JP4215360B2 - Organic-inorganic composite having spiral structure, metal oxide, and method for producing the same - Google Patents

Organic-inorganic composite having spiral structure, metal oxide, and method for producing the same Download PDF

Info

Publication number
JP4215360B2
JP4215360B2 JP31907099A JP31907099A JP4215360B2 JP 4215360 B2 JP4215360 B2 JP 4215360B2 JP 31907099 A JP31907099 A JP 31907099A JP 31907099 A JP31907099 A JP 31907099A JP 4215360 B2 JP4215360 B2 JP 4215360B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal
cholesterol derivative
metal oxide
gel
organic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP31907099A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2001139580A (en
Inventor
善之 小野
鐘和 鄭
征治 新海
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DIC Corp
Japan Science and Technology Agency
National Institute of Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
DIC Corp
Japan Science and Technology Agency
National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DIC Corp, Japan Science and Technology Agency, National Institute of Japan Science and Technology Agency filed Critical DIC Corp
Priority to JP31907099A priority Critical patent/JP4215360B2/en
Publication of JP2001139580A publication Critical patent/JP2001139580A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4215360B2 publication Critical patent/JP4215360B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Steroid Compounds (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、触媒その他の機能性材料として利用することができる新規な構造の有機無機複合体および金属酸化物、ならびにそれらの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術とその課題】
シリカに代表される無機多孔材料はその表面積の大きさおよび孔径に起因する分子の選択性から、触媒やその支持材料または吸着材料、クロマトグラフ用材料等として多用され、更なる改良が試みられている。これらの多孔材料の調製には何らかの鋳型を用いる方法が使われておりゼオライト等のマイクロポーラス材料の調製には有機低分子化合物、メソポーラス材料では界面活性剤やブロック共重合体、またマクロポーラス材料ではエマルジョンをそれぞれ用いた例がある。また多孔材料の中でも繊維状もしくは中空状の無機材料が酒石酸の分子状会合体やカーボンファイバー、カーボンナノチューブを鋳型として合成されている。一方、生体物質の機能を利用する所謂Biomineralizationに関する研究においても生体物質を鋳型にして様々な形態の無機材料を作り出す試みが試されており、自己組織化した脂質チューブを用いた円筒状の有機無機複合体等も得られている。しかしんがら、これまで、有機低分子ゲルを鋳型にして有機無機複合材料や無機材料を調製した例はない。多様な形態を示すこれらのゲル構造を反映した材料は特異な形態に基づく異方性を持った材料として各種の応用展開が期待される。例えば、繊維状のゲル、すなわち、直線状またはヘリックス状の細長い糸状のゲルを鋳型とすることにより、新しいタイプの機能性有機ゲルと無機物質との複合材料や多孔性無機材料が得られるものと期待されるが、そのような材料を具現化した技術は見当たらない。
【0003】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、先に、繊維状の有機低分子ゲルを鋳型とし、このゲル上で、シリカのような金属酸化物のゾルからゾルゲル反応により該金属酸化物の重合体を生成させることにより、有機低分子のゲルの構造を反映した有機無機複合体およびそれから有機物質を除去した中空糸状金属酸化物を得ることができる技術を開示した(特願平11−108922号)。鋳型となる有機低分子として特に好ましいのは、アゾベンゼン部位を有するコレステロール誘導体であり、例えば、アゾベンゼン部位を有するとともに、一端にカチオン性部位(アンモニウム塩)を有するコレステロール誘導体を用いることによりヘリックス(螺旋)状の中空糸状シリカが得られ(実施例3)、また、一端にアザクラウン環を有するコレステロール誘導体を用いることによりシートが渦巻状に巻かれた中空糸状シリカが得られている(実施例6)。
【0004】
しかしながら、これらのコレステロール誘導体を用いた場合は、ヘリックス(螺旋)状の金属酸化物(例えば、シリカ)に該金属酸化物を構成する金属とは別異の金属が固着されたような構造体は未だ得られていない。一定の向き(右巻きまたは左巻き)のヘリックス構造(螺旋構造)を成すシリカ等の表面に金属が存在するミクロ構造体は、例えば、キラルティの関与する反応に対する触媒等として有用性が期待されるが、上記特願平11−108922号にはそのような構造体は開示していなかった。
【0005】
本発明は、特願平11−108922号に開示された技術の改良に関するものであり、特定の官能基で置換されたアザクラウン環を有するコレステロール誘導体から形成され予め金属を保持し一定の向きの螺旋構造を呈するゲルを鋳型として、螺旋状の金属酸化物に該金属とは別異の金属が固着した構造体が得られるという知見に基づくものである。
【0006】
かくして、本発明は、
(1)下記の式(I)で表されるアザクラウン環を有するコレステロール誘導体を金属塩溶液に溶解させた後、蒸発乾固することにより、該金属塩由来の金属を包接したアザクラウン環を有するコレステロール誘導体を調製する工程、
(2)イ.金属を包接した前記コレステロール誘導体、
ロ.前記金属塩由来の金属とは別異の金属の金属酸化物の前駆体、該金属酸化物の前駆体からゾルゲル反応により金属酸化物重合体を生成するための触媒、水、および、必要により該金属酸化物の前駆体、触媒、水を溶解し得る溶媒から成るゾルゲル反応溶液、ならびに、
ハ.必要により前記コレステロール誘導体と前記ゾルゲル反応溶液とを溶解し得る有機溶媒、
を含有する均一混合液を調製する工程、
(3)イ.前記均一混合液から前記有機溶媒を除去するか、
ロ.前記均一混合液を加熱した後、冷却するか、または
ハ.前記均一混合液を冷却する、
ことにより前記コレステロール誘導体のゲルを形成させる工程、ならびに
(4)前記ゲル形成した系を保持して、前記金属酸化物前駆体由来の金属の金属酸化物の重合を進行させる工程、
を含むことを特徴とする、螺旋状で前記金属塩由来の金属を保持した前記コレステロール誘導体の表面に、前記金属酸化物前駆体由来の金属の金属酸化物が付着した有機無機複合体の製造方法を提供する(請求項1)。
【0007】
【化5】

