimer derivative may be used.

この複合体は、ポルフィリン部位とカーボンナノチューブとの間のπ‐π相互作用、疎水性相互作用のような非共有結合によって形成されるものである。カーボンナノチューブは溶媒や水に対して不溶性であるが、本発明のポルフィリンダイマー誘導体でカーボンナノチューブを複合化すると、カーボンナノチューブは可溶化する。これは、前記複合体中のポルフィリンダイマー誘導体による溶媒和が可能となり、カーボンナノチューブを溶媒中で長期間安定に分散させるためである。ここでいうカーボンナノチューブの可溶化とは、前記カーボンナノチューブ複合体が溶媒に溶解した状態、及び前記カーボンナノチューブ複合体が溶媒中で長期間均一に分散した状態を含む。   This complex is formed by non-covalent bonds such as π-π interaction and hydrophobic interaction between the porphyrin moiety and the carbon nanotube. Carbon nanotubes are insoluble in solvents and water. However, when carbon nanotubes are complexed with the porphyrin dimer derivative of the present invention, the carbon nanotubes are solubilized. This is because solvation by the porphyrin dimer derivative in the complex is possible, and the carbon nanotubes are stably dispersed in the solvent for a long period of time. Here, the solubilization of carbon nanotubes includes a state where the carbon nanotube composite is dissolved in a solvent and a state where the carbon nanotube composite is uniformly dispersed in the solvent for a long period of time.

前記カーボンナノチューブ複合体を有機溶媒に分散させた分散液は、カーボンナノチューブが分離、沈澱することなく、均一な分散状態を6ヶ月以上安定に保つ。本発明のカーボンナノチューブ複合体を分散させる前記有機溶媒は、テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、ジメチルホルムアミドであると好ましい。   A dispersion in which the carbon nanotube composite is dispersed in an organic solvent maintains a uniform dispersion state for 6 months or more without separation and precipitation of the carbon nanotubes. The organic solvent in which the carbon nanotube composite of the present invention is dispersed is preferably tetrahydrofuran, dichloromethane, or dimethylformamide.

前記複合体を形成する際の分散、及び前記複合体の有機溶媒への分散は、超音波処理により行われることが好ましい。   The dispersion when forming the complex and the dispersion of the complex in an organic solvent are preferably performed by ultrasonic treatment.

前記化学式IIで示されるオルト−ポルフィリンダイマー誘導体は、金属的導電性を示す構造のカーボンナノチューブと選択的に複合体を形成する。また、前記化学式IIIで示されるメタ−ポルフィリンダイマー誘導体は、半導体的導電性を示す構造のカーボンナノチューブと選択的に複合体を形成する。カーボンナノチューブの導電性はその直径及びカイラリティーによって異なり、カーボンナノチューブのカイラリティーは、ジグザグ型、キラル型、アームチェア型に分類される。本発明のポルフィリンダイマー誘導体は、ポルフィリン部分がカーボンナノチューブの側壁に強く吸着して安定な複合体を形成する。この時、ポルフィリンダイマー誘導体は、その分子内におけるポルフィリン間の距離と角度の違いによってカーボンナノチューブのカイラリティーを認識し、複合体形成時に前記のような選択性が生じるものと考えられる。   The ortho-porphyrin dimer derivative represented by the chemical formula II selectively forms a complex with a carbon nanotube having a structure exhibiting metallic conductivity. In addition, the meta-porphyrin dimer derivative represented by the chemical formula III selectively forms a complex with carbon nanotubes having a structure exhibiting semiconducting conductivity. The conductivity of carbon nanotubes varies depending on the diameter and chirality, and the chirality of carbon nanotubes is classified into a zigzag type, a chiral type, and an armchair type. In the porphyrin dimer derivative of the present invention, the porphyrin portion is strongly adsorbed on the side wall of the carbon nanotube to form a stable complex. At this time, it is considered that the porphyrin dimer derivative recognizes the chirality of the carbon nanotubes based on the difference in the distance and angle between porphyrins in the molecule, and the above-described selectivity is produced at the time of complex formation.

前記カーボンナノチューブ複合体の分散液、前記オルト−ポルフィリンダイマー誘導体と金属的導電性を示す構造のカーボンナノチューブとの複合体の分散液、及び前記メタ−ポルフィリンダイマー誘導体と半導体的導電性を示す構造のカーボンナノチューブとの複合体の分散液に酸を添加すると、各複合体を形成している非共有結合が酸によって阻害され、ポルフィリンダイマーとカーボンナノチューブとが分離する。分離したカーボンナノチューブは溶媒中に分散していることができなくなって沈澱するため、容易に回収できる。従って、本発明のポルフィリンダイマー誘導体でカーボンナノチューブを複合化して精製し、その後、精製した複合体からカーボンナノチューブを分離すれば、所望のカーボンナノチューブが高純度で得られる。前記酸は、酢酸であると好ましい。   A dispersion of the carbon nanotube composite, a dispersion of a composite of the ortho-porphyrin dimer derivative and a carbon nanotube having a structure having metallic conductivity, and a structure having a semiconducting conductivity with the meta-porphyrin dimer derivative. When an acid is added to the dispersion liquid of the composite with the carbon nanotube, the non-covalent bond forming each composite is inhibited by the acid, and the porphyrin dimer and the carbon nanotube are separated. Since the separated carbon nanotubes cannot be dispersed in the solvent and precipitate, they can be easily recovered. Therefore, if carbon nanotubes are complexed with the porphyrin dimer derivative of the present invention and purified, and then separated from the purified complex, the desired carbon nanotubes can be obtained with high purity. The acid is preferably acetic acid.

