JP4192235B2 - Mesoporous inorganic material with sustained release function - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、官能基により修飾された新規なメソポーラス無機材料、その製造方法及び利用方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
化学物質を固体材料内に包含して内部から外部へ徐放する機能を用いる技術は、コントロール・リリース・システムと呼ばれ、近年注目されている技術である。かかる技術は、例えば、医薬、農薬、化粧品類、種々の触媒、肥料、香料等の分野で、種々の機能を発揮する化学物質を、与えられた環境に応じて、必要な時に必要な量供給する技術として産業的に利用できる。このような技術は、化学物質の効率的な利用のみならず、環境へのリスク(化学物質による汚染)の低減や医療における副作用の抑制(ドラッグ・デリバリー・システム)等の先端技術とも直結している。
【0003】
コントロール・リリース・システム技術として従来提案されているのは、高分子ゲルの中に化学物質を混合したり、化学物質と高分子材料の複合体を作るという手段が大部分を占めていた。このようなコントロール・リリース・システムでは連続的に化学物質が放出されるため、化学物質の徐放の速度を遅くすることはできても、必要な時に必要な量だけ化学物質を徐放するというオン−オフ制御を備えたものではなかった。
【0004】
オン−オフ制御を備えたコントロール・リリース・システムとしては、電極を用いたデバイスによるもの等が提案されている(特許文献1〜6参照)。しかしながら、これらシステムでは電場による信号で化学物質を徐放するため、電源・電極およびそれらを連結する系を構築する必要があり、このような系を構築できない場合、例えば生体内等での応用は困難である。従って、オン−オフ制御を備え、電源等と結びつかない独立したコントロール・リリース・システムを微少な系で作ることが求められている。
【0005】
シリカ(ゲル)は、環境や生体へのリスクのほとんどない無害な化合物であるため、広く実用化されている材料である。その一つの特徴は、材料内部に大きな細孔を持つことであり、これにより内部に種々の化学物質を吸着、内包することができる。シリカ(ゲル)を用いた内包化学物質の外部への徐放は、コントロール・リリース・システムに応用できると期待されるが、そのまま用いた場合には、やはり徐放のオン−オフ制御機能はない。近年、シリカゲルやカプセル状シリカに徐放のオン−オフ制御機能を付与した技術が提案されている(特許文献7〜9参照)が、シリカゲルの細孔は均一でないので、内包物の精密な徐放性の制御は充分ではなく、外部へのアクセス、すなわち外部への出口がより均一な材料を用いることが求められている。
【0006】
このような材料として、細孔の直径や配置構造が規則正しいMCM−41等のヘキサゴナル・メソポーラスシリカが挙げられる。最近、MCM−41内に包含された薬物の自然拡散による徐放の特性についての報告がなされた(非特許文献1参照)が、徐放のオン−オフ制御技術は有していない。
【0007】
【特許文献1】
特開平05-269373号公報
【0008】
【特許文献2】
特開平05-261278号公報
【0009】
【特許文献3】
特開平05-231560号公報
【0010】
【特許文献4】
特開平05-221469号公報
【0011】
【特許文献5】
特開平05-221468号公報
【0012】
【特許文献6】
特開平05-212277号公報
【0013】
【特許文献7】
特開2000-279817号公報
【0014】
【特許文献8】
特開2001-131249号公報
【0015】
【特許文献9】
特開2001-213992号公報
【0016】
【非特許文献1】
M.Vallet−Regiら、Chem.Mater.Vol.13,308頁、2001年
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、内包物質の放出制御など有用な機能を有する新規なメソポーラス無機材料及びその製造方法を提供することを主な目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、一次元細孔が規則的に配列した構造を有するメソポーラス無機材料の細孔口に可逆的に結合する官能基を導入し、官能基の可逆的な結合及び開裂による細孔の開閉によって、細孔内の内包物の放出が制御できることを見いだし、更に鋭意検討を重ねて本発明を完成するに至った。
【0019】
即ち、本発明は下記の各項に示す発明に係る。
【0020】
1.一次元細孔が規則的に配列した構造を有するメソポーラス無機材料であって、外部刺激による化学反応により結合する官能基を細孔口に有するメソポーラス無機材料。
【0021】
2.無機材料がシリカ、チタニア、ジルコニア、アルミナ、シリカ−アルミナ、シリカ−チタニア、リン酸スズ、リン酸ニオブ、リン酸アルミニウム、リン酸チタン、並びにそれらの酸化物、窒化物、硫化物、セレン化物、テルル化物、複合酸化物及び複合塩からなる群から選ばれるいずれか1種である項1に記載のメソポーラス無機材料。
【0022】
3.外部刺激が、光、熱、放射線、酸、アルカリ、架橋剤、磁気及びイオンからなる群より選ばれる少なくとも1種である項1記載のメソポーラス無機材料。
【0023】
4.化学反応が、二量化反応、多量化反応、重合反応、縮合反応、付加反応及び錯形成反応からなる群から選ばれる少なくとも1種である項1に記載のメソポーラス無機材料。
【0024】
5.官能基が、不飽和基、カルボキシル基、水酸基、アミノ基、アミド基、エーテル基、エステル基、カルバメート基及びシラノール基からなる群から選ばれる少なくとも1種である項1に記載のメソポーラス無機材料。
【0025】
6.官能基がクマリン誘導体由来の官能基である項1に記載のメソポーラス無機材料。
【0026】
7.細孔内に機能性物質が充填されている項1に記載のメソポーラス無機材料。
【0027】
8.機能性物質が、ステロイド化合物、ビタミン化合物、ホルモン化合物、薬理活性化合物、農薬化合物、生理活性化合物、アミノ酸、糖類、脂肪酸及び核酸化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種である項7に記載のメソポーラス無機材料。
【0028】
9.メソポーラス無機材料の製造方法であって、
(1)水溶液中で界面活性剤を鋳型として、一次元細孔が規則的に配列した構造を有するメソポーラス無機材料を調製する工程、
(2)工程(1)において得られたメソポーラス無機材料に含まれる界面活性剤を除去する前に、外部刺激による化学反応により結合する官能基をメソポーラス無機材料の細孔口に導入する工程、及び
(3)界面活性剤を除去する工程、
を含む製造方法。
【0029】
10.工程(1)と工程(2)の間に、酸処理を行うことを特徴とする項9に記載の方法。
【0030】
11.機能性物質が細孔内に充填されたメソポーラス無機材料の製造方法であって、
(1)水溶液中で界面活性剤を鋳型として、一次元細孔が規則的に配列した構造を有するメソポーラス無機材料を調製する工程、
(2)工程(1)において得られたメソポーラス無機材料に含まれる界面活性剤を除去する前に、外部刺激による化学反応により結合する官能基をメソポーラス無機材料の細孔口に導入する工程、
(3)界面活性剤を除去する工程、
(4)機能性物質をメソポーラス無機材料の細孔内に充填する工程、及び
(5)(2)で導入した官能基を外部刺激による化学反応により結合させる工程を含む製造方法。
【0031】
12.工程(1)と工程(2)の間に、酸処理を行うことを特徴とする項11に記載の方法。
【0032】
13.化学物質の取り込み及び/又は除去方法であって、項1に記載のメソポーラス無機材料の細孔内に化学物質を取り込んだ後、外部刺激により官能基を結合させる工程を有する方法。
【0033】
14.機能性物質の放出を制御する方法であって、(1)請求項7に記載のメソポーラス無機材料に外部刺激を与えて官能基の結合を開裂して機能性物質を放出させる工程、及び(2)外部刺激により官能基を結合して(1)における機能性物質の放出を停止させる工程を有する機能性物質の放出を制御する方法。
【0034】
15.ヘキサゴナル構造のメソポーラスシリカであって、光による二量化反応により結合する有機官能基を細孔口に有するメソポーラスシリカ。
【0035】
16.有機官能基が不飽和基である項15に記載のメソポーラスシリカ。
【0036】
17.有機官能基がクマリン誘導体由来である項15に記載のメソポーラスシリカ。
【0037】
18.ヘキサゴナル構造のメソポーラスシリカであって、細孔内に機能性物質が充填され、二量化した有機官能基により細孔口が塞がれたメソポーラスシリカ。
【0038】
19.有機官能基が不飽和基である項18に記載のメソポーラスシリカ。
【0039】
20.有機官能基がクマリン誘導体由来である項18に記載のメソポーラスシリカ。
【0040】
21.光による二量化反応により結合する有機官能基を細孔口に有するメソポーラスシリカの製造方法であって、
(1)水溶液中でヘキサゴナル構造を形成し得る界面活性剤を鋳型として、ヘキサゴナル構造のメソポーラスシリカを調製する工程、
(2)工程(1)において得られたメソポーラスシリカに含まれる界面活性剤を除去する前に、光による二量化反応により結合する有機官能基をヘキサゴナル構造のメソポーラスシリカに導入する工程、及び
(3)界面活性剤を溶剤を用いて除去する工程
を含む製造方法。
【0041】
22.工程(1)と工程(2)の間に、酸処理を行う項21に記載の方法。
【0042】
23.機能性物質が細孔内に充填されたヘキサゴナル構造のメソポーラスシリカの製造方法であって、
(1)水溶液中でヘキサゴナル構造を形成し得る界面活性剤を鋳型として、ヘキサゴナル構造のメソポーラスシリカを調製する工程、
(2)工程(1)において得られたメソポーラスシリカに含まれる界面活性剤を除去する前に、光により二量化し得る有機官能基をヘキサゴナル構造のメソポーラスシリカに導入する工程、
(3)界面活性剤を溶剤を用いて除去する工程、
(4)機能性物質をメソポーラスシリカの細孔内に充填する工程、及び
(5)有機官能基を光により二量化する工程
を含む製造方法。
【0043】
24.工程(1)と工程(2)の間に、酸処理を行う項23に記載の方法。
【0044】
25.化学物質の取り込み及び/又は除去方法であって、項15に記載のメソポーラスシリカの細孔内に化学物質を取り込んだ後、有機官能基を光により二量化する工程を有する方法。
【0045】
26.機能性物質の放出を制御する方法であって、項18に記載のメソポーラスシリカの二量化した有機官能基を開裂させることにより機能性物質を放出させる方法。
【0046】
27.機能性物質の放出を制御する方法であって、項18に記載のメソポーラスシリカに二量化した有機官能基が開裂する波長の光を照射することにより機能性物質を放出させる方法。
【0047】
28.機能性物質の放出を制御する方法であって、項18に記載のメソポーラスシリカに、二量化した有機官能基の結合が開裂する波長の光を照射することにより機能性物質を放出させ、有機官能基が二量化する波長の光を照射することにより機能性物質の放出を停止させることにより機能性物質の放出を制御する方法。
【0048】
【発明の実施の形態】
本発明のメソポーラス無機材料は、一次元細孔が規則的に配列した構造を有するメソポーラス無機材料であって、化学反応により可逆的に結合する官能基を細孔口に有するメソポーラス無機材料である。さらに、本発明には、前記メソポーラス無機材料の細孔内に機能性物質が充填されたメソポーラス無機材料も含まれる。
【0049】
一次元細孔が規則的に配列した構造
一次元細孔が規則的に配列した構造とは、均一な孔径を有し、一次元細孔が規則的に配列された構造であれば特に限定されることはない。規則的に配列されたとは、細孔が一軸配向性を有して整列していることを意味する。均一な孔径とは、各細孔の孔径が一定の範囲内であることをいう。孔径の大きさは、細孔に封入又は充填する化合物の大きさ等により適宜設定し得るが、通常1〜30nm、好ましくは1.5〜15nmである。クマリン誘導体由来の官能基を用いる場合には、1.5〜5nm、更には2〜4nmの範囲が好ましい。細孔の大きさは、界面活性剤を変えることにより作り分けることができる。
【0050】
一次元細孔が規則的に配列した構造としては、具体的には、ヘキサゴナル構造、オルトロムビック構造、モノクリニック構造が挙げられる。
【0051】
このようなメソポーラス無機材料は、規則的な細孔構造を形成し得る界面活性剤を鋳型として調製することができる。
【0052】
無機材料
本発明の材料となる無機材料としては、適宜所望のものを用いることができる。例えば、シリカ、チタニア、ジルコニア、アルミナ、シリカ−アルミナ、シリカ−チタニア、リン酸スズ、リン酸ニオブ、リン酸アルミニウム、リン酸チタン、ならびにそれらの酸化物、窒化物、硫化物、セレン化物、テルル化物又は複合酸化物、複合塩などを用いることができる。
【0053】
このうち、特にシリカ等の含ケイ素酸化物が耐熱性、耐薬品性、及び機械的特性に優れる点で好ましい。
【0054】
官能基
本発明のメソポーラス無機材料が細孔口に有する官能基としては、外部刺激による化学反応により結合を形成するものであれば、特に限定されることはない。外部刺激による化学反応による結合とは、可逆的又は非可逆的な結合であって、外部刺激の条件に応じて、結合の形成及び結合の開裂を行い得る結合をいう。具体的には、光の照射により二量体・単量体と変化するものや、酸化還元反応により結合の形成や開裂が行われるものなどをいう。