Figure 0004215360
式(I)中、nは0または1であり、Xは下記(II)に示されるいずれかの官能基である。
【0008】
【化6】
Figure 0004215360
【0009】
本発明は、さらに、好ましい態様として、以上の方法により得られた有機無機複合体からコレステロール誘導体を除去することを特徴とする中空糸状で螺旋状の金属酸化物の製造方法を提供し(請求項2)、その特に好ましい態様においては、焼成によりコレステロール誘導体を除去する(請求項3)。
【0010】
さらに、本発明は、別の視点から、上記の方法(請求項1)により製造される有機無機複合体であって、内側が金属を保持した既述の式(I)で表されるコレステロール誘導体、外側が前記金属とは別異の金属の金属酸化物から成り直径がナノメータのオーダーの円筒構造が螺旋状を呈していることを特徴とする有機無機複合体を提供する。
【0011】
本発明は、さらに、上記の方法(請求項2,3)により製造されることができ、内径がナノメータのオーダーの円筒状金属酸化物が螺旋状を呈し、その金属酸化物の表面に該金属酸化物を構成する金属とは別異の金属が固着していることを特徴とする中空糸状金属酸化物も提供し、この中空糸状金属酸化物の特に好ましい例はシリカである。
【0012】
【発明の実施の形態】
上述の式(I)で表されるアザクラウン環を有するコレステロール誘導体を用いる本発明に従えば、ゲル状態にある該コレステロール誘導体の螺旋(へリックス)構造の向きに応じて螺旋の向きが制御された螺旋構造を有する有機無機複合体または金属酸化物を得ることができる。
【0013】
以下、本発明の有機無機複合体および金属の製造方法、およびそれらの構成する各要素に沿って本発明の特徴を詳述する。
製造方法
(1)金属を包接したコレステロール誘導体の調製:
本発明に従い有機無機複合体および金属酸化物を製造するには、先ず、上述の式(I)で表されるアザクラウン環を有するコレステロール誘導体を金属塩溶液に溶解させた後、蒸発乾固することにより、該金属塩由来の金属を包接したアザクラウン環を有するコレステロール誘導体を調製する。この金属塩由来の金属は、それとは別異の金属の金属酸化物(例えば、シリカ)の表面に固着して触媒など所望の機能を発揮するものから選ばれる。
【0014】
すなわち、式(I)のnの値によって定められるアザクラウン環の大きさに応じて該クラウン環に包接され安定な錯体を形成するような金属から選ばれ、好ましい金属としては、周期律表第Ia族の金属(アルカリ金属)、第Ib族の金属(Cu、Agなど)などが挙げられる。これらの金属は、コレステロール誘導体を溶解し得る塩化メチレン、THFなどの溶媒中で硝酸塩、塩化物、過塩素酸塩、チオシアン塩などの塩として添加される。
【0015】
(2)ゾルゲル反応溶液を含む混合液の調製:
次に、上記のように調製し金属塩由来の金属を包接したアザクラウン環を有するコレステロール誘導体とゾルゲル反応溶液とを混合して、それらを含有する均一な混合液を調製する。
【0016】
ここで、ゾルゲル反応溶液は、目的のゾルゲル反応系にもよるが、ゾルゲル反応が進行するような当初のゾルが形成されるように、少なくとも、金属酸化物(無機材料:前述の金属塩由来の金属とは別異の金属の金属酸化物)の前駆体(金属酸化物の出発原料:金属アルコキシド、金属クロリド、金属ジケトネート等)、該金属酸化物の前駆体からゾルゲル反応により金属酸化物を生成するための触媒(酸、アルカリ、アミン等)、および水(金属酸化物の前駆体の加水分解に必要であり、少量でよい)を含まなければならない。但し、これだけではゾルゲル反応系の溶解性が充分でない場合には、それらの前駆体、触媒、水を溶解し得るような溶媒を使用する。さらに、必要により、混合を円滑にするため、コレステロール誘導体とゾルゲル反応溶液とを溶解し得る有機溶媒を用いる。
【0017】
(3)ゲルの形成:
本発明の方法においては、このようにして得られた混合液中において式(I)のコレステロール誘導体のゲルを形成させる。ここで、本発明に関連して用いるゲルという語は、一般的には、溶媒を完全に束縛して固まっている状態を指称するが、系を傾け軽い衝撃を与えると流動する程度に有機低分子(コレステロール誘導体)が互いに結合して繊維を形成している状態も含むものとする。このゲル形成の工程は以下のようにして行う。
【0018】
コレステロール誘導体のゲル形成の生じる温度が室温またはそれ以上である場合には、混合を円滑に行うためにコレステロール誘導体とゾルゲル反応溶液との両者を溶解する有機溶媒を添加して調製した均一混合液から、溶解するために加えた有機溶媒を除去することによりゲルを形成させる。この有機溶媒の除去は、一般に、減圧乾燥により行う。また、コレステロール誘導体が加熱に耐えられる場合は、上記の均一混合液を加熱した後、室温に冷却してゲルを形成する。さらに、ゲル形成温度が室温以下の場合には、コレステロール誘導体とゾルゲル反応溶液とを室温で混合し、系を冷却することによりゲルを形成する。この工程中に、一般に繊維状構造のコレステロール誘導体のゲルが先行して形成され、金属酸化物のゾルゲル反応が一部進行する。
【0019】
(4)金属酸化物の重合:
本発明に従い有機無機複合体を製造するには、次に、上記のようにゲルが形成した系を、該ゲルが壊れないような条件下に保持しながら、金属酸化物の重合を更に進行させる。すなわち、室温でゲル形成が生じたような系は室温下に、また、冷却によってゲルが形成したような系は、その冷却温度に、適当時間(一般に、数日間以上)保持すれば、金属酸化物のゾルゲル反応により加水分解、重縮合が進行し、金属酸化物の重合度が上がり溶液中に溶解し得なくなった金属酸化物が繊維状構造のコレステロール誘導体表面に付着、析出する。既述の式(I)で表されるアザクラウン環を有するコレステロール誘導体は、静電力により金属酸化物を付着させるため適度のイオン性を有しているものと推測される。
【0020】
(5)有機無機複合体および金属酸化物の調製:
以上のような工程の後、乾燥を行い、余分な溶媒を除去し、ゲル構造のコレステロール誘導体分子を残せば、螺旋状で金属塩由来の金属を保持したコレステロール誘導体の表面に、金属酸化物前駆体由来の金属の金属酸化物が付着した有機無機複合体が得られる。さらに、コレステロール誘導体を除去すれば、螺旋状で中空糸状の金属酸化物となる。コレステロール誘導体の除去は、溶媒を用いて溶出させることにより可能な場合もあるが、一般に、本発明の複合体における有機分子は金属酸化物の外壁により強く保護され耐溶剤性を有するので、焼成により行うのが好ましい。
【0021】
アザクラウン環を有するコレステロール誘導体
上述の式(I)で表されるアザクラウン環を有するコレステロール誘導体をゲル形成材として用いる本発明に従えば、(金属塩由来の)金属を保持したコレステロール誘導体(I)のゲルのキラリティ、すなわち、該ゲルが右巻きのヘリックス(螺旋)か左巻きのヘリックス(螺旋)かということに応じて、最終的に得られる有機無機複合体および金属酸化物のキラリティ、すなわち、そのヘリックス(螺旋)構造の向き(右巻きまたは左巻き)を制御することができる。
【0022】
ゲル状態のキラリティは、CD(円二色性)スペクトルを測定することにより知ることができる。CD測定により正の分裂型スペクトル(正の分裂型コットン効果)が見られるときは、ゲルはR−キラリティを有し右巻きのヘリックス(螺旋)構造を呈し、逆に、負の分裂型スペクトル(負の分裂型コットン効果)が見られるときは、ゲルはS−キラリティを有し左巻きのヘリックス構造を呈する。ゲルのヘリックス構造に影響を与える因子として特に重要なものは、ゲルを形成する際の有機溶媒の種類と冷却方法である。すなわち、一般に、アルコールなどの極性溶媒を用いた場合には正の分裂型スペクトルが見られ、ヘキサン、メチルシクロヘキサンなどの非極性溶媒では負の分裂型スペクトルが見られる。また、高温のゾル溶液を氷水に浸漬させる等急冷してゲルを調製すると、負の分裂型コットン効果(S−キラリティ)が発現するのに対し、高温のゾル溶液を室温に放置する等のように徐冷してゲルを調製すると正の分裂型コットン効果(R−キラリティ)が発現する傾向がある。
【0023】
したがって、式(I)のコレステロール誘導体を用いる本発明の方法に従えば、予め、これらの因子を調整して該コレステロール誘導体のゲル状態におけるキラリティを確認しておくことにより、ヘリックス(螺旋)構造を有し且つその向き(右巻きか左巻きか)を制御した有機無機複合体および金属酸化物を得ることができる。式(I)のアザクラウン環を有するコレステロール誘導体から成るゲルを鋳型として用いる本発明の方法により、該コレステロール誘導体ゲルのヘリックス構造に対応した有機無機複合体や金属酸化物が得られる詳細な理由は未だ解明されていないが、式(I)のコレステロール誘導体から成るゲルは、シリカのような金属酸化物の適量を付着させるとともに、適度の太さの繊維状構造を形成していることに因るのかも知れない。
【0024】
本発明において用いる式(I)のコレステロール誘導体は、既知の反応を工夫して図1に例示するような反応スキームに従い、4−((ブロモブチルオキシフェニル)アゾ)安息香酸とコレステロールを反応させて得られたアゾベンゼン部位を有するコレステロール誘導体に、対応するアザクラウンを反応させることにより合成することができる。
【0025】
金属酸化物(無機材料)
ゾルゲル反応の進行過程における金属酸化物の表面電荷は金属の種類と溶液のpHによって変化するので、コレステロール誘導体ゲルの表面に静電的に付着しやすいように金属の種類とpHを選ぶ必要があるが、本発明において用いられ得る金属酸化物の種類に基本的に制限はない。例えば、シリカ、アルミナ、ボレイトの他、チタニア、ジルコニア、ヘマタイト等の遷移金属酸化物が挙げられる。金属酸化物を与えるゾルゲル反応の前駆体(出発物質)としてはこれらの金属のアルコキシドおよびクロリド、ジケトネート等が挙げられる。具体的にはシリカでは、テトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、テトラクロロシラン、アルミナではアルミニウムトリ−sec−ブトキシド、アルミニウム(III)2,4−ペンタンジオネート、ボレイトではトリメトキシボラン、チタニアではチタンエトキサイド、ジルコニアではジルコニウムテトラ−n−ブトキサイド等である。
【0026】
ゾルゲル反応溶液
ゲル状態の繊維状コレステロール誘導体表面への金属酸化物の付着を効率的に進めるために、溶液の組成は金属酸化物重合体が低重合度のうちに析出する組成が望ましい。すなわち、アルコールやTHF等の金属酸化物に対する溶解度の大きな有機溶媒を多く含まない組成でなければならない。
【0027】
また金属酸化物の表面電荷はその金属の電気陰性度と溶液のpHによって決まるので、鋳型分子を効率的に付着する符号になるpHを金属の種類に応じて変化する必要がある。本発明において鋳型となるコレステロール誘導体のゲルはカチオン性となり、これに対して、例えば、酢酸主体のゾルゲル溶液中(pH≒5)でのシリカ表面はアニオンと考えられ、鋳型分子であるゲルの繊維構造表面に金属酸化物が静電引力的に付着し成長すると考えられる。
【0028】
金属酸化物(無機材料)の含有量が有機分子(コレステロール誘導体)に比べ多すぎると乾燥時の金属酸化物の収縮によって有機分子が圧縮され中空状構造をとりにくくなるし、金属酸化物同士の融合が生じ独立した繊維状構造にならないので望ましくなく、また少なすぎると金属酸化物の中空状構造が脆弱になる。従って最終的に得られる有機無機複合体に対し金属酸化物の量は重量比で20〜90%であることが望ましい。
【0029】
有機無機複合体と中空糸金属酸化物の特性
本発明の有機無機複合体は、式(I)で表されるコレステロール誘導体から成る繊維状有機分子の表面に金属酸化物が付着した構造、すなわち、内側が式(I)のコレステロール誘導体であり、外側が金属酸化物である二重円筒状構造から成る(すなわち、円柱状のコレステロール誘導体の外側に金属酸化物が存在する円環状の横断面を呈する)。該円筒の直径(最外径)はナノメータのオーダー、すなわち、一般的には数nmから数百nm(例えば、約30〜200nm)である。そして、内側のコレステロール誘導体は、金属塩由来の金属を保持し、鋳型ゲルのヘリックス構造(螺旋構造)に応じた螺旋状を呈するので、有機無機複合体としても全体的に螺旋状を呈する。
【0030】
このような有機無機複合体から既述のようにコレステロール誘導体を除去すると、コレステロール誘導体の大きさに対応する内径を有する円筒状構造、すなわち、内径がナノメータのオーダー(例えば、約10〜100nm)の中空糸状で且つ螺旋状の金属酸化物であって、その金属酸化物の表面に該金属酸化物を構成する金属とは別異の金属が固着している構造体が得られる。
【0031】
本発明の有機無機複合体は、中空糸状金属酸化物(例えば、シリカ)の前駆体として有用であるが、それ自身も各種の用途が期待される。例えば、本発明の有機無機複合体は、アゾベンゼンを持つコレステロール誘導体を含むので、アゾベンゼン部分のトランス−シスの構造変化によりフォトクロミックな性質を発現する材料として用いることができる。このとき、中空糸状の構造をとる本発明の有機無機複合体は、芯の部分のコレステロール誘導体を外壁の金属酸化物が外界から遮断するため、耐溶剤性、耐熱性に優れたフォトクロミック材料を与える。
【0032】
他方、本発明の中空糸状金属酸化物は、中空糸の外表面、内表面のいずれをも利用して触媒、吸着剤等への応用が可能である。特に、ゲル形成剤として触媒活性を有する金属イオンを包接した式(I)のコレステロール誘導体を用いることにより得られ、該金属の微粒子がシリカのような中空糸状で一定の向きの螺旋構造の金属酸化物の表面に存在する構造体は、キラリティの関与する反応に対する触媒として有用である。また、該コレステロール誘導体に半導体として機能するような金属を包接させることによって得られる本発明の金属酸化物は、量子効果(発光の波長変化)を有する半導体材料等としての用途が期待される。その他、本発明の中空糸状金属酸化物は、繊維状態であるため嵩高く、これに加えて中空構造のため断熱効果が高く、金属酸化物の耐熱性が高いことから断熱材としても優れている。
【0033】
【実施例】
以下に本発明の特徴をさらに明らかにするため実施例を示すが、本発明はこの実施例によって制限されるものではない。
実施例1:アザクラウン環を有するコレステロール誘導体の合成
図1に示す反応スキームに従って、同図に3として示しているアザクラウン環を有するコレステロール誘導体4−(N−ベンジルジアザ−18−クラウン−6−ブトキシ)−4’−((コレステイルオキシ)カルボニル)アゾベンゼンを合成した。
4−(N−ベンジルジアザ−18−クラウン−6−ブトキシ)−4’−((コレステイルオキシ)カルボニル)アゾベンゼン〔図1の化合物3〕の合成:
4−((ブロモブチルオキシフェニル)アゾ)安息香酸〔図1に2として示す化合物〕0.7g(1.8mmol)と、コレステロール0.718g(2.23mmol)を窒素雰囲気下に20mlのジクロロメタンに溶解した。得られた溶液を氷浴で0℃に保持し、ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)0.383g(1.86mmol)とジメチルアミノピリジン(DMAP)0.022g(0.186mmol)を添加し、反応混合物を0℃で4時間攪拌した。反応混合物を濾過し、濾液を酸性水溶液および塩基性水溶液で洗浄した(それぞれ50mL)。有機層を蒸発乾固し、残留物をTHF/n−ヘキサン(1:6v/v)を溶出液とするシリカゲルで精製することにより、黄色固体として化合物3を得た。収率26%。融点141.5℃。NMR、MS(質量分析)およびIRによる同定データは以下のとおりである。
1H NMR : (300MHz, CDCl3) : δ(ppm)=8.17 (2H, d, J=9.0Hz), 7.72(2H, d, J=9.0Ha), 7.90(2H, d, J=9.0Hz), 7.10(2H, d, J=9.0Hz), 5.45(1H, d. J=6.3Hz), 5.02-4.88(1H, m), 41(2H, t, J=6.3Hz), 3.52(2H, t, J=6.2Hz), 2.49(2H, d, J=6.2Hz), 2.28-0.94(35H, m), 0.88(3H, s), 13C NMR(75 MHz, CDDl3) : δ(ppm)=165.1, 161.88, 155.20, 146.98, 139.9, 130.2, 125.18, 122.84, 122.28, 114.72, 67.22, 66,67, 56,67, 56.11, 50.01, 42.30, 39.71, 39.50, 38.20. 37.01, 36.64, 36.17, 35.79, 33.32, 31.92, 31.86, 29.3, 28.32, 28.01, 27.88, 27.78, 24.28, 23.82, 22.83, 22.56, 21.04, 19.38, 19.38, 18.71, 11.86。 MS(SIMS)=745[M+H]+。 IR(KBr) : 3005, 1722, 1603, 1579, 1500, 1468, 1284, 1116, 1047cm-1
【0034】
4−(N−ベンジルジアザ−18−クラウン−6−ブトキシ)−4’−((コレステイルオキシ)カルボニル)アゾベンゼン〔図1の化合物3〕の合成:
上記のようにして得られた化合物3の0.13g(0.174mmol)、モノベンジル−ジアザ−18−6の0.061g(0.174mmol)および炭酸ナトリウムの0.784g(1.74mmol)から成る混合物を無水ブチロニトリル中で、24時間還流した。冷却後、濾過し、濾液を真空蒸発させて乾固した。残留物をエタノール/ジクロロメタン(1:30v/v)を溶出液として酸化アルミニウムにより精製することにより黄色固体として所望の化合物1を得た。収率43.3%、融点128〜130℃。NMR、MS、IRおよび元素分析による同定データは以下のとおりである。