以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described in detail below, but the scope of the present invention is not limited to these examples.

ルフィリンダイマー誘導体を合成した例を実施例1〜3に示す。 An example of synthesizing porphylene phosphorus dimer derivatives shown in Examples 1-3.

(実施例1)
パラ−ポルフィリンダイマー誘導体の合成
4-ドデシルベンズアルデヒド2.00g(7.29×10−3mol)と、4-ブロモベンズアルデヒド0.45g(2.43×10−3mol)とをプロピオン酸20mlに溶解し、単留ピロール0.65ml(9.72×10−3mol)を加えてから130℃で2晩撹拌還流した。室温まで冷却し、反応溶液を減圧濃縮した。生成物をアルミナカラムクロマトグラフィー(ジクロロメタン:ヘキサン=1:1)と高速液体クロマトグラフィーによって精製し、5-(4’-ブロモフェニル)-10,15,20-トリス(4’-ドデシルフェニル)ポルフィリン(前記式Aのm=11、Brがパラ位で連結した化合物)を得た。
Example 1
Synthesis of para-porphyrin dimer derivatives
2.00 g (7.29 × 10 −3 mol) of 4-dodecylbenzaldehyde and 0.45 g (2.43 × 10 −3 mol) of 4-bromobenzaldehyde are dissolved in 20 ml of propionic acid, and 0.1% of single-distilled pyrrole is dissolved. After adding 65 ml (9.72 × 10 −3 mol), the mixture was stirred and refluxed at 130 ° C. for 2 nights. The reaction solution was cooled to room temperature and concentrated under reduced pressure. The product was purified by alumina column chromatography (dichloromethane: hexane = 1: 1) and high performance liquid chromatography, and 5- (4′-bromophenyl) -10,15,20-tris (4′-dodecylphenyl) porphyrin (A compound in which m = 11 in the formula A and Br is linked at the para position) was obtained.

次に、トルエン5mlとテトラヒドロフラン(THF)5mlとの混合溶媒に上記で得られた5-(4’-ブロモフェニル)-10,15,20-トリス(4’-ドデシルフェニル)ポルフィリン0.1g(8.34×10−5mol)を溶解し、さらに9,9-ジヘキシルフルオレン-2,7-ジボロン酸15.3mg(3.63×10−5mol)を加えて溶解した。そこに2M炭酸ナトリウム溶液10mlを加え、窒素気流下でよく脱気した後テトラキストリフェニルフォスフィンパラジウム(Pd(PPh)を加え、70℃で3晩撹拌還流した。室温まで冷却し、エーテルで有機層を抽出し、2回水洗した後、無水硫酸マグネシウムで脱水し減圧濃縮した。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(ジクロロメタン)と高速液体クロマトグラフィーによって精製し、パラ−ポルフィリンダイマー(前記化学式IVで示されm=11の化合物)を収率35%で得た。得られた化合物の1H−核磁気共鳴測定(1H-NMR)と13C−核磁気共鳴測定(13C-NMR)とマトリックス支援レーザー脱離イオン化−飛行時間型質量分析(MALDI-TOF-MS)との分析データは、この構造を支持している。 Next, 0.1 g of 5- (4′-bromophenyl) -10,15,20-tris (4′-dodecylphenyl) porphyrin obtained above in a mixed solvent of 5 ml of toluene and 5 ml of tetrahydrofuran (THF) ( 8.34 × 10 −5 mol) was dissolved, and further, 15.3 mg (3.63 × 10 −5 mol) of 9,9-dihexylfluorene-2,7-diboronic acid was added and dissolved. Thereto was added 10 ml of 2M sodium carbonate solution, which was thoroughly deaerated under a nitrogen stream, and then tetrakistriphenylphosphine palladium (Pd (PPh 3 ) 4 ) was added, followed by stirring and refluxing at 70 ° C. for 3 nights. After cooling to room temperature, the organic layer was extracted with ether, washed twice with water, dried over anhydrous magnesium sulfate, and concentrated under reduced pressure. The product was purified by silica gel column chromatography (dichloromethane) and high performance liquid chromatography to obtain para-porphyrin dimer (compound of formula IV, m = 11) with a yield of 35%. 1 H-nuclear magnetic resonance measurement ( 1 H-NMR) and 13 C-nuclear magnetic resonance measurement ( 13 C-NMR) and matrix-assisted laser desorption / ionization-time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF-) of the obtained compound MS) and analysis data support this structure.