【0055】
可逆的な結合を形成するものは細孔内部に機能性物質を一時的に貯蔵する材料として使用する場合に好ましい。非可逆的な結合を形成するものは細孔内部に機能性物質を半永久的に貯蔵する材料として使用する場合に好ましい。
【0056】
外部刺激の種類は、特に限定されないが、例えば、光、熱、放射線、酸、アルカリ、架橋剤、磁気及びイオンが挙げられる。このような外部刺激は、光照射、加熱、冷却、放射線照射、pH値の変化、酸及び/又はアルカリの添加、共存イオンの変化、共存化学物質の変化、外部磁場の変化等によって与えられる。
【0057】
化学反応の種類も特に限定されず、例えば、二量化反応、多量化反応、重合反応、縮合反応、付加反応、錯形成反応などが挙げられる。具体的には、光による二量化反応等が挙げられる。
【0058】
結合の種類も特に限定されず、例えば、水素結合、イオン結合、共有結合、配位結合、ファンデルワールス結合等が挙げられる。
【0059】
外部刺激により結合する官能基としては、例えば、不飽和基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アミノ基、アミド基、エーテル基、エステル基、カルバメート基及びシラノール基などが挙げられる。不飽和基としては、ビニル基、α、β不飽和ケトン基などが挙げられる。エーテル基としては−O−R(Rは炭素数1〜6のアルキル基)などが挙げられる。エステル基としては、−COOR(Rは炭素数1〜6のアルキル基)等が挙げられる。具体的には、クマリン誘導体由来のα、β−不飽和ケトン基などが例示できる。
【0060】
これらの官能基によって形成される結合としては、例えば、炭素−炭素結合、エステル結合、エーテル結合、アミド結合、アセタール結合、カルバメート結合などが挙げられる。
【0061】
本発明において、このような官能基は、上記一次元細孔が規則的に配列した構造を有するメソポーラス無機材料の細孔口に導入される。細孔口とは、より詳しくは細孔の出口又は入口の近傍であって、概ね外部表面から1〜5ナノメートル程度の範囲である。
【0062】
官能基の導入方法としては、例えば、メソポーラス無機材料を合成した後に導入するものと、合成する時に同時に導入するもの等が挙げられる。このうち、合成した後に導入するものが細孔出口に優先的に官能基を導入する点で好ましい。
【0063】
このような官能基は、外部刺激の条件の変化により細孔を開閉する「ドア」のような機能を有することとなる。このドアは、例えばある波長の紫外線により閉まり、また別の波長の紫外線によって開くことができる。この「ドア」を有するメソポーラス無機材料の内部に化学物質を予め入れておいて細孔の出口の「ドア」を閉めておけば、その化学物質は材料外部へ放出されることはなく、貯蔵する事ができる。そして、この化学物質が必要となった時、結合を開裂することによって、化学物質を材料の外へと放出することができる。
【0064】
以下、細孔口に官能基を有する本発明のメソポーラス無機材料の具体的な作成方法について、一例としてメソポーラスシリカの場合を挙げて説明する。
【0065】
(i) 鋳型界面活性剤入り一次元細孔構造のメソポーラスシリカの調製
まず、界面活性剤を鋳型として調製した一次元細孔構造のメソポーラスシリカの鋳型除去前の粗生成物を得る。かかる粗生成物は、例えば、水溶液中でヘキサゴナル構造を形成する界面活性剤とシリカ源を原料として用いた従来公知の方法により得ることができる。
【0066】
界面活性剤としては、水溶液中で一次元細孔が規則的に配列した構造を形成するものであれば特に限定されるものではなく、一般にメソポーラスシリカを製造する際に用いられている界面活性剤を用いることができる。具体的には、臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、塩化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、臭化オクタデシルトリメチルアンモニウム、臭化デシルトリメチルアンモニウム、臭化ドデシルトリメチルアンモニウム、臭化ヘキサデシルジメチルエチルアンモニウム等の脂肪族第四級アンモニウム塩、ヘキサデシルアミン等の脂肪族アミン塩、ドデシル硫酸ナトリウム等のアルキル硫酸塩等を挙げることができる。
【0067】
シリカ源としては、一次元細孔が規則的に配列した構造のメソポーラスシリカを得ることができる限り特に限定されない。例えば、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸カルシウム、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラ−n−プロピルシランなどを用いることができる。
【0068】
これら界面活性剤とシリカ源はいずれも水溶液として用いられるが、その水溶液は別々に調製する。
【0069】
水溶液中の界面活性剤の濃度は、一次元細孔が規則的に配列した構造を形成するような濃度であればよく、界面活性剤の種類に応じて適宜設定することができるが、通常、0.2〜2M程度である。
【0070】
界面活性剤の水溶液には、必要に応じてアルカリ剤(例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化テトラメチルアンモニウム)を添加してもよい。アルカリ剤を添加する場合の使用量は、界面活性剤に対して、1〜1.5当量程度が好ましい。
【0071】
水溶液中のシリカ源の濃度は、特に限定されるものではないが、通常、0.5〜4M程度である。
【0072】
これら水溶液は、例えば室温〜40℃程度で0.5〜5時間程度撹拌しながら混合する。
【0073】
この場合、界面活性剤の水溶液とシリカ源の水溶液との混合割合は、界面活性剤により形成された一次元細孔が規則的に配列した構造の鋳型にシリカ源が充分に充填されるような量である限り特に限定されるものではない。通常、ヘキサゴナル構造の場合には、界面活性剤の水溶液(vol):シリカ源の水溶液(vol)=1:4〜1:1程度となるような量である。また、キュービック構造の場合は界面活性剤の水溶液(vol):シリカ源の水溶液(vol)=1:1〜1.5:1程度、ラメラー構造の場合は界面活性剤の水溶液(vol):シリカ源の水溶液(vol)=1.5以上:1程度である。
【0074】
その後、混合液のpHを9〜12程度、好ましくは10〜11程度とするために、硫酸、硝酸、塩酸、次亜塩素酸などの無機酸を加えて、室温〜80℃程度で、0.5〜6時間程度撹拌する。加える無機酸の濃度や量は、pHが上記した範囲内の所望の値程度となれば特に限定されるものではないが、濃度が0.5〜4M程度、好ましくは1〜3M程度、添加量が、界面活性剤とシリカ源の混合液100mLに対して20〜100mL程度、好ましくは50〜70mL程度である。
【0075】
沈殿が生成した後、沈殿物を濾別し、水で洗浄した後、80〜130℃程度、好ましくは90〜110℃程度にて、10〜40時間程度、好ましくは12〜26時間程度乾燥することにより、鋳型界面活性剤入りの一次元細孔構造のメソポーラスシリカを得ることができる。
【0076】
上記のようにして沈殿物が生成した後、そのまま沈殿物を濾別して乾燥してもよいが、濾別する前に、酸処理を施してもよい。
【0077】
酸処理としては、例えば、以下に挙げるような方法が挙げられる。
【0078】
まず、沈殿を含む混合液を、80〜120℃程度で20〜30時間静置する。次いで、中性の塩(例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化リチウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウムなど)をシリカ源に含まれるケイ素原子を100%とした場合、60〜90mol%程度、好ましくは70〜80mol%程度となるようにして添加する。この際、塩は小量の水に溶解させておく。
【0079】
その後、液のpHを9〜12程度、好ましくは10〜11程度となるように、無機酸(例えば、硫酸、硝酸、塩酸、次亜塩素酸などの無機酸)を加える。無機酸の濃度は、pHが上記した範囲内の所望の値となる限り特に限定されるものではないが、0.5〜4M程度、好ましくは1〜3M程度である。
【0080】
無機酸を加えた後、沈殿を含む溶液を80〜120℃程度で20〜30時間静置する。
【0081】
このような酸処理を行った後、再び、混合液のpHが9〜12程度、好ましくは10〜11程度の値となるように無機酸を加え、沈殿を含む溶液を80〜120℃程度で20〜30時間静置する操作を繰り返してもよい。酸を加える場合、2回目目以降は、塩を加えなくてもよい。
【0082】
酸処理は、何回繰り返して行ってもよいが、通常、1〜5回程度、好ましくは2〜3回程度繰り返すのが好ましい。所定の回数の酸処理を終えた後、沈殿物を濾別して上記と同様にして乾燥すればよい。
【0083】
このような酸処理を行うことにより、得られるメソポーラスシリカの熱安定性が向上する。
【0084】
このようにして、一次元細孔が規則的に配列した構造のメソポーラスシリカを得ることができる。なお、この時点で、界面活性剤はメソポーラスシリカの細孔に入った状態である。界面活性剤を内包したまま二量化性有機官能基を導入することにより、有機官能基がメソポーラスシリカの細孔の内部には入り込まず、優れた徐放性を有するメソポーラスシリカを得ることができる。
【0085】
(ii) 有機官能基の導入
有機官能基の導入について、光照射により二量化する官能基を導入する場合を例として説明する。
【0086】
光により二量化する有機官能基(以下、「二量化性官能基」という場合がある)をメソポーラスシリカに導入するために、二量化し得る有機官能基を有する化合物(以下、「二量化性化合物」という場合がある)を用いる。このような化合物としては、紫外線等の光照射により可逆的に二量化するもの、或いは紫外線などの光照射により非可逆的に二量化するもののいずれであってもよい。物質の徐放制御を行う場合には、光照射により可逆的に二量化するものが好ましい。
【0087】
このような化合物としては、例えば、α,β−不飽和ケトンが挙げられる。具体的に、光照射により可逆的に二量化する有機基を有する化合物としては、7−ヒドロキシクマリン、3,4−ジヒドロキシクマリン、4−ヒドロキシクマリン、7−アミノ−4−メチルクマリン等の水酸基、アミノ基、カルボキシル基、エステル基[例えば、-CO-OR1(R1は、例えば、炭素数1〜6程度のアルキル基である。)]等の置換基を少なくとも1個、好ましくは1〜2個有するクマリン誘導体を提示することができる。
【0088】
また、非可逆的に光二量化する有機基を有する化合物としては、例えば、4−ヒドロキシカルコン、4’−ヒドロキシカルコン、4,4’−ヒドロキシカルコン等の水酸基、アミノ基、カルボキシル基、エステル基[例えば、-CO-OR1(R1は、例えば、炭素数1〜6程度のアルキル基である。)]等の置換基を少なくとも1個、好ましくは1〜2個有するカルコン類を挙げることができる。
【0089】
二量化性化合物をメソポーラスシリカに導入するために、例えば、二量化性化合物にオレフィン基を導入した後、ヒドロシラン類を反応させて二量化性基含有シラン化合物を合成する。
【0090】
二量化性化合物へのオレフィン基の導入は、例えば、オレフィン基を有する有機ハロゲン化物を二量化性化合物の水酸基などの官能基に常法に従って、例えば溶媒中、塩基の存在下で、反応させることにより行うことができる。オレフィン基を有する有機ハロゲン化物としては特に限定されないが、塩化アリル、臭化アリル、ヨウ化アリル、3−臭化シクロヘキセン、6−臭化−1−ヘキセン等の炭素数3〜8程度のオレフィン基含有有機ハロゲン化物を挙げることができる。オレフィン基を有する有機ハロゲン化物の種類(炭素数)は、二量化し得る有機基を有する化合物の種類に応じて、二量化した後、メソポーラス無機材料の細孔の入り口を塞ぐことができるようなものを、適宜選択することができる。
【0091】
溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等が挙げられる。特に、アセトンが好ましい。塩基としては、例えば、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カリウム、炭酸セシウム、ナトリウムメトキシド、カリウム−t−ブトキシド等が挙げられる。塩基の使用量は、例えば、7−ヒドロキシクマリンなどの二量化性化合物に対し、1〜3当量であればよい。反応温度は、例えば、40〜100℃程度であればよく、好ましくは、60〜80℃である。反応時間は、例えば、3〜24時間程度である。
【0092】
こうして得られたオレフィン含有二量化性化合物に、アルコキシシランを、常法に従って反応させ二量化性基含有シラン化合物を得る。ここで用いるアルコキシシランとしては、一次元細孔構造のメソポーラスシリカのシラノール基と反応して、二量化性官能基を該メソポーラスシリカに導入できるものなら特に限定されないが、例えば、少なくとも1個のアルコキシ基を有する化合物、好ましくはHSiR3(式中、Rは、同一又は異なっても良く、炭素数1〜4程度のアルキル基又は炭素数1〜3程度のアルコキシ基を示し、Rの少なくとも1つが炭素数1〜3程度のアルコキシ基である。)で表されるアルコキシシランが挙げられる。具体的には、トリエトキシシラン、トリメトキシシラン、ジエトキシメチルシラン、エトキシジメチルシラン等を挙げることができる。