1H NMR : (300MHz, CDCl3) : δ(ppm)=8.17 (2H, d, J=9.1Hz), 7.93(7H, m), 7.88(2H, d, J=9.0Hz), 7.01(2H, d, J=9.0Hz), 5.45(1H, d. J=6.5Hz), 4.90(1H, m), 4.08(2H, t, J=6.5Hz), 3.73-3.61(26H, m), 2.78(4H, t, J=12.1Hz), 2.75(2H, t, J=6.5Hz), 2.49(2H, d, J=6.3Hz), 2.01-0.69(39H, m), 13C NMR(75 MHz, CDDl3) : δ(ppm)=165.47, 162.13, 155.19, 146.80, 139.54, 134.77, 130.48, 125.13, 122.79, 122.22, 114.72, 74.79, 70,84, 70,73, 70.70, 70.35, 68.14, 56.62, 56.06, 53.94. 49.87, 42,25, 39.66, 39.45, 38.16, 36.97, 36.60, 36.12, 35.75, 31.88, 28.19, 27.96, 27.84, 26.96, 24.24, 23.78, 22.79, 22.53, 21.00, 19.34, 18.67, 11.81。 MS(SIMS)=1019[M+H]+。 IR(KBr) : 2943, 2868, 1711, 1599, 1581, 1500, 1468, 1419, 1404, 1275, 1140, 1109cm-1 元素分析:理論値(C6392として):C,74.41;H,9.12;N,5.51 実測値C,73.70;H,9.15;N,5.91。
【0035】
実施例2:有機無機複合体および金属酸化物の調製
コレステロール誘導体への金属カチオン包接
実施例1で合成したアザクラウン環を有するコレステロール誘導体(図1の化合物1)をAgNOのTHF溶液(5.00×10-2mol dm-1)に溶解し、一晩攪拌し透明液とした後、室温で乾燥し溶媒を除去することにより、Agイオンがコレステロール誘導体に包接されるようにした。
【0036】
ゲル化およびシリケートのゾルゲル反応
上記のようにAgイオンを包接させたコレステロール誘導体1の残渣を次の組成のゾルゲル反応溶液と混合し、加熱(50℃)した後、室温に冷却した:1−ブタノール(98mg)/TEOS(テトラエトキシシラン)(16mg)/水(5.8mg)/ベンジルアミン(5.6mg)。比較のために、AgNO溶液に添加しないコレステロール誘導体1を用いて同様の条件でゲル化およびゾルゲル反応を実施した。室温に冷却して1日放置すると不透明化してゲルが形成されたことが認められた。図2は、このゲルのCDスペクトルを示す。金属を包接していない場合もCD活性であり、正の分裂型スペクトルが示されるが、そのスペクトルは明瞭ではない。これに対して、Agを包接した場合には明瞭な正の分裂型スペクトル(R−キラリティ)が認められる。
【0037】
乾燥および焼成
上記のようなゾルゲル反応後、得られたゲルを室温下に2日間乾燥し、さらに、真空下で5時間乾燥し有機無機複合体を得た。図3は、このようにして得られた有機無機複合体のSEM(走査電子顕微鏡)写真である。金属イオンを包接したコレステロール誘導体を用いて調製した有機無機複合体は、円筒状で右巻きのヘリックス構造を呈しており、ゲル状態のキラリティを反映していることが理解される。円筒の直径(最外径)は、約30〜200nmであることが認められる。
【0038】
さらに、窒素気流下200℃で6時間乾燥し、次いで500℃で2時間、最後に空気気流中で500℃で4時間焼成し、金属酸化物(シリカ)を得た。図4および図5は、このようにして得られたシリカのそれぞれSEM写真およびTEM(透過型電子顕微鏡)写真である。金属イオン(Ag)を包接したコレステロール誘導体1を用いて調製したシリカは、中空糸状で右巻きの螺旋状を呈している。その内径は約25〜50nmであり、また、Ag粒子の存在(図5の黒い点状物)が認められる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明において用いられるアザクラウン環を有するコレステロール誘導体の1例を合成する反応スキームを示す。
【図2】本発明により有機無機複合体および金属酸化物を調製するためのゲルのCDスペクトルの例を示す。
【図3】本発明の有機無機複合体の1例の結晶構造を示す走査電子顕微鏡写真(B)であり、(A)は、参考のためにAgNO溶液に添加せずに同様に調製した有機無機複合体の結晶構造を示す走査顕微鏡写真である。
【図4】本発明の金属酸化物の1例の結晶構造を示す走査電子顕微鏡写真である。
【図5】本発明の金属酸化物の1例の結晶構造を示す透過電子顕微鏡写真である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to organic-inorganic composites and metal oxides having novel structures that can be used as catalysts and other functional materials, and methods for producing them.
[0002]
[Prior art and its problems]
Inorganic porous materials typified by silica are widely used as catalysts, supporting materials or adsorbing materials, chromatographic materials, etc., because of their surface area and molecular selectivity due to pore size, and further improvements have been attempted. Yes. For the preparation of these porous materials, a method using some template is used, and for the preparation of microporous materials such as zeolite, organic low molecular weight compounds, surfactants and block copolymers for mesoporous materials, and macroporous materials, There are examples using each emulsion. Among porous materials, fibrous or hollow inorganic materials are synthesized using tartaric acid molecular aggregates, carbon fibers, and carbon nanotubes as templates. On the other hand, in the research on so-called Biomineralization that utilizes the function of biological material, attempts have been made to create various forms of inorganic materials using biological material as a template. Cylindrical organic inorganic using self-organized lipid tubes Complexes and the like have also been obtained. However, there has been no example of preparing an organic-inorganic composite material or an inorganic material using an organic low-molecular gel as a template. Materials reflecting these gel structures exhibiting various forms are expected to have various applications as materials with anisotropy based on unique forms. For example, a new type of functional organic gel-inorganic composite material or porous inorganic material can be obtained by using a fibrous gel, i.e., a linear or helical elongated filamentous gel as a template. Although expected, there is no technology that embodies such materials.
[0003]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors previously used a fibrous organic low-molecular gel as a template, and on this gel, a polymer of the metal oxide is produced by a sol-gel reaction from a sol of a metal oxide such as silica. An organic-inorganic composite reflecting the structure of an organic low-molecular gel and a technique capable of obtaining a hollow fiber metal oxide from which an organic substance has been removed have been disclosed (Japanese Patent Application No. 11-108922). Particularly preferred as a small organic molecule as a template is a cholesterol derivative having an azobenzene moiety, for example, by using a cholesterol derivative having an azobenzene moiety and a cationic moiety (ammonium salt) at one end. A hollow fiber silica is obtained (Example 3), and a hollow fiber silica in which a sheet is spirally wound is obtained by using a cholesterol derivative having an azacrown ring at one end (Example 6). .
[0004]
However, when these cholesterol derivatives are used, a structure in which a metal different from the metal constituting the metal oxide is fixed to a helical metal oxide (for example, silica) It has not been obtained yet. A microstructure in which a metal exists on the surface of silica or the like having a helix structure (spiral structure) in a certain direction (right-handed or left-handed) is expected to be useful as a catalyst for reactions involving chirality, for example. The above Japanese Patent Application No. 11-108922 did not disclose such a structure.
[0005]
The present invention relates to an improvement of the technique disclosed in Japanese Patent Application No. 11-108922, which is formed from a cholesterol derivative having an azacrown ring substituted with a specific functional group and holds a metal in advance and has a certain orientation. This is based on the knowledge that a gel having a spiral structure is used as a template to obtain a structure in which a metal different from the metal is fixed to a spiral metal oxide.
[0006]
Thus, the present invention
(1) After a cholesterol derivative having an azacrown ring represented by the following formula (I) is dissolved in a metal salt solution and evaporated to dryness, an azacrown ring in which the metal derived from the metal salt is included Preparing a cholesterol derivative having
(2) a. The cholesterol derivative containing metal,
B. A metal oxide precursor different from a metal derived from the metal salt, a catalyst for forming a metal oxide polymer from the metal oxide precursor by a sol-gel reaction, water, and, if necessary, the A sol-gel reaction solution comprising a metal oxide precursor, a catalyst, a solvent capable of dissolving water, and
C. An organic solvent capable of dissolving the cholesterol derivative and the sol-gel reaction solution if necessary,
A step of preparing a homogeneous mixed solution containing
(3) a. Removing the organic solvent from the homogeneous mixture,
B. The homogeneous mixture is heated and then cooled, or
C. Cooling the homogeneous mixture;
A step of forming a gel of said cholesterol derivative, and
(4) holding the gel-formed system and advancing polymerization of the metal oxide of the metal derived from the metal oxide precursor;
A method for producing an organic-inorganic composite in which a metal oxide of a metal derived from the metal oxide precursor is attached to the surface of the cholesterol derivative that holds the metal derived from the metal salt in a spiral shape (Claim 1).
[0007]
[Chemical formula 5]
Figure 0004215360
In the formula (I), n is 0 or 1, and X is any functional group shown in the following (II).
[0008]
[Chemical 6]
Figure 0004215360
[0009]
The present invention further provides, as a preferred embodiment, a method for producing a hollow fiber-like spiral metal oxide characterized in that a cholesterol derivative is removed from the organic-inorganic composite obtained by the above method (claim). 2) In a particularly preferred embodiment thereof, the cholesterol derivative is removed by calcination (claim 3).