1H-NMR(CDCl3,400.13MHz):δ=8.98(d,J=4.8Hz,4H,Pyrrole H),8.91(d,J=4.8Hz,4H,Pyrrole H),8.87(s,8H,Pyrrole H),8.35(d,J=8.4Hz,4H,ArH),8.11-8.15(m,18H,Fluorene H and ArH),8.00(d,J=4.8Hz,2H,Fluorene H),7.98(s,2H,Fluorene H),7.55-7.58(m,12H,ArH),2.96(t,J=7.2Hz,12H,ArCH2),2.28(t,J=6.0Hz,4H,Fluorene CH2),1.93(t,J=8.0Hz,12H,ArCH2CH2),1.22-1.60(m,124H,CH2),0.90(t,J=6.8Hz,18H,CH3),0.84(t,J=6.8Hz,6H,2CH3),-2.69(s,4H,NH)
13C-NMR(CDCl3,100.61MHz)δ:142.40,139.49,135.23,134.61,126.74,125.41,120.39,120.32,111.05,102.31,101.75,36.05,31.99,31.68,29.80,29.76,29.71,29.64,29.44,22.75,14.16
MALDI-TOF-MS(Dithranol):m/z=2570.33[M+H]+,C185H234NO8計算値2569.83
1 H-NMR (CDCl 3 , 400.13 MHz): δ = 8.98 (d, J = 4.8 Hz, 4 H, Pyrrole H), 8.91 (d, J = 4.8 Hz, 4 H, Pyrrole H), 8.87 (s, 8 H, Pyrrole H), 8.35 (d, J = 8.4Hz, 4H, ArH), 8.11-8.15 (m, 18H, Fluorene H and ArH), 8.00 (d, J = 4.8Hz, 2H, Fluorene H), 7.98 (s , 2H, fluorene H), 7.55-7.58 (m, 12H, ArH), 2.96 (t, J = 7.2Hz, 12H, ArCH 2), 2.28 (t, J = 6.0Hz, 4H, fluorene CH 2), 1.93 (t, J = 8.0Hz, 12H , ArCH 2 CH 2), 1.22-1.60 (m, 124H, CH 2), 0.90 (t, J = 6.8Hz, 18H, CH 3), 0.84 (t, J = 6.8 Hz, 6H, 2 CH 3 ),-2.69 (s, 4H, NH)
13 C-NMR (CDCl 3 , 100.61 MHz) δ: 142.40, 139.49, 135.23, 134.61, 126.74, 125.41, 120.39, 120.32, 111.05, 102.31, 101.75, 36.05, 31.99, 31.68, 29.80, 29.76, 29.71, 29.64, 29.44 , 22.75,14.16
MALDI-TOF-MS (Dithranol): m / z = 2570.33 [M + H] + , C 185 H 234 NO 8 calculated value 2569.83

(実施例2)
メタ−ポルフィリンダイマー誘導体の合成
4-ブロモベンズアルデヒドに代えて3-ブロモベンズアルデヒド0.45g(2.43×10−3mol)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、メタ−ポルフィリンダイマー(前記化学式IIIで示されm=11の化合物)を収率43%で得た。得られた化合物の1H-NMRと13C-NMRとMALDI-TOF-MSとの分析データは、この構造を支持している。
(Example 2)
Synthesis of meta-porphyrin dimer derivatives
A meta-porphyrin dimer (shown in Formula III above) was used in the same manner as in Example 1 except that 0.45 g (2.43 × 10 −3 mol) of 3-bromobenzaldehyde was used instead of 4-bromobenzaldehyde. = 11 compound) in 43% yield. The analytical data of 1 H-NMR, 13 C-NMR and MALDI-TOF-MS of the obtained compound support this structure.

1H-NMR(CDCl3,400.13MHz):δ=8.82-8.96(m,16H,Pyrrole H),8.47-8.61(m,4H,Fluorene H),8.19-8.21(m,2H,Fluorene H),8.04-8.14(m,8H,ArH),7.76-7.96(m,12H,ArH),7.54(d,J=7.6Hz,12H,ArH),2.93(t,J=7.4Hz,12H,ArCH2),1.86-1.97(m,16H,CH2),1.30(m,124H,CH2),0.86-0.90(m,24H,CH3),-2.72(s,4H,NH)
13C-NMR(CDCl3,100.61MHz)δ:142.39,139.48,138.05,134.57,126.71,120.18,118.42,108.36,100.37,36.00,31.95,31.64,29.76,29.72,29.59,29.39,22.71,19.40,14.12
MALDI-TOF-MS(Dithranol):m/z=2571.04[M+H]+,C185H234NO8計算値2569.83
1 H-NMR (CDCl 3 , 400.13 MHz): δ = 8.82-8.96 (m, 16H, Pyrrole H), 8.47-8.61 (m, 4H, Fluorene H), 8.19-8.21 (m, 2H, Fluorene H), 8.04-8.14 (m, 8H, ArH), 7.76-7.96 (m, 12H, ArH), 7.54 (d, J = 7.6Hz, 12H, ArH), 2.93 (t, J = 7.4Hz, 12H, ArCH 2 ) , 1.86-1.97 (m, 16H, CH 2 ), 1.30 (m, 124H, CH 2 ), 0.86-0.90 (m, 24H, CH 3 ),-2.72 (s, 4H, NH)
13 C-NMR (CDCl 3 , 100.61 MHz) δ: 142.39, 139.48, 138.05, 134.57, 126.71, 120.18, 118.42, 108.36, 100.37, 36.00, 31.95, 31.64, 29.76, 29.72, 29.59, 29.39, 22.71, 19.40, 14.12
MALDI-TOF-MS (Dithranol): m / z = 2571.04 [M + H] + , C 185 H 234 NO 8 calculated value 2569.83

(実施例3)
オルト−ポルフィリンダイマー誘導体の合成
4-ブロモベンズアルデヒドに代えて2-ブロモベンズアルデヒド0.45g(2.43×10−3mol)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、オルト−ポルフィリンダイマー(前記化学式IIで示されm=11の化合物)を収率58%で得た。得られた化合物の1H-NMRと13C-NMRとMALDI-TOF-MSとの分析データは、この構造を支持している。
(Example 3)
Synthesis of ortho-porphyrin dimer derivatives
An ortho-porphyrin dimer (shown in Formula II above) was used in the same manner as in Example 1 except that 0.45 g (2.43 × 10 −3 mol) of 2-bromobenzaldehyde was used instead of 4-bromobenzaldehyde. = 11 compound) was obtained in a yield of 58%. The analytical data of 1 H-NMR, 13 C-NMR and MALDI-TOF-MS of the obtained compound support this structure.