【0093】
当該反応は、溶媒の存在下、触媒の存在下に反応させることにより行うことができる。溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ベンゼン、ヘキサン、ジクロロメタン、クロロホルム等が挙げられる。特に、トルエン、キシレンが好ましい。オレフィン含有二量化性化合物の使用量としては、アルコキシシランに対して、例えば、1〜1.5当量程度が好ましく、特に、1〜1.2当量程度が好ましい。触媒としては、例えば、白金−1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体、白金−2,4,6,8−テトラメチル−2,4,6,8−テトラビニル−シクロテトラシロキサン錯体、塩化白金酸、活性炭担持白金、アルミナ担持白金等の白金触媒、ウィルキンソン錯体(RhCl(PPh3)3)、活性炭担持ロジウム、アルミナ担持ロジウム等のロジウム触媒、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム、活性炭担持パラジウム等のパラジウム触媒等が挙げられる。当該触媒の使用量は、アルコキシシランに対して、例えば、0.005〜0.5mol%程度であればよく、好ましくは0.02〜0.1mol%程度である。反応温度は、例えば、0〜80℃程度であればよく、好ましくは、室温(25℃付近)〜30℃程度である。反応時間は、例えば、10分〜4時間程度である。
【0094】
こうして得られた二量化性基含有シラン化合物を一次元細孔構造のメソポーラスシリカに導入する際には、鋳型である界面活性剤を焼成や抽出等で除いた一次元細孔構造のメソポーラスシリカは用いずに、鋳型界面活性剤で細孔が充填された状態のままのメソポーラスシリカを用いるのが好ましい。細孔には鋳型の界面活性剤が充填されているため、二量化性基含有シラン化合物は、細孔の内部には入り込まず、細孔の入り口のシラノール基とのみ反応し、導入されるからである。
【0095】
一次元細孔構造のメソポーラスシリカを溶媒(例えば、n-ヘキサン、トルエンなど)中に懸濁させ、次いで二量化性基含有シラン化合物を加えて、室温〜80℃程度で10分〜6時間程度反応させることにより、二量化性官能基をメソポーラスシリカの細孔の入り口に導入することができる。
【0096】
二量化性基含有シラン化合物の使用量は、導入後二量化することにより一次元細孔構造のメソポーラスシリカの細孔に内包(充填)させる機能性物質を閉じこめるようなことができるような量であれば特に限定されるものではないが、通常、鋳型界面活性剤が充填されたメソポーラスシリカ100重量部に対して、2〜20重量部程度である。
【0097】
上記の方法以外にも、一次元細孔構造のメソポーラス無機材料の細孔口に、二量化性官能基に代えて、種々の架橋性官能基、例えばエステル基やアミノ基等を公知の反応方法により導入し、容易に開裂できるような結合、例えば、エステル結合、アミド結合、アセタール結合などを形成させておけば、適当な方法により開裂させて、化学物質の取り込み乃至除去や機能性物質の放出制御などを行うことができる。
【0098】
(iii) 界面活性剤の除去
次いで、二量化性官能基をメソポーラスシリカに導入後、細孔内に残留する界面活性剤を、溶媒抽出、或いは、焼成などにより除去する。
【0099】
クマリン基等の熱に弱い有機官能基を用いる場合には、焼成処理により残留する界面活性剤を除去すると、導入した二量化性官能基が消失してしまうので、溶媒で界面活性剤を除去することが好ましい。
【0100】
溶媒抽出の方法は、特に限定されないが、用いた界面活性剤を良好に溶解し得るアルコール(例えば、メタノール、エタノールなどの脂肪族アルコール類)で除去するのが好ましい。アルコールを用いる場合は、塩酸との混合液として、それを用いて除去するのが好ましい。塩酸を用いる場合、混合液中の塩酸の濃度は、特に限定されないが、0.5〜5M程度が好ましい。
【0101】
焼成の場合、温度は特に限定されないが、500〜600℃程度が好ましい。
【0102】
本発明には、このようにして得られた一次元細孔構造のメソポーラスシリカであって、二量化し得る有機官能基を細孔の入り口に有するメソポーラスシリカ自体も含まれる。このようなメソポーラスシリカにおいて、「二量化し得る有機官能基」は、未だ二量化しておらず、細孔の入り口は開いた状態である。また、有機官能基は細孔の入り口に導入されており、細孔の内部にはかかる有機官能基は実質的に導入されていない。二量化し得る有機官能基は、当該官能基が二量化すると細孔の入り口を塞ぐことができるような位置に導入されている。
【0103】
iv )機能性物質の充填及び二量化性官能基の二量化
このように合成した二量化性官能基導入メソポーラスシリカは、該官能基を二量化させることにより細孔の入り口に蓋をして塞ぐことが可能となる。
【0104】
二量化は、官能基の種類に応じた波長の紫外線照射等の光照射により行うことができる。照射時間は、二量化する官能基の量等に応じて適宜設定することができ、例えば二量化性基の吸収ピークを確認しながら設定することができる。
【0105】
二量化性化合物としてクマリン誘導体などの光による二量化を可逆的に行うことができる基を導入した場合は、二量化は、波長310nm以上の紫外線(二量化性化合物としてクマリン誘導体を用いた場合は、通常、310nm〜340nm程度の範囲の光)を照射することにより行うことができる。この際用いるランプは、波長310nm以上の紫外線を照射できるものなら特に限定されないが、高圧水銀ランプが好ましい。高圧水銀ランプを用いる場合、耐熱性の硬質ガラスジャケットを通して行うと、波長310nm以下のものを除くことができる。一方、二量化した官能基は、二量化性化合物としてクマリン誘導体を用いた場合、250nm付近(例えば、240〜260nm付近)の紫外線を照射することで開裂させ、単量化することもできる。かかる波長の紫外線照射は、低圧水銀ランプで石英ガラスの容器を用いて行うことができる。このような可逆的な変化は、紫外線スペクトルで光二量化性基の吸収(クマリン誘導体の場合は、310〜330nmの吸収)の有無を調べることで確認できる。
【0106】
このようにして、二量化を可逆的に行うことができるクマリン誘導体等の二量化及び単量化反応を利用することにより、メソポーラスシリカの細孔に内包させた機能性物質の、細孔外への徐放のオン−オフ制御が可能になる。即ち、二量化した有機官能基の結合が開裂する波長の光を照射することにより機能性物質を細孔外に放出させ、有機官能基が二量化する波長の光を照射することにより機能性物質の放出を停止させることができ、これにより機能性物質を、所望の場所で所望の量を、放出させることが可能になる。また、このようなオン−オフ制御は外部刺激の条件を変化させて繰り返し行うことができる。
【0107】
クマリン誘導体由来の官能基を導入したメソポーラス無機材料において、官能基の結合及び開裂により細孔の開閉を行い、細孔内化合物の放出・貯蔵を行う様子を図1に示す。
【0108】
光により二量化した基を開裂できない場合は、メソポーラスシリカへの結合の態様に応じて開裂させればよく、例えば、エステル結合、アミド結合などの場合は、酸などを用いた加水分解反応によりこれら結合を開裂させ、機能性物質を細孔外に放出させることが可能である。このように、不可逆的な結合の場合であっても、所望の場所又は時間で細孔内に閉じこめた機能性物質を放出させるオン−オフ制御を行うことができる。
【0109】
メソポーラスシリカの細孔内に充填させる物質としては、細孔内に入ることができる機能性物質なら特に限定されるものではなく、用途に応じた物質を適宜選択することができる。例えば、コレスタン、コレステロール、プロゲステロン、テストステロン、エストラジオール等のステロイド化合物や、ビタミンA、ビタミンD等のビタミン化合物、アドレナリン、ノルアドレナリン等のホルモン化合物、ペニシリン、イブプロフェン等の薬理活性化合物、リン酸エステル類等の農薬化合物、アルカロイドやプロスタグランジン等の生理活性化合物、オリゴペプチドを含むアミノ酸、単糖類、多糖類を含む糖類、脂肪を含む脂肪酸及びオリゴヌクレオチドを含む核酸等を用いることができる。
【0110】
機能性物質を細孔内に充填する方法としては、機能性物質の種類等に応じて適宜選択することができるが、例えば、官能基が二量化していない状態(オフの状態)の本発明メソポーラスシリカを、機能性物質を含む液体に浸漬し、細孔に機能性物質が導入させ、その後官能基の二量化を行って細孔の入り口を塞ぐことができる。
【0111】
充填させる方法として、二量化性基官能基としてクマリン誘導体を用い、ステロイドの一種であるコレスタンを機能性物質として用いた場合の具体例を以下に示す。
【0112】
コレスタンのn−ヘキサン溶液(コレスタンの濃度や溶液の量は特に限定されない)にクマリン誘導体有機基修飾メソポーラスシリカを浸漬する(24時間程度)。その後、メソポーラスシリカをろ別し、n−ヘキサンでよく洗浄する。コレスタンを含んだメソポーラスシリカに、耐熱性の硬質ガラスジャケットを通し310nm以下の波長の光を除くようにして高圧水銀ランプで紫外線照射する。照射時間は、メソポーラスシリカの量に応じて適宜設定することができ、紫外線スペクトルで光二量化性基の吸収を測定して、光二量化性基の減少がなくなるまで照射すればよい。
【0113】
また、低圧水銀ランプで石英ガラスの容器を用いることで250nm付近の紫外線を照射することにより、二量化した官能基を開裂させて、機能性物質を放出(徐放)させることができる。この際の照射時間は、その際徐放させたい機能性物質(コレスタン)の量に応じて適宜設定することができ、紫外線スペクトルで光二量化性基の吸収を測定して、光二量化性基の吸収の増加がなくなった時点で照射を停止すればよい。
【0114】
【実施例】
以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【0115】
実施例1
(1) (鋳型界面活性剤入り)ヘキサゴナル状メソポーラスシリカ(MCM−41)の合成
ケイ酸ナトリウム22.86g(ケイ素:0.20mol;ナトリウム:0.184mol)を100gの水に完全に溶解させる。これとは別に、48.86gの水酸化テトラメチルアンモニウム(0.134mol)と38.72gの臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム(0.102mol)を100gの水に加え、35℃に加熱し完全に溶解させる。この二つの均一な水溶液を混合し、室温にて2時間十分に撹拌する。
【0116】
次いで、51gの水に13.28gの硫酸(0.13mol)を溶解させた溶液を、上記溶液にゆっくり加え、室温にて2時間撹拌して沈殿を生成させた。この混合液の溶液部分のpH値は、約10.5になった。当該混合液をポリプロピレン瓶に移し、100℃で24時間静置した。室温に冷やした後、pH値が約10.5になるまで濃硫酸を加え、次いで、塩化カリウム11.83g(0.15mol)を加え、再び100℃で24時間静置した。その後、pH値を約10.5に調節するための濃硫酸の添加を2度行った。生成した沈殿をろ別し、蒸留水で十分に洗浄し、105℃で24時間乾燥した。こうして、構造が安定した鋳型界面活性剤入りヘキサゴナル状メソポーラスシリカを合成した。
【0117】
(2) 7−アリロキシクマリンの合成
市販の7−ヒドロキシクマリン3.24g(20mmol)のアセトン溶液(100mL)に、無水炭酸カリウム4.15g(30mmol)を加え(不溶)、次いで臭化アリル6.05g(50mmol)を加えた。この混合溶液を70℃で12時間反応させ、不溶物をろ別の後、反応液を減圧蒸留し、残査4.02g(粗収率:99%)を得た。この固体をエタノールで再結晶することにより、標題化合物3.85g(収率:95%)を得た。得られた化合物の分析データを示す。
1H NMR(CDCl3、400MHz):4.60(d、2H)、5.49(dd、1H)、6.0〜6.08(m、1H)、6.24(d、1H)、6.85(d、1H)、6.86(dd、1H)、7.38(d、1H)、7.64(d、1H).
赤外線スペクトル(KBr法)(主要な吸収):3082、1726、1615、1285、1228、1128、1127、998、843cm-1
【0118】
(3) 3−(7−クマリロキシ)プロピルトリエトキシシランの調製
7−アリロキシクマリン2.02g(10mmol)とトリエトキシシラン1.80g(11mmol)を50mLのトルエンに溶解させ、乾燥窒素を約10分吹き込んだ。その後、当該溶液に、触媒溶液(白金−1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体の溶液をトルエンで希釈して2mMとした溶液)0.5mLを加え、室温で20時間反応させた。溶媒(トルエン)を減圧留去の後、得られた油状生成物を減圧乾燥し、粗目的物(3.45g;粗収率95%)を得た。この粗生成物をそのまま次の合成(下記の、実施例1の(4))に用いた。得られた化合物の分析データを示す。
1H NMR(CDCl3、400MHz):0.75(dd、2H)、1.23(t、9H)、1.80〜1.95(m、2H)、3.78(q、6H)、4.00(t、2H)、6.23(d、1H)、6.80〜6.90(m、2H)、7.35(d、1H)、7.63(d、1H).
13C NMR(CDCl3、99MHz):9.97、18.39、22.61、58.12、70.58、101.22、112.23、112.73、112.79、128.56、143.29、155.71、161.05、162.16.