[0010]
Furthermore, the present invention, from another point of view, is an organic-inorganic composite produced by the above method (Claim 1), wherein the inside is a cholesterol derivative represented by the above-mentioned formula (I) holding a metal. The organic-inorganic composite is characterized in that the outer side is made of a metal oxide of a metal different from the metal and the cylindrical structure having a diameter of the order of nanometers has a spiral shape.
[0011]
Further, the present invention can be manufactured by the above method (Claims 2 and 3), and a cylindrical metal oxide having an inner diameter of the order of nanometer has a spiral shape, and the metal oxide is formed on the surface of the metal oxide. Also provided is a hollow fiber metal oxide characterized in that a metal different from the metal constituting the oxide is fixed, and a particularly preferred example of this hollow fiber metal oxide is silica.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to the present invention using the cholesterol derivative having an azacrown ring represented by the above formula (I), the direction of the helix is controlled according to the direction of the helix structure of the cholesterol derivative in the gel state. An organic-inorganic composite or metal oxide having a helical structure can be obtained.
[0013]
Hereinafter, the characteristics of the present invention will be described in detail along the organic-inorganic composite and the metal production method of the present invention, and the constituent elements thereof.
Production method
(1) Preparation of cholesterol derivative containing metal:
In order to produce an organic-inorganic composite and a metal oxide according to the present invention, first, a cholesterol derivative having an azacrown ring represented by the above formula (I) is dissolved in a metal salt solution, and then evaporated to dryness. As a result, a cholesterol derivative having an azacrown ring in which the metal derived from the metal salt is included is prepared. The metal derived from the metal salt is selected from those that adhere to the surface of a metal oxide (for example, silica) of a metal different from that and exhibit a desired function such as a catalyst.
[0014]
That is, it is selected from metals that are included in the crown ring and form a stable complex according to the size of the azacrown ring determined by the value of n in formula (I). Preferred metals include the periodic table. Examples include Group Ia metals (alkali metals), Group Ib metals (Cu, Ag, etc.), and the like. These metals are added as salts such as nitrates, chlorides, perchlorates and thiocyanates in solvents such as methylene chloride and THF that can dissolve cholesterol derivatives.
[0015]
(2) Preparation of mixed solution containing sol-gel reaction solution:
Next, a cholesterol derivative having an azacrown ring which is prepared as described above and includes a metal derived from a metal salt is mixed with a sol-gel reaction solution to prepare a uniform mixed solution containing them.
[0016]
Here, the sol-gel reaction solution depends on the target sol-gel reaction system, but at least a metal oxide (inorganic material: derived from the above-mentioned metal salt) is formed so that an initial sol in which the sol-gel reaction proceeds is formed. Metal oxides (metal oxides different from metals) precursors (metal oxide starting materials: metal alkoxides, metal chlorides, metal diketonates, etc.), and metal oxides generated from the metal oxide precursors by sol-gel reaction Catalyst (acid, alkali, amine, etc.) and water (necessary for hydrolysis of the metal oxide precursor and may be in small amounts). However, when the solubility of the sol-gel reaction system is not sufficient by this alone, a solvent capable of dissolving the precursor, catalyst, and water is used. Furthermore, if necessary, an organic solvent capable of dissolving the cholesterol derivative and the sol-gel reaction solution is used in order to facilitate mixing.
[0017]
(3) Formation of gel:
In the method of the present invention, a gel of a cholesterol derivative of the formula (I) is formed in the mixed solution thus obtained. Here, the term gel used in connection with the present invention generally refers to a state in which the solvent is completely constrained and solidified, but the organic low enough to flow when the system is tilted and given a light impact. It also includes a state in which molecules (cholesterol derivatives) are bonded to each other to form a fiber. This gel forming step is performed as follows.
[0018]
When the temperature at which the gel formation of the cholesterol derivative occurs is at room temperature or higher, in order to facilitate mixing, from a homogeneous mixture prepared by adding an organic solvent that dissolves both the cholesterol derivative and the sol-gel reaction solution The gel is formed by removing the organic solvent added to dissolve. This organic solvent is generally removed by drying under reduced pressure. Moreover, when a cholesterol derivative can endure heating, after heating said uniform liquid mixture, it cools to room temperature and forms a gel. Furthermore, when the gel formation temperature is room temperature or lower, the gel is formed by mixing the cholesterol derivative and the sol-gel reaction solution at room temperature and cooling the system. During this process, generally, a gel of a cholesterol derivative having a fibrous structure is formed in advance, and a sol-gel reaction of a metal oxide partially proceeds.
[0019]
(4) Polymerization of metal oxide:
In order to produce the organic-inorganic composite according to the present invention, the polymerization of the metal oxide is further advanced while maintaining the system in which the gel is formed as described above under the condition that the gel is not broken. . That is, a system in which gel formation has occurred at room temperature, and a system in which gel has been formed by cooling will be subjected to metal oxidation if kept at the cooling temperature for an appropriate time (generally several days or more). Hydrolysis and polycondensation proceed due to the sol-gel reaction of the product, the degree of polymerization of the metal oxide increases, and the metal oxide that cannot be dissolved in the solution adheres to and precipitates on the surface of the cholesterol derivative having a fibrous structure. The cholesterol derivative having an azacrown ring represented by the aforementioned formula (I) is presumed to have moderate ionicity because a metal oxide is attached by electrostatic force.
[0020]
(5) Preparation of organic-inorganic composite and metal oxide:
After the above steps, drying is performed to remove the excess solvent, leaving the cholesterol derivative molecule in the gel structure, and the metal oxide precursor is formed on the surface of the cholesterol derivative holding the metal derived from the metal salt in a spiral shape. An organic-inorganic composite having a metal oxide derived from the body attached thereto is obtained. Further, if the cholesterol derivative is removed, a spiral and hollow fiber metal oxide is obtained. Although removal of the cholesterol derivative may be possible by elution using a solvent, in general, the organic molecules in the complex of the present invention are strongly protected by the outer wall of the metal oxide and have solvent resistance. It is preferred to do so.
[0021]
Cholesterol derivatives having an azacrown ring