1H-NMR(CDCl3,400.13MHz):δ=8.76(d,J=4.8Hz,4H,Pyrrole H),8.72(d,J=4.8Hz,4H,Pyrrole H),8.54(s,8H,Pyrrole H),8.10(m,6H,ArH),8.03(d,J=7.2Hz,4H,ArH),7.96(d,J=7.6Hz,4H,ArH),7.85(m,6H,ArH),7.67(d,J=7.6Hz,2H,ArH),7.44-7.56(m,12H,ArH),7.38(d,J=7.6Hz,4H,ArH),6.69(s,J=7.6Hz,2H,Fluorene H),6.64(d,J=8.0Hz,2H,Fluorene H),6.22(d,J=8.0Hz,2H,Fluorene H),2.89(t,J=7.6Hz,12H,ArCH2),1.89(t,J=7.6Hz,12H,ArCH2CH2),1.31-1.59(m,112H,CH2),0.89(t,J=6.4Hz,24H,CH3),-0.35(t,J=7.2Hz,4H,CH2),-0.76(s,4H,CH2),-1.55(s,8H,CH2),2.96(s,4H,NH),
13C-NMR(CDCl3,100.61MHz)δ:149.46,142.24,142.12,139.35,134.57,134.42,134.29,126.65,126.55,119.78,118.58,108.11,100.38,36.06,36.02,32.00,31.69,29.82,29.76,29.68,29.45,27.35,22.76,21.33,14.17,13.49
MALDI-TOF-MS(Dithranol):m/z=2569.86[M+H]+,C185H234NO8計算値2569.83
1 H-NMR (CDCl 3 , 400.13 MHz): δ = 8.76 (d, J = 4.8 Hz, 4H, Pyrrole H), 8.72 (d, J = 4.8 Hz, 4H, Pyrrole H), 8.54 (s, 8H, Pyrrole H), 8.10 (m, 6H, ArH), 8.03 (d, J = 7.2Hz, 4H, ArH), 7.96 (d, J = 7.6Hz, 4H, ArH), 7.85 (m, 6H, ArH), 7.67 (d, J = 7.6Hz, 2H, ArH), 7.44-7.56 (m, 12H, ArH), 7.38 (d, J = 7.6Hz, 4H, ArH), 6.69 (s, J = 7.6Hz, 2H, Fluorene H), 6.64 (d, J = 8.0Hz, 2H, Fluorene H), 6.22 (d, J = 8.0Hz, 2H, Fluorene H), 2.89 (t, J = 7.6Hz, 12H, ArCH 2 ), 1.89 (t, J = 7.6Hz, 12H, ArCH 2 CH 2 ), 1.31-1.59 (m, 112H, CH 2 ), 0.89 (t, J = 6.4Hz, 24H, CH 3 ),-0.35 (t, J = 7.2Hz, 4H, CH 2 ),-0.76 (s, 4H, CH 2 ),-1.55 (s, 8H, CH 2 ), 2.96 (s, 4H, NH),
13 C-NMR (CDCl 3 , 100.61 MHz) δ: 149.46, 142.24, 142.12, 139.35, 134.57, 134.42, 134.29, 126.65, 126.55, 119.78, 118.58, 108.11, 100.38, 36.06, 36.02, 32.00, 31.69, 29.82, 29.76 , 29.68,29.45,27.35,22.76,21.33,14.17,13.49
MALDI-TOF-MS (Dithranol): m / z = 2569.86 [M + H] + , C 185 H 234 NO 8 calculated value 2569.83

次に、実施例1〜3で得られたポルフィリンダイマー誘導体を用いて、本発明を適用するポルフィリンダイマー誘導体と単層カーボンナノチューブとの複合体を調製した例を実施例4〜6に、実施例6で得られた複合体の分散液を調製した例を実施例7に、本発明を適用外の複合体を調製した例を比較例1に、それぞれ示す。   Next, examples in which composites of porphyrin dimer derivatives and single-walled carbon nanotubes to which the present invention is applied using the porphyrin dimer derivatives obtained in Examples 1 to 3 were prepared in Examples 4 to 6. An example in which a dispersion of the composite obtained in 6 was prepared is shown in Example 7, and an example in which a composite that is not applicable to the present invention is prepared is shown in Comparative Example 1.