赤外線スペクトル(KBr法)(主要な吸収):2970、1736、1616、1124、1078cm-1
【0119】
(4) クマリン誘導体由来の有機基導入メソポーラスシリカの合成
上記(1)で調製したメソポーラスシリカ2gを20mLのn−ヘキサンに懸濁させ、次いで、上記(3)で調製した3−(7−クマリロキシ)プロピルトリエトキシシラン0.2gを加え、室温で30分間撹拌してグラフト処理を行い、クマリン基由来官能基を導入した。溶媒を80℃で2時間減圧留去した後、150℃で12時間真空乾燥した。得られたクマリン誘導体由来の有機基含有メソポーラスシリカに残存する鋳型(界面活性剤)の除去は、1Mの塩酸を含むエタノール100mLを用いて、80℃、4時間還流することにより行った。その後、上澄み液を除き、固体を再び同様のエタノール溶液で還流処理した。計3回の還流処理の後、固体はろ別し、エタノールで充分洗浄し、80℃で12時間乾燥した。鋳型の界面活性剤が完全に除かれたことを、ガスクロマトグラフィー、熱重量測定および元素分析で確認した。上記操作により得られたメソポーラスシリカをSample2Aとする。
【0120】
(5) クマリン誘導体由来の有機基導入メソポーラスシリカを用いたコレスタンの徐放のオン−オフ制御
1gのコレスタンが溶解した20mLのn−ヘキサン溶液に、1gのクマリン誘導体由来の有機基が導入されたメソポーラスシリカを室温で24時間懸濁させた。メソポーラスシリカをろ別し、n−ヘキサンで5回洗浄し、60℃で12時間乾燥した。メソポーラスシリカに残留したコレスタンの量は、洗浄に用いたn−ヘキサン中のコレスタンの量から算出した。その結果、重量比で33.0%のコレスタンがメソポーラスシリカに内包されていることがわかった。
【0121】
当該コレスタン内包メソポーラスシリカの固体そのものに、耐熱性の硬質ガラスジャケットを通して、波長310nm以下のものを除いた紫外線を、高圧水銀ランプを用いて3時間照射した。該メソポーラスシリカを再びn−ヘキサン20mLに懸濁させて、室温で24時間十分に撹拌した。その後、固体をろ別して十分な量のn−ヘキサンで洗浄した。全てのろ液を集めてガスクロマトグラフィーで溶出コレスタン量を定量したが、検出されたコレスタンは5%であり、28%が依然残存していた。
【0122】
当該メソポーラスシリカの固体そのものに、低圧水銀ランプで石英ガラス容器を用いて波長240〜260nmの紫外線を約5分照射し、次いで、当該メソポーラスシリカを再びn−ヘキサン20mLに懸濁させて、室温で48時間十分に撹拌した。その後、固体をろ別して十分な量のn−ヘキサンで洗浄した。全てのろ液を集めてガスクロマトグラフィーで溶出コレスタン量を定量した結果、内包されているコレスタンは6%、すなわち22%のコレスタンが溶出していた。
【0123】
クマリン誘導体由来の有機基導入メソポーラスシリカを用いたコレスタンの徐放のオン−オフ制御の概念図を図2に示す。
【0124】
実施例2
実施例1におけるクマリン誘導体由来の官能基導入において、グラフト処理を24時間行う以外は、実施例1と同様の操作を行って、メソポーラスシリカを合成した(Sample2B)。また得られたメソポーラスシリカを用いて、実施例1と同様の方法によりコレスタンの徐放のオン−オフ制御を調べた。その結果、細孔中に貯蔵されたコレスタンは5%、その後に放出されたコレスタンは2%であった。
【0125】
実施例3
実施例1のクマリン誘導体由来の官能基導入において、官能基を導入する前に、界面活性剤を溶媒抽出し取り除き、次いで、グラフト処理を行う以外は、実施例1と同様の操作を行ってメソポーラスシリカを合成した(Sample2C)。また得られたメソポーラスシリカを用いて、実施例1と同様の方法によりコレスタン徐放のオン−オフ制御を調べた。その結果、細孔中に貯蔵されたコレスタンは13%、その後に放出されたコレスタンは2%であった。
【0126】
実施例4
実施例1において、メソポーラスシリカを合成する際、3−(7−クマリロキシ)プロピルトリエトキシシラン等の有機置換基含有シラン化合物を共存させて、ワンポット合成により、メソポーラスシリカの調製とクマリン誘導体由来の官能基導入を行う以外は、実施例1と同様の操作を行ってメソポーラスシリカを作成した(Sample2D)。また得られたメソポーラスシリカを用いて、実施例1と同様の方法によりコレスタン徐放のオン−オフ制御を調べた。その結果、細孔中にはコレスタンは全く貯蔵されなかった。
【0127】
実施例1〜4で作成したメソポーラス無機材料Sample2A〜2Dについて、200分の光照射(波長>310nm)を行った後のUV吸収を調べた結果を図3に示す。
【0128】
Sample2Aは、クマリンの324nmの吸収がほぼ消失しており、クマリンの殆ど全て(>98%)が二量化していることがわかった。Sample2B及びSample2Cの場合は、324nmの吸収の減少が見られ、それぞれ一部(Sample2Bは25%、Sample2Cは63%)が二量化していることがわかった。一方、Sample2Dは、光による二量化はほとんど確認できなかった(<1%)。
【0129】
比較例1:二量化性官能基を有していないメソポーラスシリカを用いたコレスタンの徐放
実施例1の(1)で得られたメソポーラスシリカから、実施例1の(4)に記載された方法と同様にして、塩酸を含むエタノールを用いて界面活性剤を除去した。このメソポーラスシリカを、1gのコレスタンが溶解した20mLのn−ヘキサン溶液に室温で24時間懸濁させた。メソポーラスシリカをろ別し、n−ヘキサンで5回洗浄し、60℃で12時間乾燥した。
【0130】
このようにしてコレスタンを内包させた後、当該メソポーラスシリカを再びn−ヘキサン20mLに懸濁させて、室温で24時間十分に撹拌した。その後、固体をろ別して、十分な量の新たなn−ヘキサンで洗浄した。全てのろ液を集めてガスクロマトグラフィーで溶出コレスタン量を定量した結果、最初に用いたほとんどのコレスタンがn−ヘキサン中に溶出し、メソポーラスシリカへのコレスタンの残存量は2%以下であった。
【0131】
比較例2:光照射を行わなかったクマリン誘導体由来の有機基導入メソポーラスシリカを用いたコレスタンの徐放
実施例1の(4)で得られたクマリン誘導体由来の有機基を導入したメソポーラスシリカを、1gのコレスタンが溶解した20mLのn−ヘキサン溶液に室温で24時間懸濁させた。メソポーラスシリカをろ別し、n−ヘキサンで5回洗浄し、60℃で12時間乾燥した。
【0132】
その後、紫外線照射を行わずに、当該メソポーラスシリカを直接n−ヘキサン20mLに懸濁させて、室温で24時間十分に撹拌した。その後、固体をろ別して、十分な量の新たなn−ヘキサンで洗浄した。全てのろ液を集めてガスクロマトグラフィーで溶出コレスタン量を定量し、最初に用いたほとんどのコレスタンがn−ヘキサン中に溶出し、メソポーラスシリカへの残存量は2%以下であった。
【0133】
実施例5:クマリン誘導体有機基導入メソポーラスシリカを用いたピレンの徐放のオン−オフ制御
内包させる物質としてコレスタンの代わりに1gのピレンを用いた以外は実施例1と同様にして、本発明のメソポーラスシリカを用いた徐放のオン−オフ制御を行った。高圧水銀ランプでの紫外線照射後のn−ヘキサン洗浄後に内包されていたピレンは、メソポーラスシリカに対する割合(重量)として1.05%であった。低圧水銀ランプで照射しn−ヘキサン洗浄後に内包されていたピレンは、メソポーラスシリカに対する割合(重量)として0.28%であった。
【0134】
内包させる物質としてコレスタンの代わりに1gのピレンを用いた以外は、比較例1及び2と同様にして行った場合、n−ヘキサン洗浄後に内包されていたピレンは、いずれも0.00%であった
実施例1及び2並びに比較例の結果から明らかなように、紫外線照射により光二量化した場合は、内包した機能性物質(コレスタン、ピレン)はこれら機能性物質の溶媒を用いて洗浄によっても徐放されないが、短い波長の紫外線照射により二量化有機基を単量化させることで、内包機能性物質(コレスタン及びピレン)を細孔外へ徐放できる、すなわち光による内包物の徐放のオン−オフ制御が可能であった。クマリンは、光により可逆的に二量化し得るので、このオン−オフ機能は、繰返し行うことができると期待される。
【0135】
【発明の効果】
本発明によれば、一次元細孔が規則的に配列した構造のメソポーラス無機材料の細孔口に外部刺激により結合又は開裂する官能基を導入することによって、細孔の開閉機能が該メソポーラス無機材料に付与される。これにより本発明のメソポーラス無機材料は、特定物質の封入、放出又それらの制御を行うことが可能になる。具体的には、外部刺激の条件を変化させることによって、メソポーラス無機材料の細孔を開閉することができ、このような開閉機能によって、有害な化学物質の除去や所望化学物質の取込、或いは細孔内に充填した機能性物質の放出やその制御などが可能になる。
【0136】
本発明のメソポーラス無機材料は、機能性の化学物質を固体材料内に包含して内部から外部へ放出(徐放)できる作用を有しており、種々の分野(例えば、医薬、農薬、化粧品類、種々の触媒、肥料、香料等の分野)で、与えられた環境に応じて、必要な時に必要な量を供給できる技術として用いることが可能である。
【0137】
例えば、外部の臭いセンサーとの連動により、臭気が観測された際、内包された芳香化合物を外部へ徐放し、空間内の空気を快適に保ったり、害虫等の飛来に応答して農薬等を散布するという利用方法が考えられる。また、薬物内包したメソポーラスシリカを注射等で体内に注入し、その後患部のみに紫外線を照射することで患部にのみ薬物が作用するようにするドラッグ・デリバリー・システムとしての利用も考えられる。一方、環境中に存在する化学物質の濃度が高くなったときに、二量化していた機能性基を開き、その化学物質を細孔内に吸収して系内より除去するような利用方法も期待できる。
【0138】
このように、本発明のメソポーラス無機材料は、種々の分野に応用可能な優れた技術手段を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、クマリン誘導体由来の官能基を導入したメソポーラス無機材料を用いて、細孔内化合物の放出・貯蔵を行う様子を示した図面である。
【図2】図2は、クマリン誘導体由来の有機基導入メソポーラスシリカ(MCM−41)を用いてなるコレスタンの徐放のオン−オフ制御の概念図である。
【図3】図3は、実施例1〜4で作成したメソポーラス無機材料のUV吸収を調べた結果を示す図面である。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a novel mesoporous inorganic material modified with a functional group, a method for producing the same, and a method for using the same.
[0002]
[Prior art]
A technique that uses a function of containing a chemical substance in a solid material and gradually releasing the substance from the inside to the outside is called a control release system, and has attracted attention in recent years. For example, in such fields as pharmaceuticals, agricultural chemicals, cosmetics, various catalysts, fertilizers, and fragrances, such technology supplies chemical substances that perform various functions in a necessary amount according to a given environment. This technology can be used industrially. Such technologies are directly linked to advanced technologies such as reducing the risk to the environment (contamination by chemical substances) and suppressing side effects in medicine (drug delivery systems) as well as the efficient use of chemical substances. Yes.
[0003]
Conventionally, control release system technology has been proposed mainly by means of mixing a chemical substance in a polymer gel or making a composite of a chemical substance and a polymer material. In such a controlled release system, chemical substances are released continuously, so that the slow release rate of chemical substances can be slowed down, but the chemical substances are released as much as needed when needed. There was no on-off control.
[0004]
As a control release system having on-off control, a device using an electrode or the like has been proposed (see Patent Documents 1 to 6). However, in these systems, since chemical substances are released slowly by electric field signals, it is necessary to construct a power source / electrode and a system that connects them. When such a system cannot be constructed, for example, in vivo applications Have difficulty. Therefore, it is required to make an independent control / release system with a minute system that has on / off control and is not connected to a power source or the like.
[0005]
Silica (gel) is a harmless compound that has little risk to the environment and living organisms, and is therefore a material that has been widely put into practical use. One of the features is that the material has large pores, thereby allowing various chemical substances to be adsorbed and encapsulated therein. The sustained release of encapsulated chemicals using silica (gel) is expected to be applicable to a control release system, but when used as it is, there is no sustained release on / off control function. . In recent years, a technique has been proposed in which silica gel or capsule-like silica is provided with an on / off control function for sustained release (see Patent Documents 7 to 9). Control of release is not sufficient, and it is required to use a material having a more uniform access to the outside, that is, an exit to the outside.
[0006]
Examples of such a material include hexagonal mesoporous silica such as MCM-41 having a regular pore diameter and regular arrangement structure. Recently, there has been a report on the characteristics of sustained release by spontaneous diffusion of drugs contained in MCM-41 (see Non-Patent Document 1), but there is no on-off control technology for sustained release.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 05-269373 A
[0008]
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 05-261278
[0009]
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 05-231560
[0010]
[Patent Document 4]
Japanese Patent Laid-Open No. 05-221469
[0011]
[Patent Document 5]
Japanese Patent Laid-Open No. 05-221468
[0012]
[Patent Document 6]
Japanese Patent Laid-Open No. 05-212277
[0013]
[Patent Document 7]
JP 2000-279817 A
[0014]
[Patent Document 8]
JP 2001-131249 A
[0015]
[Patent Document 9]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-213992
[0016]
[Non-Patent Document 1]
M.M. Vallet-Regi et al., Chem. Mater. Vol. 13, 308 pages, 2001
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
The main object of the present invention is to provide a novel mesoporous inorganic material having a useful function such as controlled release of encapsulated substances and a method for producing the same.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor introduced a functional group that reversibly binds to the pore opening of a mesoporous inorganic material having a structure in which one-dimensional pores are regularly arranged, and the pores formed by reversible bonding and cleavage of the functional groups are introduced. It has been found that the release of inclusions in the pores can be controlled by opening and closing, and the present invention has been completed through further intensive studies.
[0019]
That is, the present invention relates to the invention shown in the following items.
[0020]
1. A mesoporous inorganic material having a structure in which one-dimensional pores are regularly arranged, and having a functional group bonded by a chemical reaction caused by an external stimulus at a pore opening.
[0021]
2. The inorganic material is silica, titania, zirconia, alumina, silica-alumina, silica-titania, tin phosphate, niobium phosphate, aluminum phosphate, titanium phosphate, and oxides, nitrides, sulfides, selenides thereof, Item 2. The mesoporous inorganic material according to Item 1, which is any one selected from the group consisting of tellurides, composite oxides, and composite salts.
[0022]
3. Item 2. The mesoporous inorganic material according to Item 1, wherein the external stimulus is at least one selected from the group consisting of light, heat, radiation, acid, alkali, crosslinking agent, magnetism, and ions.
[0023]
4). Item 2. The mesoporous inorganic material according to Item 1, wherein the chemical reaction is at least one selected from the group consisting of a dimerization reaction, a multimerization reaction, a polymerization reaction, a condensation reaction, an addition reaction, and a complex formation reaction.
[0024]
5. Item 2. The mesoporous inorganic material according to Item 1, wherein the functional group is at least one selected from the group consisting of an unsaturated group, a carboxyl group, a hydroxyl group, an amino group, an amide group, an ether group, an ester group, a carbamate group, and a silanol group.
[0025]
6). Item 2. The mesoporous inorganic material according to Item 1, wherein the functional group is a functional group derived from a coumarin derivative.