According to the present invention using a cholesterol derivative having an azacrown ring represented by the above formula (I) as a gel-forming material, the gel chirality of the cholesterol derivative (I) holding a metal (derived from a metal salt), that is, Depending on whether the gel is a right-handed helix or a left-handed helix, the final chirality of the organic-inorganic composite and metal oxide, ie, its helix structure The direction (right-handed or left-handed) can be controlled.
[0022]
The chirality of the gel state can be known by measuring a CD (circular dichroism) spectrum. When a positive splitting spectrum (positive splitting cotton effect) is seen by CD measurement, the gel has a right-handed helix structure with R-chirality, and conversely, a negative splitting spectrum ( When a negative split cotton effect is observed, the gel has S-chirality and a left-handed helical structure. Of particular importance as factors affecting the helical structure of the gel are the type of organic solvent and the cooling method used when forming the gel. That is, generally, when a polar solvent such as alcohol is used, a positive splitting spectrum is seen, and with a nonpolar solvent such as hexane and methylcyclohexane, a negative splitting spectrum is seen. In addition, when a gel is prepared by rapid cooling, such as by immersing a high-temperature sol solution in ice water, a negative split-type cotton effect (S-chirality) appears, whereas a high-temperature sol solution is left at room temperature. When the gel is slowly cooled to prepare a positive split cotton effect (R-chirality) tends to develop.
[0023]
Therefore, according to the method of the present invention using the cholesterol derivative of the formula (I), by adjusting these factors in advance and confirming the chirality in the gel state of the cholesterol derivative, the helix structure is formed. It is possible to obtain an organic-inorganic composite and a metal oxide that have a controlled orientation (right-handed or left-handed). The detailed reason why an organic-inorganic composite or a metal oxide corresponding to the helix structure of the cholesterol derivative gel can be obtained by the method of the present invention using a gel comprising a cholesterol derivative having an azacrown ring of formula (I) as a template is as follows. Although not yet elucidated, the gel composed of the cholesterol derivative of the formula (I) is caused by depositing an appropriate amount of a metal oxide such as silica and forming a fibrous structure having an appropriate thickness. It may be.
[0024]
The cholesterol derivative of formula (I) used in the present invention is prepared by reacting 4-((bromobutyloxyphenyl) azo) benzoic acid and cholesterol according to a reaction scheme as illustrated in FIG. The resulting cholesterol derivative having an azobenzene moiety can be synthesized by reacting the corresponding azacrown.
[0025]
Metal oxide (inorganic material)
Since the surface charge of the metal oxide during the progress of the sol-gel reaction varies depending on the type of metal and the pH of the solution, it is necessary to select the type and pH of the metal so that it easily adheres to the surface of the cholesterol derivative gel. However, there is basically no limitation on the type of metal oxide that can be used in the present invention. Examples thereof include transition metal oxides such as titania, zirconia, and hematite in addition to silica, alumina, and borate. Examples of the precursor (starting material) of the sol-gel reaction that gives a metal oxide include alkoxides and chlorides of these metals, diketonates, and the like. Specifically, silica is tetraethoxysilane, methyltriethoxysilane, tetrachlorosilane, alumina is aluminum tri-sec-butoxide, aluminum (III) 2,4-pentanedionate, borate is trimethoxyborane, and titania is titanium ethoxy. For side and zirconia, zirconium tetra-n-butoxide is used.
[0026]
Sol-gel reaction solution
In order to efficiently promote the adhesion of the metal oxide to the surface of the gel-like fibrous cholesterol derivative, the composition of the solution is preferably a composition in which the metal oxide polymer precipitates with a low degree of polymerization. That is, the composition should not contain a large amount of an organic solvent having high solubility in metal oxides such as alcohol and THF.
[0027]
Further, since the surface charge of the metal oxide is determined by the electronegativity of the metal and the pH of the solution, it is necessary to change the pH, which is a sign for efficiently attaching the template molecule, according to the type of metal. In the present invention, the gel of the cholesterol derivative used as a template becomes cationic. On the other hand, for example, the silica surface in a sol-gel solution mainly composed of acetic acid (pH≈5) is considered to be an anion. It is thought that the metal oxide adheres electrostatically to the structure surface and grows.
[0028]
If the content of metal oxide (inorganic material) is too much compared to organic molecules (cholesterol derivatives), the organic molecules are compressed by the shrinkage of the metal oxide during drying, making it difficult to form a hollow structure. Fusion is not desirable because it does not result in an independent fibrous structure, and if too little, the hollow structure of the metal oxide becomes brittle. Therefore, the amount of the metal oxide is preferably 20 to 90% by weight with respect to the finally obtained organic-inorganic composite.
[0029]
Properties of organic-inorganic composites and hollow fiber metal oxides
The organic-inorganic composite of the present invention has a structure in which a metal oxide is attached to the surface of a fibrous organic molecule composed of a cholesterol derivative represented by the formula (I), that is, the inside is a cholesterol derivative of the formula (I), It consists of a double-cylindrical structure whose outer side is a metal oxide (ie, presents an annular cross section in which the metal oxide is present outside the columnar cholesterol derivative). The diameter (outermost diameter) of the cylinder is on the order of nanometers, that is, generally several nanometers to several hundred nanometers (for example, about 30 to 200 nm). The inner cholesterol derivative retains the metal derived from the metal salt and exhibits a spiral shape corresponding to the helix structure (helical structure) of the template gel, and thus exhibits an overall spiral shape as an organic-inorganic composite.
[0030]
When the cholesterol derivative is removed from the organic-inorganic composite as described above, the cylindrical structure having an inner diameter corresponding to the size of the cholesterol derivative, that is, the inner diameter is on the order of nanometers (for example, about 10 to 100 nm). A structure having a hollow fiber-like and helical metal oxide, and a metal different from the metal constituting the metal oxide is fixed to the surface of the metal oxide.
[0031]
Although the organic-inorganic composite of the present invention is useful as a precursor of a hollow fiber metal oxide (for example, silica), various uses are expected. For example, since the organic-inorganic composite of the present invention contains a cholesterol derivative having azobenzene, it can be used as a material that exhibits photochromic properties due to a trans-cis structural change of the azobenzene moiety. At this time, the organic-inorganic composite of the present invention having a hollow fiber structure provides a photochromic material excellent in solvent resistance and heat resistance because the outer wall metal oxide blocks the cholesterol derivative in the core portion from the outside. .
[0032]