(実施例4)
単層カーボンナノチューブとパラ−ポルフィリンダイマーとの複合体の調製
遠心管内において、実施例1で得られたパラ−ポルフィリンダイマー1mgをヘキサン10mlに溶解し、Solution 1とした。Solution 1に単層カーボンナノチューブ1mgを加え、超音波処理を1晩行って、単層カーボンナノチューブとパラ−ポルフィリンダイマーとの複合体を形成した。その後遠心分離を3000Gで20分行い、上澄み(Solution 2)を除去して沈殿物を減圧乾燥した。この時、Solution 2にはポルフィリンダイマーのみが溶解しており、沈殿物は複合体を形成していない単層カーボンナノチューブと前記複合体との混合物である。得られた乾燥物をTHF5mlに溶解し、超音波処理を行って分散させ、遠心分離を2000Gで15分行った。上澄み(Solution 3)を回収して、沈殿物を再びTHF5mlに溶解し、超音波処理を行って分散させ、遠心分離を2000Gで15分行った。この時、Solution 3には前記複合体が溶解しており、沈殿物は複合体を形成していない単層カーボンナノチューブである。上澄み(Solution 4)を回収して、Solution 3とSolution 4をマイクロチューブに移し、遠心分離してさらに沈殿物を取り除いた。上澄みを減圧濃縮して、残った固体を単層カーボンナノチューブとパラ−ポルフィリンダイマーとの複合体(パラ−複合体)とした。得られたパラ−複合体にヘキサンを加え、遠心分離し上澄みを除去した後、沈殿物をTHFに溶解して減圧濃縮することで、パラ−複合体を精製した。
Example 4
Preparation of complex of single-walled carbon nanotube and para-porphyrin dimer In a centrifuge tube, 1 mg of para-porphyrin dimer obtained in Example 1 was dissolved in 10 ml of hexane to obtain Solution 1. 1 mg of single-walled carbon nanotubes was added to Solution 1 and sonication was performed overnight to form a complex of single-walled carbon nanotubes and para-porphyrin dimer. Centrifugation was then performed at 3000 G for 20 minutes, the supernatant (Solution 2) was removed, and the precipitate was dried under reduced pressure. At this time, only the porphyrin dimer is dissolved in Solution 2, and the precipitate is a mixture of the single-walled carbon nanotubes not forming a complex and the complex. The obtained dried product was dissolved in 5 ml of THF, dispersed by sonication, and centrifuged at 2000 G for 15 minutes. The supernatant (Solution 3) was collected, and the precipitate was dissolved again in 5 ml of THF, dispersed by sonication, and centrifuged at 2000 G for 15 minutes. At this time, the complex is dissolved in Solution 3, and the precipitate is a single-walled carbon nanotube that does not form a complex. The supernatant (Solution 4) was collected, and Solution 3 and Solution 4 were transferred to a microtube and centrifuged to further remove the precipitate. The supernatant was concentrated under reduced pressure, and the remaining solid was used as a complex of single-walled carbon nanotubes and para-porphyrin dimer (para-complex). Hexane was added to the obtained para-complex and centrifuged to remove the supernatant, and then the precipitate was dissolved in THF and concentrated under reduced pressure to purify the para-complex.

(実施例5)
単層カーボンナノチューブとメタ−ポルフィリンダイマーとの複合体の調製
実施例1で得られたパラ−ポルフィリンダイマーに代えて、実施例2で得られたメタ−ポルフィリンダイマーを用いたこと以外は実施例4と同様にして、単層カーボンナノチューブとメタ−ポルフィリンダイマーとの複合体(メタ−複合体)を調製した。
(Example 5)
Preparation of complex of single-walled carbon nanotube and meta-porphyrin dimer Example 4 except that the meta-porphyrin dimer obtained in Example 2 was used in place of the para-porphyrin dimer obtained in Example 1 In the same manner as above, a composite (meta-composite) of a single-walled carbon nanotube and a meta-porphyrin dimer was prepared.

(実施例6)
単層カーボンナノチューブとオルト−ポルフィリンダイマーとの複合体の調製
実施例1で得られたパラ−ポルフィリンダイマーに代えて、実施例3で得られたオルト−ポルフィリンダイマーを用いたこと以外は実施例4と同様にして、単層カーボンナノチューブとオルト−ポルフィリンダイマーとの複合体(オルト−複合体)を調製した。
(Example 6)
Preparation of complex of single-walled carbon nanotube and ortho-porphyrin dimer Example 4 except that the ortho-porphyrin dimer obtained in Example 3 was used in place of the para-porphyrin dimer obtained in Example 1. In the same manner as described above, a composite (ortho-composite) of a single-walled carbon nanotube and an ortho-porphyrin dimer was prepared.

(実施例7)
オルト−複合体分散液の調製
実施例6で得られたオルト−複合体1mgにTHF10mlを加えて超音波処理を8時間行い、前記オルト−複合体の分散溶液を調製した。
(Example 7)
Preparation of ortho-complex dispersion liquid 10 mg of THF was added to 1 mg of the ortho-complex obtained in Example 6 and subjected to ultrasonic treatment for 8 hours to prepare a dispersion solution of the ortho-complex.

(比較例1)
実施例1で得られたパラ−ポルフィリンダイマーに代えて、単核ポルフィリンを用いたこと以外は実施例4と同様にして、単層カーボンナノチューブと単核ポルフィリンとの複合体を調製した。
(Comparative Example 1)
A composite of a single-walled carbon nanotube and a mononuclear porphyrin was prepared in the same manner as in Example 4 except that a mononuclear porphyrin was used instead of the para-porphyrin dimer obtained in Example 1.

実施例1〜3で得られた化合物、実施例4〜6で得られた複合体、および実施例7で得られた分散液を用いて、以下のような評価を行った。   The following evaluation was performed using the compounds obtained in Examples 1 to 3, the composites obtained in Examples 4 to 6, and the dispersion obtained in Example 7.

(分散液の安定性評価)
実施例7で得られた分散液を6ヶ月以上放置し、分散状態を確認した。
(Stability evaluation of dispersion)
The dispersion obtained in Example 7 was allowed to stand for 6 months or longer to confirm the dispersion state.