[0026]
7. Item 2. The mesoporous inorganic material according to Item 1, wherein the pores are filled with a functional substance.
[0027]
8). Item 8. The mesoporous according to Item 7, wherein the functional substance is at least one selected from the group consisting of steroid compounds, vitamin compounds, hormone compounds, pharmacologically active compounds, agricultural chemical compounds, physiologically active compounds, amino acids, sugars, fatty acids and nucleic acid compounds. Inorganic material.
[0028]
9. A method for producing a mesoporous inorganic material,
(1) A step of preparing a mesoporous inorganic material having a structure in which one-dimensional pores are regularly arranged using a surfactant as a template in an aqueous solution,
(2) before removing the surfactant contained in the mesoporous inorganic material obtained in step (1), introducing a functional group bonded by a chemical reaction by external stimulation into the pore opening of the mesoporous inorganic material; and
(3) a step of removing the surfactant;
Manufacturing method.
[0029]
10. Item 10. The method according to Item 9, wherein an acid treatment is performed between the step (1) and the step (2).
[0030]
11. A method for producing a mesoporous inorganic material in which a functional substance is filled in pores,
(1) A step of preparing a mesoporous inorganic material having a structure in which one-dimensional pores are regularly arranged using a surfactant as a template in an aqueous solution,
(2) before removing the surfactant contained in the mesoporous inorganic material obtained in step (1), a step of introducing a functional group bonded by a chemical reaction by external stimulation into the pore opening of the mesoporous inorganic material;
(3) a step of removing the surfactant;
(4) filling the functional substance into the pores of the mesoporous inorganic material; and
(5) A production method comprising a step of bonding the functional group introduced in (2) by a chemical reaction by external stimulation.
[0031]
12 Item 12. The method according to Item 11, wherein an acid treatment is performed between the step (1) and the step (2).
[0032]
13. A method for incorporating and / or removing a chemical substance, the method comprising incorporating a chemical substance into the pores of the mesoporous inorganic material according to Item 1, and then bonding a functional group by external stimulation.
[0033]
14 A method for controlling the release of a functional substance, comprising: (1) applying an external stimulus to the mesoporous inorganic material according to claim 7 to cleave a functional group to release the functional substance; and (2 ) A method for controlling the release of a functional substance comprising the step of binding a functional group by external stimulation to stop the release of the functional substance in (1).
[0034]
15. A mesoporous silica having a hexagonal structure and having an organic functional group bonded to the pore by a dimerization reaction with light.
[0035]
16. Item 16. The mesoporous silica according to Item 15, wherein the organic functional group is an unsaturated group.
[0036]
17. Item 16. The mesoporous silica according to Item 15, wherein the organic functional group is derived from a coumarin derivative.
[0037]
18. A mesoporous silica having a hexagonal structure, in which pores are filled with a functional substance, and pores are blocked by dimerized organic functional groups.
[0038]
19. Item 19. The mesoporous silica according to Item 18, wherein the organic functional group is an unsaturated group.
[0039]
20. Item 19. The mesoporous silica according to Item 18, wherein the organic functional group is derived from a coumarin derivative.
[0040]
21. A method for producing mesoporous silica having an organic functional group bonded by a dimerization reaction with light at a pore opening,
(1) A step of preparing a mesoporous silica having a hexagonal structure using a surfactant capable of forming a hexagonal structure in an aqueous solution as a template,
(2) before removing the surfactant contained in the mesoporous silica obtained in step (1), introducing an organic functional group to be bonded to the mesoporous silica having a hexagonal structure by a dimerization reaction with light; and
(3) Step of removing the surfactant using a solvent
Manufacturing method.
[0041]
22. Item 22. The method according to Item 21, wherein an acid treatment is performed between step (1) and step (2).
[0042]
23. A method for producing a mesoporous silica having a hexagonal structure in which a functional substance is filled in pores,
(1) A step of preparing a mesoporous silica having a hexagonal structure using a surfactant capable of forming a hexagonal structure in an aqueous solution as a template,
(2) before removing the surfactant contained in the mesoporous silica obtained in the step (1), a step of introducing an organic functional group that can be dimerized by light into the mesoporous silica having a hexagonal structure;
(3) removing the surfactant using a solvent;
(4) a step of filling a functional substance into pores of mesoporous silica; and
(5) Step of dimerizing organic functional groups with light
Manufacturing method.
[0043]
24. Item 24. The method according to Item 23, wherein an acid treatment is performed between step (1) and step (2).
[0044]
25. 16. A method for incorporating and / or removing a chemical substance, comprising a step of dimerizing an organic functional group with light after incorporating the chemical substance into pores of the mesoporous silica according to Item 15.
[0045]
26. 19. A method for controlling release of a functional substance, wherein the functional substance is released by cleaving a dimerized organic functional group of the mesoporous silica according to Item 18.
[0046]
27. 19. A method for controlling release of a functional substance, wherein the functional substance is released by irradiating light having a wavelength at which a dimerized organic functional group is cleaved on the mesoporous silica according to Item 18.
[0047]
28. A method for controlling the release of a functional substance, wherein the mesoporous silica according to Item 18 is irradiated with light having a wavelength at which a bond of a dimerized organic functional group is cleaved to release the functional substance. A method of controlling the release of a functional substance by stopping the release of the functional substance by irradiating light having a wavelength at which the group dimerizes.
[0048]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The mesoporous inorganic material of the present invention is a mesoporous inorganic material having a structure in which one-dimensional pores are regularly arranged, and has a functional group reversibly bonded by a chemical reaction at the pore opening. Furthermore, the present invention also includes a mesoporous inorganic material in which a functional substance is filled in the pores of the mesoporous inorganic material.
[0049]
Structure with regularly arranged one-dimensional pores
The structure in which the one-dimensional pores are regularly arranged is not particularly limited as long as the structure has a uniform pore diameter and the one-dimensional pores are regularly arranged. Regularly arranged means that the pores are aligned with a uniaxial orientation. The uniform pore diameter means that the pore diameter of each pore is within a certain range. The size of the pore diameter can be appropriately set depending on the size of the compound enclosed or filled in the pore, but is usually 1 to 30 nm, preferably 1.5 to 15 nm. When a functional group derived from a coumarin derivative is used, the range of 1.5 to 5 nm, more preferably 2 to 4 nm is preferable. The size of the pores can be made differently by changing the surfactant.
[0050]
Specific examples of the structure in which the one-dimensional pores are regularly arranged include a hexagonal structure, an orthobic structure, and a monoclinic structure.
[0051]
Such a mesoporous inorganic material can be prepared using a surfactant capable of forming a regular pore structure as a template.
[0052]
Inorganic materials
As an inorganic material used as the material of the present invention, a desired material can be appropriately used. For example, silica, titania, zirconia, alumina, silica-alumina, silica-titania, tin phosphate, niobium phosphate, aluminum phosphate, titanium phosphate, and their oxides, nitrides, sulfides, selenides, tellurium A compound, complex oxide, complex salt, or the like can be used.
[0053]
Of these, silicon-containing oxides such as silica are particularly preferable in terms of excellent heat resistance, chemical resistance, and mechanical properties.
[0054]
Functional group
The functional group that the mesoporous inorganic material of the present invention has in the pore opening is not particularly limited as long as it forms a bond by a chemical reaction caused by an external stimulus. The bond by a chemical reaction due to an external stimulus is a reversible or irreversible bond, and refers to a bond that can form a bond and cleave the bond depending on the conditions of the external stimulus. Specifically, it refers to a substance that changes to a dimer / monomer by irradiation with light, or a substance that undergoes bond formation or cleavage by an oxidation-reduction reaction.
[0055]
Those that form a reversible bond are preferred when used as a material for temporarily storing a functional substance inside the pores. What forms an irreversible bond is preferable when it is used as a material for semipermanently storing a functional substance inside the pores.
[0056]
The type of external stimulus is not particularly limited, and examples thereof include light, heat, radiation, acid, alkali, cross-linking agent, magnetism, and ions. Such external stimulation is given by light irradiation, heating, cooling, radiation irradiation, change in pH value, addition of acid and / or alkali, change in coexisting ions, change in coexisting chemical substances, change in external magnetic field, and the like.
[0057]
The type of chemical reaction is not particularly limited, and examples thereof include dimerization reaction, multimerization reaction, polymerization reaction, condensation reaction, addition reaction, and complex formation reaction. Specifically, dimerization reaction with light and the like can be mentioned.
[0058]
The type of bond is not particularly limited, and examples thereof include a hydrogen bond, an ionic bond, a covalent bond, a coordination bond, and a van der Waals bond.
[0059]
Examples of the functional group that is bonded by an external stimulus include an unsaturated group, a carboxyl group, a hydroxyl group, an amino group, an amide group, an ether group, an ester group, a carbamate group, and a silanol group. Examples of unsaturated groups include vinyl groups, α, β unsaturated ketone groups, and the like. Examples of the ether group include —O—R (R is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms). Examples of the ester group include -COOR (R is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms). Specific examples include α, β-unsaturated ketone groups derived from coumarin derivatives.
[0060]
Examples of the bond formed by these functional groups include a carbon-carbon bond, an ester bond, an ether bond, an amide bond, an acetal bond, and a carbamate bond.
[0061]
In the present invention, such a functional group is introduced into the pore opening of the mesoporous inorganic material having a structure in which the one-dimensional pores are regularly arranged. More specifically, the pore opening is in the vicinity of the outlet or the inlet of the pore, and is generally in the range of about 1 to 5 nanometers from the external surface.
[0062]
Examples of the method for introducing a functional group include those introduced after synthesizing a mesoporous inorganic material and those introduced simultaneously with synthesis. Among these, what is introduced after the synthesis is preferable in that a functional group is preferentially introduced into the pore outlet.
[0063]
Such a functional group has a function like a “door” that opens and closes pores according to a change in external stimulation conditions. This door can be closed by, for example, one wavelength of ultraviolet light and opened by another wavelength of ultraviolet light. If a chemical substance is put in the mesoporous inorganic material having the “door” in advance and the “door” at the outlet of the pore is closed, the chemical substance is not released to the outside but stored. I can do things. And when this chemical is needed, it can be released out of the material by cleaving the bond.
[0064]
Hereinafter, a specific method for producing the mesoporous inorganic material of the present invention having a functional group in the pore opening will be described by taking the case of mesoporous silica as an example.
[0065]
(i) Preparation of one-dimensional pore structure mesoporous silica with template surfactant
First, a crude product of a one-dimensional pore structure mesoporous silica prepared using a surfactant as a template before removing the template is obtained. Such a crude product can be obtained by, for example, a conventionally known method using a surfactant that forms a hexagonal structure in an aqueous solution and a silica source as raw materials.
[0066]
The surfactant is not particularly limited as long as it forms a structure in which one-dimensional pores are regularly arranged in an aqueous solution, and is generally used when producing mesoporous silica. Can be used. Specifically, aliphatic quaternary such as hexadecyltrimethylammonium bromide, hexadecyltrimethylammonium chloride, octadecyltrimethylammonium bromide, decyltrimethylammonium bromide, dodecyltrimethylammonium bromide, hexadecyldimethylethylammonium bromide, etc. Examples include ammonium salts, aliphatic amine salts such as hexadecylamine, and alkyl sulfates such as sodium dodecyl sulfate.
[0067]
The silica source is not particularly limited as long as mesoporous silica having a structure in which one-dimensional pores are regularly arranged can be obtained. For example, sodium silicate, potassium silicate, calcium silicate, tetraethoxysilane, tetramethoxysilane, tetra-n-propylsilane, or the like can be used.
[0068]
These surfactant and silica source are both used as aqueous solutions, but the aqueous solutions are prepared separately.
[0069]
The concentration of the surfactant in the aqueous solution may be a concentration that forms a structure in which the one-dimensional pores are regularly arranged, and can be appropriately set according to the type of the surfactant. It is about 0.2-2M.
[0070]
An alkaline agent (for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide) may be added to the surfactant aqueous solution as necessary. The amount of the alkali agent used is preferably about 1 to 1.5 equivalents relative to the surfactant.
[0071]
Although the density | concentration of the silica source in aqueous solution is not specifically limited, Usually, it is about 0.5-4M.
[0072]
These aqueous solutions are mixed, for example, at room temperature to about 40 ° C. with stirring for about 0.5 to 5 hours.
[0073]
In this case, the mixing ratio of the surfactant aqueous solution and the silica source aqueous solution is such that the silica source is sufficiently filled in a template having a structure in which the one-dimensional pores formed by the surfactant are regularly arranged. There is no particular limitation as long as it is an amount. Usually, in the case of a hexagonal structure, the amount is such that the surfactant aqueous solution (vol): silica source aqueous solution (vol) = 1: 4 to 1: 1. In the case of a cubic structure, an aqueous solution of a surfactant (vol): an aqueous solution of a silica source (vol) = 1: 1 to 1.5: 1, and in the case of a lamellar structure, an aqueous solution of a surfactant (vol): silica Source aqueous solution (vol) = 1.5 or more: about 1.
[0074]
Thereafter, an inorganic acid such as sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid or hypochlorous acid is added to adjust the pH of the mixed solution to about 9 to 12, preferably about 10 to 11, and the temperature is about 0 to 80 ° C. Stir for about 5-6 hours. The concentration and amount of the inorganic acid to be added are not particularly limited as long as the pH is about a desired value within the above range, but the concentration is about 0.5 to 4M, preferably about 1 to 3M. However, it is about 20-100 mL with respect to 100 mL of liquid mixture of surfactant and a silica source, Preferably it is about 50-70 mL.