On the other hand, the hollow fiber metal oxide of the present invention can be applied to a catalyst, an adsorbent and the like using both the outer surface and the inner surface of the hollow fiber. In particular, it is obtained by using a cholesterol derivative of the formula (I) in which a metal ion having catalytic activity is included as a gel forming agent, and the metal fine particles are hollow fibers like silica and have a spiral structure in a certain direction. Structures present on the surface of the oxide are useful as catalysts for reactions involving chirality. In addition, the metal oxide of the present invention obtained by including a metal that functions as a semiconductor in the cholesterol derivative is expected to be used as a semiconductor material having a quantum effect (wavelength change of light emission). In addition, the hollow fiber metal oxide of the present invention is bulky because it is in a fiber state, and in addition to this, it has a high heat insulating effect due to its hollow structure, and it is also excellent as a heat insulating material because the metal oxide has high heat resistance. .
[0033]
【Example】
Examples are given below to further clarify the features of the present invention, but the present invention is not limited to these examples.
Example 1: Synthesis of a cholesterol derivative having an azacrown ring
According to the reaction scheme shown in FIG. 1, cholesterol derivative 4- (N-benzyldiaza-18-crown-6-butoxy) -4 ′-((cholesteryloxy) carbonyl) having an azacrown ring shown as 3 in FIG. Azobenzene was synthesized.
Synthesis of 4- (N-benzyldiaza-18-crown-6-butoxy) -4 ′-((cholesteryloxy) carbonyl) azobenzene [Compound 3 of FIG. 1]:
4-((Bromobutyloxyphenyl) azo) benzoic acid [compound shown as 2 in FIG. 1] 0.7 g (1.8 mmol) and cholesterol 0.718 g (2.23 mmol) in 20 ml dichloromethane under nitrogen atmosphere Dissolved. The resulting solution was kept at 0 ° C. in an ice bath, 0.383 g (1.86 mmol) of dicyclohexylcarbodiimide (DCC) and 0.022 g (0.186 mmol) of dimethylaminopyridine (DMAP) were added, and the reaction mixture was cooled to 0 ° C. Stir at 4 ° C. for 4 hours. The reaction mixture was filtered and the filtrate was washed with acidic and basic aqueous solutions (50 mL each). The organic layer was evaporated to dryness, and the residue was purified by silica gel using THF / n-hexane (1: 6 v / v) as an eluent to obtain Compound 3 as a yellow solid. Yield 26%. Melting point 141.5 ° C. Identification data by NMR, MS (mass spectrometry) and IR are as follows.
1H NMR: (300MHz, CDClThree): δ (ppm) = 8.17 (2H, d, J = 9.0Hz), 7.72 (2H, d, J = 9.0Ha), 7.90 (2H, d, J = 9.0Hz), 7.10 (2H, d, J = 9.0Hz), 5.45 (1H, d. J = 6.3Hz), 5.02-4.88 (1H, m), 41 (2H, t, J = 6.3Hz), 3.52 (2H, t, J = 6.2Hz), 2.49 (2H, d, J = 6.2Hz), 2.28-0.94 (35H, m), 0.88 (3H, s),13C NMR (75 MHz, CDDlThree): δ (ppm) = 165.1, 161.88, 155.20, 146.98, 139.9, 130.2, 125.18, 122.84, 122.28, 114.72, 67.22, 66,67, 56,67, 56.11, 50.01, 42.30, 39.71, 39.50, 38.20. 37.01 , 36.64, 36.17, 35.79, 33.32, 31.92, 31.86, 29.3, 28.32, 28.01, 27.88, 27.78, 24.28, 23.82, 22.83, 22.56, 21.04, 19.38, 19.38, 18.71, 11.86. MS (SIMS) = 745 [M + H]+. IR (KBr): 3005, 1722, 1603, 1579, 1500, 1468, 1284, 1116, 1047cm-1.
[0034]
Synthesis of 4- (N-benzyldiaza-18-crown-6-butoxy) -4 '-((cholestyloxy) carbonyl) azobenzene [compound 3 of FIG. 1]:
From 0.13 g (0.174 mmol) of compound 3 obtained as described above, 0.061 g (0.174 mmol) of monobenzyl-diaza-18-6 and 0.784 g (1.74 mmol) of sodium carbonate. The resulting mixture was refluxed in anhydrous butyronitrile for 24 hours. After cooling, it was filtered and the filtrate was evaporated to dryness in vacuo. The residue was purified by aluminum oxide using ethanol / dichloromethane (1:30 v / v) as an eluent to give the desired compound 1 as a yellow solid. Yield 43.3%, melting point 128-130 ° C. Identification data by NMR, MS, IR and elemental analysis are as follows.
1H NMR: (300MHz, CDClThree): δ (ppm) = 8.17 (2H, d, J = 9.1Hz), 7.93 (7H, m), 7.88 (2H, d, J = 9.0Hz), 7.01 (2H, d, J = 9.0Hz), 5.45 (1H, d. J = 6.5Hz), 4.90 (1H, m), 4.08 (2H, t, J = 6.5Hz), 3.73-3.61 (26H, m), 2.78 (4H, t, J = 12.1Hz ), 2.75 (2H, t, J = 6.5Hz), 2.49 (2H, d, J = 6.3Hz), 2.01-0.69 (39H, m),13C NMR (75 MHz, CDDlThree): δ (ppm) = 165.47, 162.13, 155.19, 146.80, 139.54, 134.77, 130.48, 125.13, 122.79, 122.22, 114.72, 74.79, 70,84, 70,73, 70.70, 70.35, 68.14, 56.62, 56.06, 53.94 49.87, 42,25, 39.66, 39.45, 38.16, 36.97, 36.60, 36.12, 35.75, 31.88, 28.19, 27.96, 27.84, 26.96, 24.24, 23.78, 22.79, 22.53, 21.00, 19.34, 18.67, 11.81. MS (SIMS) = 1019 [M + H]+. IR (KBr): 2943, 2868, 1711, 1599, 1581, 1500, 1468, 1419, 1404, 1275, 1140, 1109cm-1  Elemental analysis: theoretical value (C63H92N4O7As): C, 74.41; H, 9.12; N, 5.51 Found C, 73.70; H, 9.15; N, 5.91.
[0035]
Example 2: Preparation of organic-inorganic composite and metal oxide
Inclusion of metal cations to cholesterol derivatives
The cholesterol derivative having an azacrown ring synthesized in Example 1 (compound 1 in FIG. 1) was converted to AgNO.3In THF (5.00 × 10-2mol dm-1) And stirred overnight to make a clear liquid, followed by drying at room temperature and removing the solvent to remove Ag.+Ions were included in the cholesterol derivative.
[0036]
Gelation and sol-gel reaction of silicate
Ag as above+The residue of cholesterol derivative 1 in which ions were included was mixed with a sol-gel reaction solution having the following composition, heated (50 ° C.), and then cooled to room temperature: 1-butanol (98 mg) / TEOS (tetraethoxysilane) ( 16 mg) / water (5.8 mg) / benzylamine (5.6 mg). For comparison, AgNO3Gelation and sol-gel reaction were carried out under the same conditions using cholesterol derivative 1 not added to the solution. It was observed that when cooled to room temperature and left for 1 day, it became opaque and a gel was formed. FIG. 2 shows the CD spectrum of this gel. CD activity is also present when no metal is included, and a positive splitting spectrum is shown, but the spectrum is not clear. In contrast, Ag+A clear positive split-type spectrum (R-chirality) is observed in the case of inclusion.
[0037]
Drying and baking
After the sol-gel reaction as described above, the obtained gel was dried at room temperature for 2 days, and further dried under vacuum for 5 hours to obtain an organic-inorganic composite. FIG. 3 is a SEM (scanning electron microscope) photograph of the organic-inorganic composite thus obtained. It is understood that an organic-inorganic composite prepared using a cholesterol derivative that includes metal ions is cylindrical and has a right-handed helical structure, reflecting the chirality of the gel state. It is recognized that the diameter (outermost diameter) of the cylinder is about 30 to 200 nm.
[0038]
Further, it was dried at 200 ° C. for 6 hours under a nitrogen stream, then calcined at 500 ° C. for 2 hours and finally at 500 ° C. for 4 hours in an air stream to obtain a metal oxide (silica). 4 and 5 are an SEM photograph and a TEM (transmission electron microscope) photograph of the silica thus obtained, respectively. Metal ion (Ag+The silica prepared using the cholesterol derivative 1 encapsulating) has a hollow fiber shape and a right-handed spiral shape. The inner diameter is about 25 to 50 nm, and the presence of Ag particles (black dots in FIG. 5) is observed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a reaction scheme for synthesizing an example of a cholesterol derivative having an azacrown ring used in the present invention.
FIG. 2 shows an example of the CD spectrum of a gel for preparing organic-inorganic composites and metal oxides according to the present invention.
FIG. 3 is a scanning electron micrograph (B) showing the crystal structure of an example of the organic-inorganic composite of the present invention, where (A) is AgNO for reference.3It is a scanning micrograph which shows the crystal structure of the organic inorganic composite similarly prepared without adding to a solution.
FIG. 4 is a scanning electron micrograph showing the crystal structure of one example of the metal oxide of the present invention.
FIG. 5 is a transmission electron micrograph showing the crystal structure of one example of the metal oxide of the present invention.