(近赤外吸収スペクトル測定)
THF500μlに、実施例1〜3で得られたポルフィリンダイマー誘導体、及び実施例4〜6で得られた複合体をそれぞれ加えて溶解した。その溶液の各200μlをとり、それをTHF1.0mlで希釈した溶液をサンプルとして、それぞれ近赤外吸収スペクトルを測定した。測定には、近赤外分光光度計U-4100(日立製作所社製の商品名)を用いた。実施例1で得たパラ−ポルフィリンダイマー及び実施例4で得たパラ−複合体の測定結果を図1の(b)に、実施例2で得たメタ−ポルフィリンダイマー及び実施例5で得たメタ−複合体の測定結果を図1の(c)に、実施例3で得たオルト−ポルフィリンダイマー及び実施例6で得たオルト−複合体の測定結果を図1の(d)に、それぞれ示す。また、比較のため、単核ポルフィリンと比較例1の複合体とをそれぞれ前記と同様に調整した溶液について、近赤外吸収スペクトルを測定した結果を図1の(a)に示す。
(Near infrared absorption spectrum measurement)
The porphyrin dimer derivative obtained in Examples 1 to 3 and the complex obtained in Examples 4 to 6 were added and dissolved in 500 μl of THF, respectively. 200 μl of each solution was taken, and a solution obtained by diluting it with 1.0 ml of THF was used as a sample, and near-infrared absorption spectra were measured. For the measurement, a near infrared spectrophotometer U-4100 (trade name, manufactured by Hitachi, Ltd.) was used. The measurement results of the para-porphyrin dimer obtained in Example 1 and the para-complex obtained in Example 4 are shown in FIG. 1 (b), and the meta-porphyrin dimer obtained in Example 2 and Example 5 were obtained. The measurement results of the meta-complex are shown in FIG. 1 (c), the ortho-porphyrin dimer obtained in Example 3 and the ortho-complex obtained in Example 6 are shown in FIG. 1 (d). Show. For comparison, FIG. 1A shows the result of measuring the near-infrared absorption spectrum of a solution prepared by adjusting the mononuclear porphyrin and the composite of Comparative Example 1 in the same manner as described above.

(原子間力顕微鏡観察)
実施例7で得られた分散溶液をマイカ板にスピンキャスティングし、このマイカ基板をスピンさせながらTHFを滴下して、余分な有機物を除去してサンプルとした。原子間力顕微鏡は、EX290105(サーモマイクロスコープス社製の商品名)を用いた。
(Atomic force microscope observation)
The dispersion obtained in Example 7 was spin-cast on a mica plate, and THF was added dropwise while spinning the mica substrate to remove excess organic substances to prepare a sample. As the atomic force microscope, EX290105 (trade name, manufactured by Thermo Microscopes) was used.

(ラマンスペクトル測定)
実施例4〜6で得た複合体、及び複合体を形成していない単層カーボンナノチューブをスライドガラス上にそれぞれキャストし、514nmのレーザーを用いてラマンスペクトルを測定した。測定には、ラマン分光光度計Hololab 5000(エス・ティ・ジャパン社製の商品名)を用いた。実施例4で得たパラ−複合体の測定結果を図2の(b)に、実施例5で得たメタ−複合体の測定結果を図2の(c)に、実施例6で得たオルト−複合体の測定結果を図2の(d)に、それぞれ示す。また、比較例1の複合体について、同様にしてラマンスペクトルを測定した結果を図2の(a)に示す。
(Raman spectrum measurement)
The composites obtained in Examples 4 to 6 and single-walled carbon nanotubes not forming the composite were each cast on a slide glass, and Raman spectra were measured using a 514 nm laser. For the measurement, a Raman spectrophotometer Hololab 5000 (trade name, manufactured by ST Japan Co., Ltd.) was used. The measurement result of the para-complex obtained in Example 4 was obtained in FIG. 2 (b), the measurement result of the meta-complex obtained in Example 5 was obtained in FIG. The measurement results of the ortho-complex are shown in FIG. Moreover, the result of having measured the Raman spectrum similarly about the composite_body | complex of the comparative example 1 is shown to (a) of FIG.

(酢酸の添加によるカーボンナノチューブとポルフィリンダイマーとの分離)
実施例7で得られたオルト−複合体の分散溶液1.2mlに酢酸20μlを加えてよく撹拌し、溶液を一晩放置した。また、酢酸添加前後の溶液について、可視紫外吸収スペクトルを測定した。測定には、紫外可視分光光度計V-570(日本分光社製の商品名)を用いた。測定結果を図3に示す。
(Separation of carbon nanotube and porphyrin dimer by addition of acetic acid)
To 1.2 ml of the ortho-complex dispersion solution obtained in Example 7, 20 μl of acetic acid was added and stirred well, and the solution was left overnight. Moreover, the visible ultraviolet absorption spectrum was measured about the solution before and behind acetic acid addition. For the measurement, an ultraviolet-visible spectrophotometer V-570 (trade name, manufactured by JASCO Corporation) was used. The measurement results are shown in FIG.

実施例7で得られたオルト−複合体の分散溶液を放置したところ、分離、沈澱等はみられず、6ヶ月以上安定に溶液の状態を保った。このことから、本発明のポルフィリンダイマー誘導体と単層カーボンナノチューブとの複合体が形成されていることを確認できた。   When the ortho-complex dispersion solution obtained in Example 7 was allowed to stand, no separation or precipitation was observed, and the solution state was stably maintained for 6 months or more. From this, it was confirmed that a complex of the porphyrin dimer derivative of the present invention and the single-walled carbon nanotube was formed.

次に、近赤外吸収スペクトル測定結果について検討する。図1から明らかなように、単核ポルフィリンのみ及び実施例1、2、3の溶液では、ポルフィリンのSoret帯の吸収が明確に現れているだけであるが、比較例1の複合体及び実施例4、5、6の複合体の溶液では、ポルフィリンのSoret帯以外にも1800−2200nm付近と1600nm以下にブロードな吸収が見られた。この吸収は単層カーボンナノチューブによるものであると考えられる。   Next, the near-infrared absorption spectrum measurement results will be examined. As is clear from FIG. 1, in the mononuclear porphyrin alone and in the solutions of Examples 1, 2, and 3, only the absorption of the Soret band of porphyrin appears clearly, but the composite of Comparative Example 1 and the Example In the solutions of the complexes of 4, 5, and 6, broad absorption was observed in the vicinity of 1800-2200 nm and below 1600 nm in addition to the Soret band of porphyrin. This absorption is thought to be due to single-walled carbon nanotubes.

原子間力顕微鏡観察では、単層カーボンナノチューブのバンドル構造が解けたナノチューブが観察された。このナノチューブの高さは約5nmであり、まわりがポルフィリンダイマーに覆われていると考えられる。この観察から、本発明のポルフィリンダイマー誘導体が単層カーボンナノチューブとの複合体を形成することが明らかとなった。   In the atomic force microscope observation, nanotubes in which the bundle structure of single-walled carbon nanotubes was dissolved were observed. The height of this nanotube is about 5 nm, and it is thought that the periphery is covered with a porphyrin dimer. From this observation, it was revealed that the porphyrin dimer derivative of the present invention forms a complex with single-walled carbon nanotubes.

次に、ラマンスペクトル測定結果について検討する。図2に示すように、パラ−複合体、メタ−複合体、オルト−複合体すべてにおいて、ナノチューブの特徴的なスペクトルであるラジアルブリージングモード(171cm-1付近)とGバンド(1570,1593cm-1付近)が観察され、カーボンナノチューブが存在することが明らかとなった。また、各ラジアルブリージングモードの振動数が、複合体を形成していない単層カーボンナノチューブのスペクトルと比較して若干増大していることから、単核ポルフィリンまたは本発明のポルフィリンダイマーと単層カーボンナノチューブとが複合体を形成した結果、ナノチューブのバンドル構造の形成が阻害されていることが示唆された。 Next, the Raman spectrum measurement result will be examined. As shown in FIG. 2, para - complex, meta - complex, ortho - in all complexes, radial breathing mode is a characteristic spectrum of the nanotubes (171cm -1 near) and G band (1570,1593cm -1 Near) was observed, and it was revealed that carbon nanotubes were present. Further, since the frequency of each radial breathing mode is slightly increased compared to the spectrum of the single-walled carbon nanotube not forming the complex, the mononuclear porphyrin or the porphyrin dimer of the present invention and the single-walled carbon nanotube As a result, the formation of a bundle structure of nanotubes was impeded.

さらに、単核ポルフィリンとの複合体及びパラ−複合体は、単層カーボンナノチューブと各複合体とのスペクトルにほとんど変化がみられなかったのに対し、メタ−複合体及びオルト−複合体は、各複合体のGバンドに明らかなピークのシフトが確認できた。メタ−ポルフィリンダイマーは複合体を形成するとGバンドの振動数が増加し、オルト−ポルフィリンダイマーは複合体を形成するとGバンドの振動数が減少している。この結果より、本発明のメタ−ポルフィリンダイマー誘導体は半導体的導電性を示す構造のカーボンナノチューブと選択的に複合体を形成し、本発明のオルト−ポルフィリンダイマー誘導体は金属的導電性を示す構造のカーボンナノチューブと選択的に複合体を形成することが示唆された。   Furthermore, the complexes with mononuclear porphyrins and para-complexes showed little change in the spectrum of single-walled carbon nanotubes and each complex, whereas meta-complexes and ortho-complexes A clear peak shift was confirmed in the G band of each complex. When the meta-porphyrin dimer forms a complex, the frequency of the G band increases, and when the ortho-porphyrin dimer forms a complex, the frequency of the G band decreases. From this result, the meta-porphyrin dimer derivative of the present invention selectively forms a complex with carbon nanotubes having a semiconducting conductivity structure, and the ortho-porphyrin dimer derivative of the present invention has a structure exhibiting metallic conductivity. It was suggested to form a complex selectively with carbon nanotubes.

実施例7で得られた分散溶液に酢酸を添加し一晩放置したところ、沈澱が生じた。これは、酢酸の添加によりカーボンナノチューブとポルフィリンダイマー誘導体とが分離したため、カーボンナノチューブが溶媒中に分散していることができなくなって沈澱したと考えられる。また、図3に示すように、酢酸を添加した後の可視紫外吸収スペクトルの吸収は、添加前に比べて全体的な吸収が減少していた。これらの結果より、本発明のポルフィリンダイマー誘導体とカーボンナノチューブとが複合体を形成した後、酢酸を添加することで容易にカーボンナノチューブのみを単離することができることが明らかとなった。   When acetic acid was added to the dispersion solution obtained in Example 7 and allowed to stand overnight, precipitation occurred. This is thought to be because carbon nanotubes could not be dispersed in the solvent and precipitated because the carbon nanotubes and porphyrin dimer derivative were separated by the addition of acetic acid. In addition, as shown in FIG. 3, the absorption of the visible ultraviolet absorption spectrum after the addition of acetic acid was reduced as a whole compared with that before the addition. From these results, it was revealed that only the carbon nanotubes can be easily isolated by adding acetic acid after the porphyrin dimer derivative of the present invention and the carbon nanotubes form a complex.

ルフィリンダイマー誘導体、及び本発明を適用するポルフィリンダイマーとカーボンナノチューブとの複合体の近赤外吸収スペクトルである。 Porphylene phosphorus dimer derivatives, and a near infrared absorption spectrum of the complex of the porphyrin dimer and the carbon nanotubes to apply the present invention.