[0075]
After the precipitate is formed, the precipitate is filtered off and washed with water, and then dried at about 80 to 130 ° C., preferably about 90 to 110 ° C., for about 10 to 40 hours, preferably about 12 to 26 hours. Thus, mesoporous silica having a one-dimensional pore structure containing a template surfactant can be obtained.
[0076]
After the precipitate is generated as described above, the precipitate may be filtered and dried as it is, but may be subjected to an acid treatment before being filtered.
[0077]
Examples of the acid treatment include the following methods.
[0078]
First, the liquid mixture containing the precipitate is allowed to stand at about 80 to 120 ° C. for 20 to 30 hours. Next, when a neutral salt (for example, sodium chloride, potassium chloride, lithium chloride, sodium bromide, potassium bromide, sodium iodide, potassium iodide, etc.) is defined as 100% of silicon atoms contained in the silica source, It is added so as to be about 60 to 90 mol%, preferably about 70 to 80 mol%. At this time, the salt is dissolved in a small amount of water.
[0079]
Thereafter, an inorganic acid (for example, an inorganic acid such as sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid or hypochlorous acid) is added so that the pH of the liquid is about 9 to 12, preferably about 10 to 11. The concentration of the inorganic acid is not particularly limited as long as the pH becomes a desired value within the above-described range, but is about 0.5 to 4M, preferably about 1 to 3M.
[0080]
After adding the inorganic acid, the solution containing the precipitate is allowed to stand at 80 to 120 ° C. for 20 to 30 hours.
[0081]
After performing such acid treatment, an inorganic acid is added again so that the pH of the mixed solution is about 9 to 12, preferably about 10 to 11, and the solution containing the precipitate is heated at about 80 to 120 ° C. You may repeat operation to leave still for 20 to 30 hours. When adding an acid, it is not necessary to add a salt after the 2nd time.
[0082]
The acid treatment may be repeated any number of times, but usually it is preferably about 1 to 5 times, preferably about 2 to 3 times. After finishing the acid treatment for a predetermined number of times, the precipitate may be filtered off and dried in the same manner as described above.
[0083]
By performing such an acid treatment, the thermal stability of the obtained mesoporous silica is improved.
[0084]
In this way, mesoporous silica having a structure in which one-dimensional pores are regularly arranged can be obtained. At this point, the surfactant is in the state of entering the pores of mesoporous silica. By introducing the dimerizable organic functional group while encapsulating the surfactant, the organic functional group does not enter the pores of the mesoporous silica, and mesoporous silica having excellent sustained release properties can be obtained.
[0085]
(ii) Introduction of organic functional groups
The introduction of an organic functional group will be described by taking as an example the case of introducing a functional group that dimerizes by light irradiation.
[0086]
A compound having an organic functional group that can be dimerized (hereinafter referred to as “dimerizable compound”) in order to introduce an organic functional group that is dimerized by light (hereinafter sometimes referred to as “dimerizable functional group”) into mesoporous silica. Is sometimes used). Such a compound may be either a compound that reversibly dimerizes by irradiation with light such as ultraviolet rays or a compound that dimerizes irreversibly by irradiation with light such as ultraviolet rays. In the case of controlling the sustained release of a substance, it is preferable to dimerize reversibly by light irradiation.
[0087]
An example of such a compound is α, β-unsaturated ketone. Specifically, examples of the compound having an organic group that reversibly dimerizes by light irradiation include hydroxyl groups such as 7-hydroxycoumarin, 3,4-dihydroxycoumarin, 4-hydroxycoumarin, and 7-amino-4-methylcoumarin. Amino group, carboxyl group, ester group [for example, -CO-OR1(R1Is, for example, an alkyl group having about 1 to 6 carbon atoms. )] And the like, and a coumarin derivative having at least 1, preferably 1 to 2, substituents can be presented.
[0088]
Examples of the compound having an organic group that irreversibly photodimerizes include hydroxyl groups such as 4-hydroxychalcone, 4′-hydroxychalcone, and 4,4′-hydroxychalcone, amino groups, carboxyl groups, ester groups [ For example, -CO-OR1(R1Is, for example, an alkyl group having about 1 to 6 carbon atoms. )] And other chalcones having at least one substituent, preferably 1-2.
[0089]
In order to introduce the dimerizable compound into mesoporous silica, for example, after introducing an olefin group into the dimerizable compound, hydrosilanes are reacted to synthesize a dimerizable group-containing silane compound.
[0090]
The introduction of the olefin group into the dimerizable compound is, for example, by reacting an organic halide having an olefin group with a functional group such as a hydroxyl group of the dimerizable compound according to a conventional method, for example, in a solvent in the presence of a base. Can be performed. Although it does not specifically limit as an organic halide which has an olefin group, C3-C8 olefin groups, such as allyl chloride, allyl bromide, allyl iodide, 3-bromide cyclohexene, 6-bromide-1-hexene, etc. Examples thereof include organic halides. The type (number of carbon atoms) of the organic halide having an olefin group is such that, depending on the type of the compound having an organic group that can be dimerized, the inlet of the pores of the mesoporous inorganic material can be blocked after dimerization. A thing can be selected suitably.
[0091]
Examples of the solvent include acetone, methyl ethyl ketone, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane and the like. In particular, acetone is preferable. Examples of the base include sodium carbonate, potassium carbonate, potassium hydrogen carbonate, sodium hydrogen carbonate, sodium hydroxide, potassium hydroxide, potassium hydroxide, cesium carbonate, sodium methoxide, potassium t-butoxide and the like. The usage-amount of a base should just be 1-3 equivalent with respect to dimerizable compounds, such as 7-hydroxycoumarin, for example. The reaction temperature should just be about 40-100 degreeC, for example, Preferably, it is 60-80 degreeC. The reaction time is, for example, about 3 to 24 hours.
[0092]
The olefin-containing dimerizable compound thus obtained is reacted with an alkoxysilane according to a conventional method to obtain a dimerizable group-containing silane compound. The alkoxysilane used here is not particularly limited as long as it can react with a silanol group of mesoporous silica having a one-dimensional pore structure to introduce a dimerizable functional group into the mesoporous silica. For example, at least one alkoxysilane is used. Group-containing compounds, preferably HSiRThree(In the formula, R may be the same or different and represents an alkyl group having about 1 to 4 carbon atoms or an alkoxy group having about 1 to 3 carbon atoms, and at least one of R is an alkoxy group having about 1 to 3 carbon atoms. The alkoxysilane represented by this is mentioned. Specific examples include triethoxysilane, trimethoxysilane, diethoxymethylsilane, ethoxydimethylsilane, and the like.
[0093]
This reaction can be carried out by reacting in the presence of a solvent in the presence of a catalyst. Examples of the solvent include toluene, xylene, tetrahydrofuran, dioxane, benzene, hexane, dichloromethane, chloroform and the like. In particular, toluene and xylene are preferable. As the usage-amount of an olefin containing dimerization compound, about 1-1.5 equivalent is preferable with respect to alkoxysilane, for example, about 1-1.2 equivalent is especially preferable. Examples of the catalyst include platinum-1,3-divinyl-1,1,3,3-tetramethyldisiloxane complex, platinum-2,4,6,8-tetramethyl-2,4,6,8-tetra. Platinum catalyst such as vinyl-cyclotetrasiloxane complex, chloroplatinic acid, platinum supported on activated carbon, platinum supported on alumina, Wilkinson complex (RhCl (PPhThree)Three), Rhodium catalysts such as activated carbon supported rhodium and alumina supported rhodium, and palladium catalysts such as tetrakistriphenylphosphine palladium and activated carbon supported palladium. The usage-amount of the said catalyst should just be about 0.005-0.5 mol% with respect to alkoxysilane, for example, Preferably it is about 0.02-0.1 mol%. The reaction temperature may be, for example, about 0 to 80 ° C., preferably about room temperature (around 25 ° C.) to about 30 ° C. The reaction time is, for example, about 10 minutes to 4 hours.
[0094]
When introducing the dimerizable group-containing silane compound thus obtained into a mesoporous silica having a one-dimensional pore structure, the mesoporous silica having a one-dimensional pore structure in which the surfactant as a template is removed by baking or extraction is used. Instead of using, it is preferable to use mesoporous silica in which the pores are filled with the template surfactant. Since the pores are filled with the template surfactant, the dimerizable group-containing silane compound does not enter the pores, but only reacts with the silanol groups at the entrance of the pores and is introduced. It is.
[0095]
A mesoporous silica having a one-dimensional pore structure is suspended in a solvent (for example, n-hexane, toluene, etc.), then a dimerizable group-containing silane compound is added, and the temperature is from about room temperature to about 80 ° C. for about 10 minutes to about 6 hours. By reacting, the dimerizable functional group can be introduced at the entrance of the pores of the mesoporous silica.
[0096]
The amount of the dimerizable group-containing silane compound used is such an amount that it can confine a functional substance encapsulated (filled) in the pores of mesoporous silica having a one-dimensional pore structure by dimerization after introduction. Although there is no particular limitation as long as it is present, it is usually about 2 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of mesoporous silica filled with the template surfactant.
[0097]
In addition to the above-mentioned method, various crosslinkable functional groups such as ester groups and amino groups can be used instead of the dimerizable functional group in the pore opening of the one-dimensional pore structure mesoporous inorganic material. If a bond that can be easily cleaved, such as an ester bond, an amide bond, or an acetal bond, is formed by the above method, it can be cleaved by an appropriate method to incorporate or remove chemical substances or release functional substances. Control can be performed.
[0098]
(iii) Surfactant removal
Next, after the dimerizable functional group is introduced into the mesoporous silica, the surfactant remaining in the pores is removed by solvent extraction or baking.
[0099]
When using a heat-sensitive organic functional group such as a coumarin group, removing the remaining surfactant by baking treatment will eliminate the introduced dimerizable functional group, so remove the surfactant with a solvent. It is preferable.
[0100]
The method of solvent extraction is not particularly limited, but it is preferable to remove the used surfactant with an alcohol (for example, aliphatic alcohols such as methanol and ethanol) that can be dissolved well. When alcohol is used, it is preferably removed as a mixed solution with hydrochloric acid. When hydrochloric acid is used, the concentration of hydrochloric acid in the mixed solution is not particularly limited, but is preferably about 0.5 to 5M.
[0101]
In the case of firing, the temperature is not particularly limited, but is preferably about 500 to 600 ° C.
[0102]
The present invention also includes a mesoporous silica having a one-dimensional pore structure thus obtained and having an organic functional group capable of dimerization at the entrance of the pore. In such mesoporous silica, the “organic functional group capable of dimerization” has not been dimerized yet, and the entrances of the pores are open. Moreover, the organic functional group is introduced at the entrance of the pore, and the organic functional group is not substantially introduced into the pore. The organic functional group that can be dimerized is introduced at a position that can block the entrance of the pore when the functional group is dimerized.
[0103]
( iv ) Filling with functional substances and dimerization of dimerizable functional groups
The dimerizable functional group-introduced mesoporous silica synthesized in this way can be blocked by closing the pore entrance by dimerizing the functional group.
[0104]
Dimerization can be performed by light irradiation such as ultraviolet irradiation with a wavelength corresponding to the type of functional group. The irradiation time can be appropriately set according to the amount of the functional group to be dimerized, and can be set, for example, while confirming the absorption peak of the dimerizable group.
[0105]
When a group capable of reversibly dimerizing with light, such as a coumarin derivative, is introduced as a dimerization compound, the dimerization is performed with ultraviolet rays having a wavelength of 310 nm or more (when a coumarin derivative is used as the dimerization compound). In general, it can be performed by irradiating light in a range of about 310 nm to 340 nm. The lamp used at this time is not particularly limited as long as it can irradiate ultraviolet rays having a wavelength of 310 nm or more, but a high-pressure mercury lamp is preferable. When a high-pressure mercury lamp is used, lamps with a wavelength of 310 nm or less can be excluded if the heat-resistant hard glass jacket is used. On the other hand, when a coumarin derivative is used as the dimerization compound, the dimerized functional group can be cleaved by irradiating with ultraviolet rays in the vicinity of 250 nm (for example, around 240 to 260 nm) and can be made into a single monomer. Ultraviolet irradiation with such a wavelength can be performed using a quartz glass container with a low-pressure mercury lamp. Such a reversible change can be confirmed by examining the presence or absence of absorption of a photodimerizable group (in the case of a coumarin derivative, absorption at 310 to 330 nm) in the ultraviolet spectrum.
[0106]
In this way, by utilizing the dimerization and monomerization reaction of a coumarin derivative or the like capable of performing dimerization reversibly, the functional substance encapsulated in the pores of mesoporous silica can be released to the outside of the pores. On-off control of sustained release becomes possible. That is, the functional substance is released from the pores by irradiating light having a wavelength at which the bond of the dimerized organic functional group is cleaved, and the functional substance is irradiated by irradiating light having a wavelength at which the organic functional group is dimerized. Can be stopped, thereby allowing the functional substance to be released in the desired amount in the desired location. Further, such on-off control can be repeatedly performed by changing the conditions of the external stimulus.
[0107]
In a mesoporous inorganic material into which a functional group derived from a coumarin derivative has been introduced, a state in which pores are opened and closed by bonding and cleavage of the functional groups and the compounds in the pores are released and stored is shown in FIG.
[0108]
If the group dimerized by light cannot be cleaved, it may be cleaved according to the mode of bonding to mesoporous silica. For example, in the case of an ester bond, amide bond, etc., these may be hydrolyzed using an acid or the like. It is possible to cleave the bond and release the functional substance out of the pores. Thus, even in the case of irreversible bonding, on-off control can be performed to release the functional substance confined in the pores at a desired location or time.
[0109]
The substance to be filled in the pores of the mesoporous silica is not particularly limited as long as it is a functional substance that can enter the pores, and a substance can be appropriately selected according to the application. For example, steroid compounds such as cholestan, cholesterol, progesterone, testosterone, estradiol, vitamin compounds such as vitamin A and vitamin D, hormone compounds such as adrenaline and noradrenaline, pharmacologically active compounds such as penicillin and ibuprofen, phosphate esters, etc. Pesticide compounds, physiologically active compounds such as alkaloids and prostaglandins, amino acids containing oligopeptides, monosaccharides, saccharides containing polysaccharides, fatty acids containing fats, and nucleic acids containing oligonucleotides can be used.
[0110]
The method of filling the functional substance into the pores can be appropriately selected according to the type of the functional substance. For example, the present invention in a state where the functional group is not dimerized (off state). Mesoporous silica can be immersed in a liquid containing a functional substance, the functional substance can be introduced into the pores, and then dimerization of the functional groups can be performed to block the entrance of the pores.
[0111]
As a method for filling, a specific example in which a coumarin derivative is used as a dimerizable group functional group and cholestane, which is a kind of steroid, is used as a functional substance is shown below.
[0112]
The coumarin derivative organic group-modified mesoporous silica is immersed in an n-hexane solution of cholestane (the concentration of cholestane and the amount of the solution are not particularly limited) (about 24 hours). Thereafter, the mesoporous silica is filtered off and washed well with n-hexane. The mesoporous silica containing cholestane is passed through a heat-resistant hard glass jacket and irradiated with ultraviolet rays with a high-pressure mercury lamp so as to remove light with a wavelength of 310 nm or less. The irradiation time can be appropriately set according to the amount of mesoporous silica. The absorption of the photodimerizable group may be measured in the ultraviolet spectrum, and irradiation may be performed until there is no decrease in the photodimerizable group.
[0113]
In addition, by using a quartz glass container with a low-pressure mercury lamp, irradiation with ultraviolet rays around 250 nm can cleave the dimerized functional group and release (slow release) the functional substance. In this case, the irradiation time can be appropriately set according to the amount of the functional substance (cholestane) desired to be released slowly. In this case, the absorption of the photodimerizable group is measured in the ultraviolet spectrum, Irradiation may be stopped when the increase in absorption stops.
[0114]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention concretely, this invention is not limited to these Examples.
[0115]
Example 1
(1) Synthesis of hexagonal mesoporous silica (MCM-41) (with template surfactant)
22.86 g of sodium silicate (silicon: 0.20 mol; sodium: 0.184 mol) is completely dissolved in 100 g of water. Separately, 48.86 g of tetramethylammonium hydroxide (0.134 mol) and 38.72 g of hexadecyltrimethylammonium bromide (0.102 mol) were added to 100 g of water and heated to 35 ° C. to completely dissolve. Let The two uniform aqueous solutions are mixed and stirred well at room temperature for 2 hours.
[0116]
Next, a solution in which 13.28 g of sulfuric acid (0.13 mol) was dissolved in 51 g of water was slowly added to the above solution and stirred at room temperature for 2 hours to form a precipitate. The pH value of the solution portion of this mixed solution was about 10.5. The mixture was transferred to a polypropylene bottle and allowed to stand at 100 ° C. for 24 hours. After cooling to room temperature, concentrated sulfuric acid was added until the pH value reached about 10.5, then 11.83 g (0.15 mol) of potassium chloride was added, and the mixture was allowed to stand again at 100 ° C. for 24 hours. Thereafter, concentrated sulfuric acid was added twice to adjust the pH value to about 10.5. The produced precipitate was filtered off, washed thoroughly with distilled water, and dried at 105 ° C. for 24 hours. Thus, hexagonal mesoporous silica containing a template surfactant having a stable structure was synthesized.
[0117]
(2) Synthesis of 7-allyloxycoumarin
To an acetone solution (100 mL) of 3.24 g (20 mmol) of commercially available 7-hydroxycoumarin, 4.15 g (30 mmol) of anhydrous potassium carbonate was added (insoluble), and then 6.05 g (50 mmol) of allyl bromide was added. This mixed solution was allowed to react at 70 ° C. for 12 hours. After insoluble matters were filtered off, the reaction solution was distilled under reduced pressure to obtain 4.02 g of residue (crude yield: 99%). This solid was recrystallized from ethanol to obtain 3.85 g (yield: 95%) of the title compound. The analytical data of the obtained compound are shown.
1H NMR (CDClThree, 400 MHz): 4.60 (d, 2H), 5.49 (dd, 1H), 6.0 to 6.08 (m, 1H), 6.24 (d, 1H), 6.85 (d, 1H), 6.86 (dd, 1H), 7.38 (d, 1H), 7.64 (d, 1H).
Infrared spectrum (KBr method) (major absorption): 3082, 1726, 1615, 1285, 1228, 1128, 1127, 998, 843 cm-1.
[0118]
(3) Preparation of 3- (7-coumaroxy) propyltriethoxysilane
2.02 g (10 mmol) of 7-allyloxycoumarin and 1.80 g (11 mmol) of triethoxysilane were dissolved in 50 mL of toluene, and dry nitrogen was blown in for about 10 minutes. Thereafter, 0.5 mL of a catalyst solution (a solution of platinum-1,3-divinyl-1,1,3,3-tetramethyldisiloxane complex diluted with toluene to 2 mM) was added to the solution, and room temperature was added. For 20 hours. After distilling off the solvent (toluene) under reduced pressure, the obtained oily product was dried under reduced pressure to obtain a crude product (3.45 g; crude yield 95%). This crude product was used as such for the next synthesis ((4) of Example 1 below). The analytical data of the obtained compound are shown.
1H NMR (CDClThree, 400 MHz): 0.75 (dd, 2H), 1.23 (t, 9H), 1.80 to 1.95 (m, 2H), 3.78 (q, 6H), 4.00 (t, 2H), 6.23 (d, 1H), 6.80-6.90 (m, 2H), 7.35 (d, 1H), 7.63 (d, 1H).
13C NMR (CDClThree99 MHz): 9.97, 18.39, 22.61, 58.12, 70.58, 101.22, 112.23, 112.73, 112.79, 128.56, 143.29, 155. 71, 161.05, 162.16.
Infrared spectrum (KBr method) (major absorption): 2970, 1736, 1616, 1124, 1078 cm-1.
[0119]
(Four) Synthesis of organic group-introduced mesoporous silica derived from coumarin derivatives
2 g of the mesoporous silica prepared in the above (1) is suspended in 20 mL of n-hexane, and then 0.2 g of 3- (7-coumaryloxy) propyltriethoxysilane prepared in the above (3) is added, and 30 g at room temperature. Grafting was performed with stirring for a minute to introduce a coumarin group-derived functional group. The solvent was distilled off under reduced pressure at 80 ° C. for 2 hours, followed by vacuum drying at 150 ° C. for 12 hours. Removal of the template (surfactant) remaining in the organic group-containing mesoporous silica derived from the obtained coumarin derivative was performed by refluxing at 80 ° C. for 4 hours using 100 mL of ethanol containing 1M hydrochloric acid. Thereafter, the supernatant was removed, and the solid was again refluxed with the same ethanol solution. After a total of three reflux treatments, the solid was filtered off, washed thoroughly with ethanol, and dried at 80 ° C. for 12 hours. The complete removal of the template surfactant was confirmed by gas chromatography, thermogravimetry and elemental analysis. The mesoporous silica obtained by the above operation is designated as Sample 2A.
[0120]
(Five) On-off control of sustained release of cholestane using organic group-introduced mesoporous silica derived from coumarin derivatives
In 20 mL of n-hexane solution in which 1 g of cholestane was dissolved, 1 g of mesoporous silica into which an organic group derived from a coumarin derivative was introduced was suspended at room temperature for 24 hours. Mesoporous silica was filtered off, washed 5 times with n-hexane, and dried at 60 ° C. for 12 hours. The amount of cholestane remaining in mesoporous silica was calculated from the amount of cholestane in n-hexane used for washing. As a result, it was found that 33.0% by weight of cholestane was encapsulated in mesoporous silica.
[0121]
The solids of the cholestane-encapsulated mesoporous silica were irradiated with ultraviolet rays excluding those having a wavelength of 310 nm or less through a heat-resistant hard glass jacket for 3 hours using a high-pressure mercury lamp. The mesoporous silica was suspended again in 20 mL of n-hexane and sufficiently stirred at room temperature for 24 hours. Thereafter, the solid was filtered off and washed with a sufficient amount of n-hexane. All filtrates were collected and the amount of eluted cholestan was quantified by gas chromatography. The detected amount of cholestane was 5%, and 28% still remained.
[0122]
The mesoporous silica solid itself is irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 240 to 260 nm for about 5 minutes using a quartz glass container with a low-pressure mercury lamp, and then the mesoporous silica is suspended in 20 mL of n-hexane again at room temperature. Stir well for 48 hours. Thereafter, the solid was filtered off and washed with a sufficient amount of n-hexane. As a result of collecting all the filtrates and quantifying the amount of eluted cholestane by gas chromatography, 6% of the contained cholestane, that is, 22% of cholestane was eluted.
[0123]
A conceptual diagram of on-off control of sustained release of cholestane using organic group-introduced mesoporous silica derived from a coumarin derivative is shown in FIG.
[0124]
Example 2
In the introduction of the functional group derived from the coumarin derivative in Example 1, mesoporous silica was synthesized by performing the same operation as in Example 1 except that grafting was performed for 24 hours (Sample 2B). In addition, using the obtained mesoporous silica, on-off control of sustained release of cholestane was examined by the same method as in Example 1. As a result, the cholestane stored in the pores was 5%, and the cholestane released thereafter was 2%.
[0125]
Example 3
In the introduction of the functional group derived from the coumarin derivative in Example 1, the mesoporous layer was subjected to the same operation as in Example 1 except that the surfactant was removed by solvent extraction before introducing the functional group, and then grafting was performed. Silica was synthesized (Sample 2C). Further, on / off control of sustained release of cholestane was investigated by the same method as in Example 1 using the obtained mesoporous silica. As a result, 13% of cholestanes were stored in the pores, and 2% were released thereafter.
[0126]
Example 4
In Example 1, when synthesizing mesoporous silica, an organic substituent-containing silane compound such as 3- (7-coumaroxy) propyltriethoxysilane was coexisted, and the preparation of mesoporous silica and the functionality derived from the coumarin derivative were conducted by one-pot synthesis. Except for introducing the group, the same operation as in Example 1 was performed to prepare mesoporous silica (Sample 2D). Further, on / off control of sustained release of cholestane was investigated by the same method as in Example 1 using the obtained mesoporous silica. As a result, no cholestane was stored in the pores.
[0127]
FIG. 3 shows the results of examining the UV absorption after 200-minute light irradiation (wavelength> 310 nm) for the mesoporous inorganic materials Sample 2A to 2D prepared in Examples 1 to 4.
[0128]
In Sample 2A, it was found that absorption at 324 nm of coumarin almost disappeared, and almost all (> 98%) of coumarin was dimerized. In the case of Sample 2B and Sample 2C, a decrease in absorption at 324 nm was observed, and it was found that each part (25% for Sample 2B and 63% for Sample 2C) was dimerized. On the other hand, Sample 2D hardly confirmed dimerization by light (<1%).
[0129]
Comparative Example 1: Cholestan sustained release using mesoporous silica having no dimerizable functional group
The surfactant was removed from the mesoporous silica obtained in (1) of Example 1 using ethanol containing hydrochloric acid in the same manner as described in (4) of Example 1. This mesoporous silica was suspended in 20 mL of n-hexane solution in which 1 g of cholestane was dissolved at room temperature for 24 hours. Mesoporous silica was filtered off, washed 5 times with n-hexane, and dried at 60 ° C. for 12 hours.
[0130]
After cholestan was encapsulated in this manner, the mesoporous silica was suspended again in 20 mL of n-hexane and sufficiently stirred at room temperature for 24 hours. Thereafter, the solid was filtered off and washed with a sufficient amount of fresh n-hexane. As a result of collecting all the filtrates and quantifying the amount of eluted cholestane by gas chromatography, most of the cholestane used first was eluted in n-hexane, and the remaining amount of cholestane in mesoporous silica was 2% or less. .
[0131]
Comparative Example 2: Slow release of cholestane using organic group-introduced mesoporous silica derived from a coumarin derivative that was not irradiated with light
The mesoporous silica into which the organic group derived from the coumarin derivative obtained in (4) of Example 1 was introduced was suspended in a 20 mL n-hexane solution in which 1 g of cholestane was dissolved at room temperature for 24 hours. Mesoporous silica was filtered off, washed 5 times with n-hexane, and dried at 60 ° C. for 12 hours.
[0132]
Thereafter, the mesoporous silica was directly suspended in 20 mL of n-hexane without performing ultraviolet irradiation, and sufficiently stirred at room temperature for 24 hours. Thereafter, the solid was filtered off and washed with a sufficient amount of fresh n-hexane. All filtrates were collected, and the amount of cholestane eluted was quantified by gas chromatography. Most of the cholestane used first was eluted in n-hexane, and the residual amount in mesoporous silica was 2% or less.
[0133]
Example 5: On-off control of sustained release of pyrene using a coumarin derivative organic group-introduced mesoporous silica
The sustained release on / off control using the mesoporous silica of the present invention was performed in the same manner as in Example 1 except that 1 g of pyrene was used instead of cholestane as the substance to be encapsulated. The amount of pyrene encapsulated after washing with n-hexane after ultraviolet irradiation with a high-pressure mercury lamp was 1.05% as a ratio (weight) to mesoporous silica. Pyrene irradiated with a low-pressure mercury lamp and encapsulated after washing with n-hexane was 0.28% as a ratio (weight) to mesoporous silica.
[0134]
Except for using 1 g of pyrene instead of cholestane as the substance to be encapsulated, when performed in the same manner as Comparative Examples 1 and 2, the amount of pyrene encapsulated after washing with n-hexane was 0.00%. The
As is apparent from the results of Examples 1 and 2 and the comparative example, when photodimerization is performed by ultraviolet irradiation, the encapsulated functional substances (cholestane and pyrene) are gradually released even by washing with a solvent of these functional substances. However, by dimerizing the organic group into a monomer by irradiation with a short wavelength ultraviolet ray, the encapsulated functional substances (cholestane and pyrene) can be gradually released out of the pores, that is, on-off of the sustained release of the inclusion by light. Control was possible. Since coumarin can be dimerized reversibly by light, it is expected that this on-off function can be performed repeatedly.
[0135]
【The invention's effect】
According to the present invention, the opening and closing function of the pores is controlled by introducing a functional group that is bonded or cleaved by an external stimulus into the pore opening of the mesoporous inorganic material having a structure in which one-dimensional pores are regularly arranged. Given to the material. This makes it possible for the mesoporous inorganic material of the present invention to enclose, release, or control specific substances. Specifically, the pores of the mesoporous inorganic material can be opened and closed by changing the conditions of the external stimulus, and by such an opening and closing function, harmful chemical substances can be removed, desired chemical substances can be taken in, or It is possible to release and control the functional substance filled in the pores.
[0136]
The mesoporous inorganic material of the present invention has a function of including a functional chemical substance in a solid material and releasing it from the inside to the outside (sustained release), and is used in various fields (for example, pharmaceuticals, agricultural chemicals, cosmetics). In various catalysts, fertilizers, fragrances, etc.), it can be used as a technique capable of supplying a necessary amount at a required time according to a given environment.
[0137]
For example, in conjunction with an external odor sensor, when an odor is observed, the encapsulated aromatic compound is gradually released to the outside to keep the air in the space comfortable or to respond to the arrival of pests, etc. The usage method of spraying can be considered. In addition, it can be used as a drug delivery system in which mesoporous silica encapsulating a drug is injected into the body by injection or the like, and then the ultraviolet ray is irradiated only to the affected area so that the drug acts only on the affected area. On the other hand, when the concentration of the chemical substance existing in the environment becomes high, there is a usage method in which the dimerized functional group is opened and the chemical substance is absorbed into the pores and removed from the system. I can expect.
[0138]
Thus, the mesoporous inorganic material of the present invention provides an excellent technical means applicable to various fields.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a drawing showing a state in which a compound in a pore is released and stored using a mesoporous inorganic material into which a functional group derived from a coumarin derivative is introduced.
FIG. 2 is a conceptual diagram of on-off control of sustained release of cholestane using organic group-introduced mesoporous silica (MCM-41) derived from a coumarin derivative.
FIG. 3 is a drawing showing the results of examining the UV absorption of the mesoporous inorganic materials prepared in Examples 1 to 4.

Claims (21)

一次元細孔が規則的に配列した構造を有するメソポーラス含ケイ素酸化物であって、
光照射により二量化する官能基を細孔口に有するメソポーラス含ケイ素酸化物。
A mesoporous silicon-containing oxide having a structure in which one-dimensional pores are regularly arranged,
A mesoporous silicon-containing oxide having a functional group dimerized by light irradiation at the pore opening.
メソポーラス含ケイ素酸化物がメソポーラスシリカである請求項1に記載のメソポーラス含ケイ素酸化物。The mesoporous silicon-containing oxide according to claim 1, wherein the mesoporous silicon-containing oxide is mesoporous silica. 光照射により二量化する官能基が、クマリン誘導体又はカルコン類由来の有機官能基である、請求項1又は2に記載のメソポーラス含ケイ素酸化物。The mesoporous silicon-containing oxide according to claim 1 or 2, wherein the functional group dimerized by light irradiation is an organic functional group derived from a coumarin derivative or a chalcone. 光照射により二量化する官能基が、紫外線により二量化するクマリン誘導体由来の有機官能基である、請求項1〜3のいずれかに記載のメソポーラス含ケイ素酸化物。The mesoporous silicon-containing oxide according to any one of claims 1 to 3, wherein the functional group dimerized by light irradiation is an organic functional group derived from a coumarin derivative dimerized by ultraviolet rays. 細孔内に機能性物質が充填されており、
前記細孔の孔径の大きさは1〜30nmであり、
前記機能性物質は、前記孔径の細孔内に入ることができる物質であり、かつ、ステロイド化合物、ビタミン化合物、ホルモン化合物、ペニシリン、イブプロフェン、リン酸エステル、アルカロイド、プロスタグランジン、アミノ酸、糖類、脂肪酸及び核酸からなる群から選ばれる少なくとも1種である
請求項1〜4のいずれかに記載のメソポーラス含ケイ素酸化物。
A functional substance is filled in the pores,
The pore diameter is 1 to 30 nm,
The functional substance is a substance that can enter the pores of the pore size, and steroid compound, vitamin compound, hormone compound, penicillin, ibuprofen, phosphate ester, alkaloid, prostaglandin, amino acid, saccharide, The mesoporous silicon-containing oxide according to any one of claims 1 to 4, which is at least one selected from the group consisting of fatty acids and nucleic acids.
機能性物質がコレスタン又はピレンである
請求項5に記載のメソポーラス含ケイ素酸化物。
The mesoporous silicon-containing oxide according to claim 5, wherein the functional substance is cholestane or pyrene.
一次元細孔が規則的に配列した構造を有するメソポーラス含ケイ素酸化物であって、
光照射により二量化する官能基を細孔口に有するメソポーラス含ケイ素酸化物の製造方法であって、
(1)水溶液中で界面活性剤を鋳型として、一次元細孔が規則的に配列した構造を有するメソポーラス含ケイ素酸化物を調製する工程、
(2)工程(1)において得られたメソポーラス含ケイ素酸化物に含まれる界面活性剤を除去する前に、光照射により二量化する官能基をメソポーラス含ケイ素酸化物の細孔口に導入する工程、及び
(3)界面活性剤を除去する工程、
を含む製造方法。
A mesoporous silicon-containing oxide having a structure in which one-dimensional pores are regularly arranged,
A method for producing a mesoporous silicon-containing oxide having a functional group dimerized by light irradiation at the pore opening,
(1) A step of preparing a mesoporous silicon-containing oxide having a structure in which one-dimensional pores are regularly arranged using a surfactant as a template in an aqueous solution,
(2) A step of introducing a functional group to be dimerized by light irradiation into the pore opening of the mesoporous silicon-containing oxide before removing the surfactant contained in the mesoporous silicon-containing oxide obtained in the step (1). And (3) removing the surfactant,
Manufacturing method.
メソポーラス含ケイ素酸化物がメソポーラスシリカである請求項7に記載の製造方法。The production method according to claim 7, wherein the mesoporous silicon-containing oxide is mesoporous silica. 光照射により二量化する官能基が、クマリン誘導体またはカルコン類由来の有機官能基である請求項8に記載の製造方法。 The production method according to claim 8, wherein the functional group dimerized by light irradiation is an organic functional group derived from a coumarin derivative or a chalcone . 光照射により二量化する官能基が、紫外線により二量化するクマリン誘導体由来の有機官能基である、請求項7〜9のいずれかに記載の製造方法。The manufacturing method in any one of Claims 7-9 whose functional group dimerized by light irradiation is an organic functional group derived from the coumarin derivative dimerized by an ultraviolet-ray. 工程(1)と工程(2)の間に、酸処理を行うことを特徴とする請求項7〜10のいずれかに記載の製造方法。The method according to any one of claims 7 to 10, wherein an acid treatment is performed between the step (1) and the step (2). 一次元細孔が規則的に配列した構造を有し、光照射により二量化する官能基を細孔口に有し、細孔内には機能性物質が充填されており、かつ、細孔の孔径の大きさは1〜30nmであるメソポーラス含ケイ素酸化物の製造方法であって、
(1)水溶液中で界面活性剤を鋳型として、一次元細孔が規則的に配列した構造を有するメソポーラス含ケイ素酸化物を調製する工程、
(2)工程(1)において得られたメソポーラス含ケイ素酸化物に含まれる界面活性剤を除去する前に、光照射により二量化する官能基をメソポーラス無機材料の細孔口に導入する工程、
(3)界面活性剤を除去する工程、
(4)機能性物質をメソポーラス含ケイ素酸化物の細孔内に充填する工程、及び
(5)(2)で導入した官能基を光照射により二量化する反応により結合させる工程を含み、
機能性物質が、前記孔径の細孔内に入ることができる物質であり、かつ、ステロイド化合物、ビタミン化合物、ホルモン化合物、ペニシリン、イブプロフェン、リン酸エステル、アルカロイド、プロスタグランジン、アミノ酸、糖類、脂肪酸及び核酸からなる群から選ばれる少なくとも1種である方法。
It has a structure in which one-dimensional pores are regularly arranged, has a functional group dimerized by light irradiation at the pore opening, is filled with a functional substance, and A method for producing a mesoporous silicon-containing oxide having a pore size of 1 to 30 nm,
(1) A step of preparing a mesoporous silicon-containing oxide having a structure in which one-dimensional pores are regularly arranged using a surfactant as a template in an aqueous solution,
(2) before removing the surfactant contained in the mesoporous silicon-containing oxide obtained in step (1), introducing a functional group to be dimerized by light irradiation into the pore opening of the mesoporous inorganic material;
(3) a step of removing the surfactant;
(4) including a step of filling a functional substance into pores of a mesoporous silicon-containing oxide, and (5) a step of bonding the functional group introduced in (2) by a reaction of dimerization by light irradiation,
A functional substance is a substance that can enter the pores of the above-mentioned pore diameter, and is a steroid compound, vitamin compound, hormone compound, penicillin, ibuprofen, phosphate ester, alkaloid, prostaglandin, amino acid, saccharide, fatty acid And at least one method selected from the group consisting of nucleic acids.
メソポーラス含ケイ素酸化物がメソポーラスシリカである請求項12に記載の製造方法。The method according to claim 12, wherein the mesoporous silicon-containing oxide is mesoporous silica. 光照射により二量化する官能基が、クマリン誘導体又はカルコン類由来の有機官能基である、請求項12又は13に記載の製造方法。The production method according to claim 12 or 13, wherein the functional group to be dimerized by light irradiation is an organic functional group derived from a coumarin derivative or a chalcone. 光照射により二量化する官能基が、紫外線により二量化するクマリン誘導体由来の有機官能基である、請求項12〜14のいずれかに記載の製造方法。The manufacturing method in any one of Claims 12-14 whose functional group dimerized by light irradiation is an organic functional group derived from the coumarin derivative dimerized by an ultraviolet-ray. 機能性物質がコレスタン又はピレンである請求項12〜15のいずれかに記載の製造方法。The production method according to claim 12, wherein the functional substance is cholestane or pyrene. 工程(1)と工程(2)の間に、酸処理を行うことを特徴とする請求項12〜16のいずれかに記載の製造方法。The method according to any one of claims 12 to 16, wherein an acid treatment is performed between the step (1) and the step (2). 機能性物質の放出を制御する方法であって、
(1)一次元細孔が規則的に配列した構造を有し、光照射により可逆的に二量化する官能基を細孔口に有し、細孔内に機能性物質が充填されており、かつ、細孔の孔径の大きさは1〜30nmであるメソポーラス含ケイ素酸化物に、
二量化した有機官能基の結合が開裂する波長の光を照射することにより機能性物質を細孔外に放出させる工程、及び
(2)前記有機官能基が二量化する波長の光を照射することにより(1)における機能性物質の放出を停止させる工程を有し、
機能性物質が、前記孔径の細孔内に入ることができる物質であり、かつ、ステロイド化合物、ビタミン化合物、ホルモン化合物、ペニシリン、イブプロフェン、リン酸エステル、アルカロイド、プロスタグランジン、アミノ酸、糖類、脂肪酸及び核酸からなる群から選ばれる少なくとも1種である方法。
A method for controlling the release of a functional substance,
(1) It has a structure in which one-dimensional pores are regularly arranged, has a functional group reversibly dimerized by light irradiation in the pore opening, and is filled with a functional substance in the pore, And in the mesoporous silicon-containing oxide whose pore diameter is 1 to 30 nm,
Irradiating light having a wavelength at which the bond of the dimerized organic functional group is cleaved to release the functional substance out of the pores; and (2) irradiating light having a wavelength at which the organic functional group is dimerized. A step of stopping the release of the functional substance in (1),
A functional substance is a substance that can enter the pores of the above-mentioned pore diameter, and is a steroid compound, vitamin compound, hormone compound, penicillin, ibuprofen, phosphate ester, alkaloid, prostaglandin, amino acid, saccharide, fatty acid And at least one method selected from the group consisting of nucleic acids.
メソポーラス含ケイ素酸化物がメソポーラスシリカである請求項18に記載の方法。The method according to claim 18, wherein the mesoporous silicon-containing oxide is mesoporous silica. 光照射により可逆的に二量化する官能基が、紫外線により二量化するクマリン誘導体由来の有機官能基である、請求項18又は19に記載の方法。The method according to claim 18 or 19, wherein the functional group that is reversibly dimerized by light irradiation is an organic functional group derived from a coumarin derivative that is dimerized by ultraviolet light. 機能性物質がコレスタン又はピレンである請求項18〜20のいずれかに記載の方法。The method according to any one of claims 18 to 20, wherein the functional substance is cholestane or pyrene.
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