Claims (4)

(1)下記の式(I)で表されるアザクラウン環を有するコレステロール誘導体を金属塩溶液に溶解させた後、蒸発乾固することにより、該金属塩由来の金属を包接したアザクラウン環を有するコレステロール誘導体を調製する工程、
(2)イ.金属を包接した前記コレステロール誘導体、
ロ.前記金属塩由来の金属とは別異の金属の金属酸化物であるシリカの前駆体、該シリカの前駆体からゾルゲル反応によりシリカの重合体を生成するための触媒、水、および、必要により該シリカの前駆体、触媒、水を溶解し得る溶媒から成るゾルゲル反応溶液、ならびに、
ハ.必要により前記コレステロール誘導体と前記ゾルゲル反応溶液とを溶解し得る有機溶媒、
を含有する均一混合液を調製する工程、
(3)イ.前記均一混合液から前記有機溶媒を除去するか、
ロ.前記均一混合液を加熱した後、冷却するか、または
ハ.前記均一混合液を冷却する、
ことにより前記コレステロール誘導体のゲルを形成させる工程、ならびに
(4)前記ゲル形成した系を保持して、前記シリカの重合を進行させる工程、
を含むことを特徴とする、螺旋状で前記金属塩由来の金属を保持した前記コレステロール誘導体の表面に、シリカが付着した有機無機複合体の製造方法。
Figure 0004215360
〔式(I)中、nは0または1であり、Xは下記(II)に示されるいずれかの官能基である。〕
Figure 0004215360
(1) After a cholesterol derivative having an azacrown ring represented by the following formula (I) is dissolved in a metal salt solution and evaporated to dryness, an azacrown ring in which the metal derived from the metal salt is included Preparing a cholesterol derivative having
(2) a. The cholesterol derivative containing metal,
B. A precursor of silica , which is a metal oxide of a metal different from the metal derived from the metal salt, a catalyst for forming a silica polymer from the silica precursor by a sol-gel reaction, water, and, if necessary, the A sol-gel reaction solution comprising a silica precursor, a catalyst, a solvent capable of dissolving water, and
C. An organic solvent capable of dissolving the cholesterol derivative and the sol-gel reaction solution if necessary,
A step of preparing a homogeneous mixed solution containing
(3) a. Removing the organic solvent from the homogeneous mixture,
B. (C) heating or cooling the homogeneous mixture, or c. Cooling the homogeneous mixture;
A step of forming a gel of the cholesterol derivative, and (4) a step of maintaining the gel-formed system and advancing the polymerization of the silica ,
A process for producing an organic-inorganic composite in which silica is attached to the surface of the cholesterol derivative that holds the metal derived from the metal salt in a spiral shape.
Figure 0004215360
[In Formula (I), n is 0 or 1, and X is any functional group shown in the following (II). ]
Figure 0004215360
請求項1の方法により得られた有機無機複合体からコレステロール誘導体を除去することを特徴とする中空糸状で螺旋状の金属酸化物であるシリカの製造方法。A method for producing silica , which is a hollow fiber-like spiral metal oxide, comprising removing a cholesterol derivative from an organic-inorganic composite obtained by the method of claim 1. 焼成によりコレステロール誘導体を除去することを特徴とする請求項2のシリカの製造方法。The method for producing silica according to claim 2, wherein the cholesterol derivative is removed by calcination. 内側が金属を保持した下記の式(I)で表されるコレステロール誘導体、外側が前記金属とは別異の金属の金属酸化物であるシリカから成り直径がナノメータのオーダーの円筒構造が螺旋状を呈していることを特徴とする有機無機複合体。
Figure 0004215360
〔式(I)中、nは0または1であり、Xは下記(II)に示されるいずれかの官能基である。〕
Figure 0004215360
A cholesterol structure represented by the following formula (I) holding the metal on the inner side and a silica structure made of silica , which is a metal oxide of a metal different from the metal on the outer side, has a cylindrical shape with a diameter of the order of nanometers. An organic-inorganic composite characterized by being exhibited.
Figure 0004215360
[In Formula (I), n is 0 or 1, and X is any functional group shown in the following (II). ]
Figure 0004215360
JP31907099A 1999-11-10 1999-11-10 Organic-inorganic composite having spiral structure, metal oxide, and method for producing the same Expired - Fee Related JP4215360B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP31907099A JP4215360B2 (en) 1999-11-10 1999-11-10 Organic-inorganic composite having spiral structure, metal oxide, and method for producing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP31907099A JP4215360B2 (en) 1999-11-10 1999-11-10 Organic-inorganic composite having spiral structure, metal oxide, and method for producing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001139580A JP2001139580A (en) 2001-05-22
JP4215360B2 true JP4215360B2 (en) 2009-01-28