本発明を適用するポルフィリンダイマーとカーボンナノチューブとの複合体、及び複合体を形成していないカーボンナノチューブのラマンスペクトルである。It is a Raman spectrum of the carbon nanotube which is not forming the composite_body | complex of the porphyrin dimer and carbon nanotube to which this invention is applied, and a composite_body | complex.

本発明を適用するポルフィリンダイマーとカーボンナノチューブとの複合体に対する、酢酸添加前後における可視紫外吸収スペクトルである。It is a visible ultraviolet absorption spectrum before and after acetic acid addition with respect to the composite_body | complex of the porphyrin dimer and carbon nanotube to which this invention is applied.

Claims (8)

下記化学式I
Figure 0004099526
(式I中、mは0〜17)
で示される、パラポルフィリンダイマー誘導体を除く、ポルフィリンダイマー誘導体。
The following chemical formula I
Figure 0004099526
(In Formula I, m is 0 to 17)
Porphyrin dimer derivatives excluding paraporphyrin dimer derivatives represented by
2-ブロモベンズアルデヒドおよび3-ブロモベンズアルデヒドから選ばれる少なくとも一方のブロモベンズアルデヒドと、4-アルキルベンズアルデヒド(アルキル基の炭素数は1〜18)と、ピロールとから下記式A
Figure 0004099526
(式A中、mは0〜17)
で示されるポルフィリン誘導体を合成し、続いて該ポルフィリン誘導体と9,9-ジヘキシルフルオレン-2,7-ジボロン酸とを反応させることを特徴とする前記化学式Iで示されるポルフィリンダイマー誘導体の製造方法。
From at least one bromobenzaldehyde selected from 2-bromobenzaldehyde and 3-bromobenzaldehyde , 4-alkylbenzaldehyde (the alkyl group has 1 to 18 carbon atoms), and pyrrole, the following formula A
Figure 0004099526
(In Formula A, m is 0 to 17)
A method for producing a porphyrin dimer derivative represented by the above chemical formula I, which comprises synthesizing the porphyrin derivative represented by formula (1) and subsequently reacting the porphyrin derivative with 9,9-dihexylfluorene-2,7-diboronic acid.
前記化学式Iで示される、パラポルフィリンダイマー誘導体を除く、ポルフィリンダイマー誘導体が、カーボンナノチューブに結合しているカーボンナノチューブ複合体。 A carbon nanotube composite in which a porphyrin dimer derivative, excluding the paraporphyrin dimer derivative , represented by the chemical formula I is bonded to a carbon nanotube. 下記化学式II
Figure 0004099526
(式II中、mは0〜17)
で示されるポルフィリンダイマー誘導体が結合しているカーボンナノチューブ複合体から分離されたことを特徴とする金属的導電性を示す構造のカーボンナノチューブ。
The following chemical formula II
Figure 0004099526
(In Formula II, m is 0 to 17)
A carbon nanotube having a metallic conductivity characterized by being separated from a carbon nanotube composite to which a porphyrin dimer derivative represented by is bound.
下記化学式III
Figure 0004099526
(式III中、mは0〜17)
で示されるポルフィリンダイマー誘導体が結合しているカーボンナノチューブ複合体から分離されたことを特徴とする半導体的導電性を示す構造のカーボンナノチューブ。
The following chemical formula III
Figure 0004099526
(In Formula III, m is 0 to 17)
A carbon nanotube having a structure showing semiconducting conductivity, which is separated from a carbon nanotube composite to which a porphyrin dimer derivative represented by
請求項3、4、5のいずれかに記載したカーボンナノチューブ複合体が有機溶媒に分散している分散液に、酢酸、希塩酸水溶液、希硫酸水溶液から選ばれる酸を添加して、カーボンナノチューブを沈殿させることを特徴とするカーボンナノチューブの分離精製方法。 An acid selected from acetic acid, dilute hydrochloric acid aqueous solution, and dilute sulfuric acid aqueous solution is added to a dispersion liquid in which the carbon nanotube composite according to any one of claims 3, 4, and 5 is dispersed in an organic solvent to precipitate carbon nanotubes. A method for separating and purifying carbon nanotubes, comprising: 請求項に記載したカーボンナノチューブ複合体を有機溶媒に分散させた分散液に、酢酸、希塩酸水溶液、希硫酸水溶液から選ばれる酸を添加して、カーボンナノチューブを沈殿させることを特徴とする金属的導電性を示す構造のカーボンナノチューブの分離精製方法。 A metallic material characterized in that an acid selected from acetic acid, dilute hydrochloric acid aqueous solution, and dilute sulfuric acid aqueous solution is added to a dispersion obtained by dispersing the carbon nanotube composite according to claim 4 in an organic solvent to precipitate carbon nanotubes. A method for separating and purifying carbon nanotubes having a conductive structure. 請求項に記載したカーボンナノチューブ複合体を有機溶媒に分散させた分散液に、酢酸、希塩酸水溶液、希硫酸水溶液から選ばれる酸を添加して、カーボンナノチューブを沈殿させることを特徴とする半導体的導電性を示す構造のカーボンナノチューブの分離精製方法。 6. A semiconducting material characterized in that an acid selected from acetic acid, dilute hydrochloric acid aqueous solution, and dilute sulfuric acid aqueous solution is added to a dispersion obtained by dispersing the carbon nanotube composite according to claim 5 in an organic solvent to precipitate carbon nanotubes. A method for separating and purifying carbon nanotubes having a conductive structure.
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