Family

ID=18106173

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP31907099A Expired - Fee Related JP4215360B2 (en) 1999-11-10 1999-11-10 Organic-inorganic composite having spiral structure, metal oxide, and method for producing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4215360B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013123658A1 (en) * 2012-02-23 2013-08-29 Empire Technology Development Llc Azobenzene compounds with cholesterol group and their sunscreen compositions

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100621170B1 (en) 2004-10-12 2006-09-19 한국기초과학지원연구원 Preparation method of organic-inorganic complex and metal oxide compound using cholesterol derivatives including diaminoethylene glycol
JP4873396B2 (en) * 2005-03-09 2012-02-08 独立行政法人科学技術振興機構 Metal oxide nanofiber / polysaccharide complex
CN114949259B (en) * 2022-07-11 2023-09-19 重庆理工大学 Gene delivery vector with aza crown ether structure, and preparation method and application thereof

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013123658A1 (en) * 2012-02-23 2013-08-29 Empire Technology Development Llc Azobenzene compounds with cholesterol group and their sunscreen compositions
US8835643B2 (en) 2012-02-23 2014-09-16 Empire Technology Development Llc Molecules, compositions, and methods for light absorption

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001139580A (en) 2001-05-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5670749B2 (en) Method for producing mesoporous material, material produced thereby and use of mesoporous material
JP4159021B2 (en) Method for producing micro-mesoporous metal oxides having pores controlled by a novel template removal method
JP4034001B2 (en) Organic-inorganic composite having cylindrical structure, hollow fiber metal oxide, and production method thereof
WO2014068631A1 (en) Method for producing chiral metal oxide structure, and chiral porous structure
JP2007112948A (en) Flaky or fibrous organic/inorganic porous silica particle and method for producing the same
JPH0611398B2 (en) Silver catalyst manufacturing method
JP4215360B2 (en) Organic-inorganic composite having spiral structure, metal oxide, and method for producing the same
JP4252188B2 (en) Method for producing organic-inorganic composite having spiral structure with controlled spiral direction
FR2795066A1 (en) POROUS SILICA SPHERES AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME
Jung et al. Preparation of novel silica structures using a library of carbohydrate gel assemblies as templates for sol–gel transcription
CN114832863A (en) Hierarchical porous metal organic framework material and preparation method and application thereof
JPH05504932A (en) MTW type zeolite and its manufacturing method
JP4099811B2 (en) Shaped porous silica or silica metal composite particles and method for producing the same
US20090060830A1 (en) Method for manufacturing a nanoporous framework and a nanoporous framework thus produced
CN109279622B (en) Periodic mesoporous organic silicon oxide material with controllable structure and preparation method thereof
JP4187385B2 (en) Organic-inorganic composite and metal oxide production method using cholesterol derivative having hydrogen bonding site
JP4092070B2 (en) Organic-inorganic composite using sugar derivative and method for producing metal oxide
JP2000017102A (en) Porous material of organic/inorganic composite polymer and production of the same
JP4604212B2 (en) Large pore fibrous silica particles and method for producing the same
KR101091203B1 (en) Spiral silica nano tube and its making method in use of non-chiral cation gelator
JP4756484B2 (en) Method for producing fibrous porous silica particles and fibrous porous silica particles
JP2003236800A (en) Ceramics nano structural body, composition thereof, and manufacturing method therefor
JP4484193B2 (en) Spherical micropore silica porous particles and method for producing the same
JP2003512284A (en) Method for producing nanotubes composed of transition metal oxides
JP2927918B2 (en) Method for producing aluminosilicate thin film

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20031031

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20040129

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040601

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20071113

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071218

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20081014

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20081104

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111114

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121114

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131114

Year of fee payment: 5

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees