JP5539686B2 - Separation and purification method of endohedral fullerene salts using mobile phase with electrolyte - Google Patents

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Description

本発明は、電解質を添加した溶離液を移動相に用いた高速液体クロマトグラフィー装置(High Performance Liquid Chromatography:以下、「HPLC」と略記する。)により、原子内包フラーレン塩を含有する原材料から効率よく分離、精製する原子内包フラーレン塩の分離・精製方法に関する。   In the present invention, a high-performance liquid chromatography apparatus (High Performance Liquid Chromatography: hereinafter abbreviated as “HPLC”) using an eluent to which an electrolyte is added as a mobile phase is efficiently used from a raw material containing an atom-containing fullerene salt. The present invention relates to a method for separating and purifying an atomic inclusion fullerene salt to be separated and purified.

フラーレンは、直径約0.7〜1.0nmのサッカーボールやラグビーボールのような対称性のよい形状をした、特異な立体構造(ケージ構造)をとる炭素の新しい分子構造体であり、12個の炭素五員環と2個以上の炭素六員環からなり実際上C60以上のサイス゛の球殻状に閉じた一般式C2n(2n≧60)で表わされる一群の炭素分子の総称である。具体例としては、C60、C70、C76、C82、C90、C96などがある。
このフラーレンはケージの内側に原子を数個程度入れることができる自由空間をもっており、不安定な原子でさえ安定に保持するカプセルの役割を担うことができるものである。
Fullerene is a new molecular structure of carbon with a unique three-dimensional structure (cage structure) that has a highly symmetrical shape like soccer balls and rugby balls with a diameter of about 0.7 to 1.0 nm. It is a generic name for a group of carbon molecules represented by the general formula C 2n (2n ≧ 60), which is composed of a carbon five-membered ring and two or more carbon six-membered rings and is closed in a spherical shell with a size of C 60 or more. . Specific examples include C 60 , C 70 , C 76 , C 82 , C 90 , and C 96 .
This fullerene has a free space in which several atoms can be placed inside the cage, and can serve as a capsule that stably holds even unstable atoms.

このフラーレンの内部空洞に原子(以下Mで表わす)を内包したものは、原子内包フラーレンと呼ばれ一般式M@C2n(2n≧60)で表わされる分子の総称である。ここでMは、単一もしくは複数の原子またはそれらを含む原子団であり、かならずしも単一の原子でなくてもよい。
前記の原子内包フラーレンのうちで、内包原子が金属原子であるものが金属内包フラーレンである。
内部の原子もしくは金属から炭素ケージへの電子移動に伴って、新しい電気的特性を発現することが期待されるため、この分野の研究は近年著しい進展を見せている。
A material in which atoms (hereinafter referred to as M) are encapsulated in the inner cavity of this fullerene is called an atomic inclusion fullerene, and is a general term for molecules represented by the general formula M @ C 2n (2n ≧ 60). Here, M is a single atom or a plurality of atoms or an atomic group containing them, and is not necessarily a single atom.
Among the above-mentioned atomic inclusion fullerenes, those in which the inclusion atoms are metal atoms are metal inclusion fullerenes.
Research in this area has made significant progress in recent years because it is expected to develop new electrical properties as electrons move from internal atoms or metals to the carbon cage.

特許3926331号公報Japanese Patent No. 3926331 WO2007/123208号公報WO2007 / 123208 Publication 特願2008−217289号Japanese Patent Application No. 2008-217289 特開2006−036569号公報JP 2006-036569 A 特開2005−272159号公報JP 2005-272159 A

R.Tellgmann, E.E.B.Campbell et al., Nature, 382 (1996)407-408R. Tellgmann, E.E.B.Campbell et al., Nature, 382 (1996) 407-408 「フラーレンの物理と化学」 篠原、齋藤著 名古屋大学出版会 1997年"Fullerene Physics and Chemistry" Shinohara and Saito Nagoya University Press 1997

そして、従来から、内包金属原子として周期表の3族の元素(Sc、Y、La)、ランタニド系元素、アクチノイド系元素が、また、フラーレンとしてC2n(2n≧82以上)のものが主に検討されてきている(非特許文献2)。 Conventionally, the inclusion metal atoms mainly include Group 3 elements (Sc, Y, La), lanthanide elements, and actinoid elements in the periodic table, and C 2n (2n ≧ 82) as fullerenes. It has been studied (Non-Patent Document 2).

これに対し、よりケージ空間が小さいC60への金属原子の内包が検討されている。このサッカーボール型構造をもつC60は最も対称性の良好なフラーレンで、原子を内包させた後の解析や物性を予測する上で好都合な素材である。 In contrast, more encapsulation of metal atoms of the cage space to a smaller C 60 have been studied. C 60 with the soccer ball-shaped structure is the most symmetric good fullerene is a convenient material in predicting analysis and physical properties after encasing an atom.

また、周期表1族のアルカリ金属は1価の陽イオンとなりやすいため、アルカリ金属の内包フラーレンでは、電子をフラーレンケージに与え、電子を得たフラーレンが負の電荷を帯び、内包金属原子が正の電荷を有し、新たな物性を創出することが期待されている。
その中でもとりわけ、非常に反応性に富み、酸化数が常に+1価であるリチウム原子が内包された、リチウム原子内包C60(化学記号Li@ C60)が注目され、その有意で特異的な性質(リチウム原子は、イオン化エネルギーが小さい1族元素すなわちアルカリ金属類の中で最小径であることに由来するとされる)から、応用開発のための合成・分離の技術が検討されている。
応用面では特に、クリーンな太陽エネルギーを用いる有機薄膜太陽電池の光電変換効率向上に寄与する材料として注目を集めている。
In addition, since alkali metals belonging to Group 1 of the periodic table tend to be monovalent cations, in the case of alkali metal inclusion fullerenes, electrons are given to the fullerene cage, and the fullerenes that have obtained the electrons have a negative charge, and the inclusion metal atoms are positive. It is expected to create new physical properties.
Among them, the lithium atom inclusion C 60 (chemical symbol Li @ C 60 ), which is very reactive and has an inclusion of lithium atoms whose oxidation number is always +1, has attracted attention, and its significant and specific properties (Since lithium atoms are said to be derived from the smallest diameter among group 1 elements having low ionization energy, that is, alkali metals), synthesis / separation techniques for application development are being studied.
In particular, it has attracted attention as a material that contributes to improving the photoelectric conversion efficiency of organic thin-film solar cells that use clean solar energy.

ところで、内包フラーレンは、レーザー蒸着法、アーク放電法、イオン注入法、プラズマ照射法などにより合成される。それぞれの方法で合成された生成物の中には、この金属原子の内包フラーレン以外に、空のフラーレンや内包されなかった金属原子などの不純物が含有されている。
このため、高純度の内包フラーレンを製造するためには、合成された生成物から内包フラーレンとそのほかの不純物とを分離してから精製する必要がある。
By the way, the endohedral fullerene is synthesized by a laser vapor deposition method, an arc discharge method, an ion implantation method, a plasma irradiation method, or the like. In the products synthesized by the respective methods, impurities such as empty fullerenes and non-encapsulated metal atoms are contained in addition to the endohedral fullerenes of the metal atoms.
For this reason, in order to produce a highly pure endohedral fullerene, it is necessary to separate the endohedral fullerene and other impurities from the synthesized product before purification.

従来、内包フラーレンの分離精製方法あるいは分離された内包フラーレンについては、非特許文献1,2、特許文献1〜5において各種技術が開示されている。それぞれの文献について以下説明する。
以下において、M@Cnなる化学式は、内包フラーレンを表す一般式であり、n個の炭素原子からなるフラーレンのケージの中にMなる原子又は分子が内包されていることを示すものである。
Conventionally, various techniques have been disclosed in Non-Patent Documents 1 and 2 and Patent Documents 1 to 5 regarding the method for separating and purifying endohedral fullerenes or the separated endohedral fullerenes. Each document will be described below.
In the following, the chemical formula M @ Cn is a general formula representing an endohedral fullerene, and indicates that an atom or molecule M is encapsulated in a fullerene cage composed of n carbon atoms.

(非特許文献1)
非特許文献1はCampbellらのグループの研究者による報告である。
非特許文献1には、イオン注入法によるリチウム内包C60の生成が報告されている。
上記報告では、レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析装置(以下「LDI−TOF−MS」という。)の質量スペクトルにおいて、Li@C60の生成を示す質量数727でのピークの他に、質量数720の空フラーレンC60のピークも見られる。そして、ピーク強度比を見るとC60/Li@C60が1/4程度で依然C60を多く同伴しており、単一のピークを与える状態、あるいは他を圧倒するようなピークを有する略単独に分離した(単離した)状態であるとは言い難い。
(Non-Patent Document 1)
Non-Patent Document 1 is a report by researchers of the Campbell group.
Non-Patent Document 1 reports the generation of lithium inclusion C60 by ion implantation.
In the above report, in the mass spectrum of a laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometer (hereinafter referred to as “LDI-TOF-MS”), in addition to the peak at mass number 727 indicating the production of Li @ C60, the mass number A peak of 720 empty fullerene C60 is also seen. And when looking at the peak intensity ratio, C60 / Li @ C60 is about 1/4 and still contains a lot of C60, and it is separated into a single peak or a single isolated state having a peak overwhelming others. It is difficult to say that it is in an isolated state.

(非特許文献2)
非特許文献2においては、金属内包フラーレンの分離は困難を極めることを述べつつ、その図8.9(c)において、LDI−TOF−MSにおけるLa@C82の単一のピークからLa@C82の単離に成功した旨が記載されている。
ここで記載されている技術は、吸着機構の異なる二つの固定相(カラム)を用いた二段階のHPLCにより金属内包フラーレンの分離、精製を行なうものである。その原理について次のように述べている。『金属内包フラーレンは、クロマトグラム上で空のフラーレンと同じ保持時間に表れることが多い.このような場合、吸着機能の異なる複数の固定相を用いることにより、目的とする金属内包フラーレンを空のフラーレンから完全に分離することができる。』(第206頁)。
(Non-Patent Document 2)
Non-Patent Document 2 states that separation of metal-encapsulated fullerene is extremely difficult, and in FIG. 8.9 (c), the La @ C82 single peak of La @ C82 in LDI-TOF-MS The fact that the isolation was successful is described.
In the technique described here, metal-encapsulated fullerene is separated and purified by two-stage HPLC using two stationary phases (columns) having different adsorption mechanisms. The principle is described as follows. “Metal-encapsulated fullerenes often appear on chromatograms at the same retention time as empty fullerenes. In such a case, the target metal inclusion fullerene can be completely separated from the empty fullerene by using a plurality of stationary phases having different adsorption functions. (Page 206).

また、M@C60に関しては、『Ca@C60とCa@C70は酸素除去下での室温のピリジンによって抽出されることを報告している。』と述べている(第221頁)。
そして、酸素除去下でなくとも、『5℃前後での超音波抽出でCa@C60は比較的効率よく抽出される。』と述べている(第232頁 注101))。
Regarding M @ C60, “Ca @ C60 and Ca @ C70 are reported to be extracted by pyridine at room temperature under oxygen removal. (Page 221).
And even if it is not under oxygen removal, "Ca @ C60 is extracted comparatively efficiently by ultrasonic extraction around 5 ° C. (Page 232, note 101)).

しかし、室温でのピリジンによる抽出物のLDI−TOF−MS図(図8.17)は、Ca@C60とCa@C70が完全に単離されたものではなく、Ca@C60、Ca@C70、C60、C70、C74が混在していることを示すものである。すなわち、Ca@C60あるいはCa@C70は、他の内包フラーレンあるいは空のフラーレンを同伴しており、単一のピークを与える状態、あるいは他を圧倒するようなピークを有する略単独に分離された状態である(単離)ということはできない。   However, the LDI-TOF-MS diagram of the pyridine extract at room temperature (Fig. 8.17) shows that Ca @ C60 and Ca @ C70 are not completely isolated, and Ca @ C60, Ca @ C70, This indicates that C60, C70, and C74 are mixed. That is, Ca @ C60 or Ca @ C70 is accompanied by other endohedral fullerenes or empty fullerenes, and gives a single peak, or a state of being separated almost alone having a peak overwhelming others. It cannot be said that it is (isolated).

そもそも、非特許文献2に記載のように、C60フラーレンを始めとする各種フラーレン類に広く適用されている分離・精製方法としては、昇華法、HPLC法、溶解度差法などが知られている。
昇華法は、物質による昇華温度の差を利用した分離・精製法で、各種フラーレン類の分離・精製に用いられる。
溶解度差法は、溶媒に対する物質による溶解度差を利用した分離・精製法で、抽出・洗浄を含め一般に広く用いられている(後述の特許文献1〜3に例示)。
カラムクロマトグラフィーの一種であるHPLC法は、対象物質と固定相(固体)および移動相(展開液、有機溶剤や水などが一般的)間の相互作用(吸着性、分配係数など)の差を利用した分離・精製法である(後述の特許文献4,5に例示)。
In the first place, as described in Non-Patent Document 2, as a separation / purification method widely applied to various fullerenes including C60 fullerene, a sublimation method, an HPLC method, a solubility difference method, and the like are known.
The sublimation method is a separation / purification method using a difference in sublimation temperature depending on substances, and is used for separation / purification of various fullerenes.
The solubility difference method is a separation / purification method using a difference in solubility due to a substance in a solvent, and is generally used widely including extraction and washing (illustrated in Patent Documents 1 to 3 described later).
The HPLC method, which is a type of column chromatography, determines the difference in the interaction (adsorbability, partition coefficient, etc.) between the target substance and the stationary phase (solid) and mobile phase (developing solution, organic solvent, water, etc.). This is a separation / purification method used (illustrated in Patent Documents 4 and 5 described later).

(特許文献1)
特許文献1には、フラーレン混合物中において、第一のフラーレン群と第二のフラーレン群とを以下により分離する方法について開示されている。
すなわち、
(ステップ1)第一と第二のフラーレン群を含むフラーレン混合物を用意する。
(ステップ2)第一もしくは第二のフラーレン群のうちどちらか一つのについて安定なフラーレンカチオンを溶媒中に形成して、フラーレンカチオンをもう一方のフラーレン群より分離する。ここでカチオン類の選択的形成は、化学的な酸化や電気化学的な酸化、又はカチオン性親電子基を化学的に付加することにより行われる。
(ステップ3)再結晶化又は沈殿化の手法により、カチオン化したフラーレンと中性フラーレンとを分離する。
(Patent Document 1)
Patent Document 1 discloses a method of separating a first fullerene group and a second fullerene group in a fullerene mixture as follows.
That is,
(Step 1) A fullerene mixture containing the first and second fullerene groups is prepared.
(Step 2) A stable fullerene cation is formed in a solvent for either one of the first or second fullerene group, and the fullerene cation is separated from the other fullerene group. Here, the selective formation of cations is carried out by chemical oxidation, electrochemical oxidation, or chemical addition of a cationic electrophilic group.
(Step 3) Cationized fullerene and neutral fullerene are separated by a recrystallization or precipitation technique.

そして、望ましいフラーレンを化学修飾し、目的とするフラーレン類と目的外のフラーレン類に異なる化学的特性を付与することで、これらフラーレン類の分離、精製を可能としている。
ここで、第一のフラーレン群と第二のフラーレン群との分離の例として、金属内包フラーレンと空のフラーレンとの分離も例示されている。
Then, desirable fullerenes are chemically modified to impart different chemical properties to target fullerenes and non-target fullerenes, thereby enabling separation and purification of these fullerenes.
Here, as an example of separation of the first fullerene group and the second fullerene group, separation of metal-encapsulated fullerene and empty fullerene is also exemplified.

また、請求項28と本文明細書において、酸化容易な(酸化電位が0.8V以下の)M@C2nを含む昇華したフラーレン材料を第一の溶媒中で酸化剤(AgSbF6)に接触させることを示し、これによりM@C2nのカチオンを含有する第一の溶液を形成する手法を用いてM@C2nを精製している。
このように特許文献1では、内包フラーレンのカチオンを形成することにより内包フラーレンを分離精製するものである。そして、カチオン形成プロセスにおいて、酸化剤、プロトン剤を用いている。
特許文献1では、具体的には3つの方式を提示している。以下、それぞれの方式を述べる。
Further, in claim 28 and the present specification, a sublimated fullerene material containing M @ C2n which is easily oxidized (oxidation potential is 0.8 V or less) is contacted with an oxidizing agent (AgSbF6) in a first solvent. This shows that M @ C2n has been purified using the technique of forming a first solution containing M @ C2n cations.
As described above, in Patent Document 1, the endohedral fullerene is separated and purified by forming a cation of the endohedral fullerene. In the cation formation process, an oxidizing agent and a proton agent are used.
Specifically, Patent Literature 1 presents three methods. Each method will be described below.

[方式1(第25頁(表3))]
以下、方式1の処理概要を順に示す。
(1)カーボンアーク方式ですすを含む空フラーレン及び内包フラーレンを合成する。
(2)すすを750℃で昇華し、昇華温度が低い炭素原子数の少ないフラーレンを昇華させ、これにより昇華せず残った巨大フラーレン類を除去する。そして、嫌気下でフラーレン昇華物を回収する。
(3)昇華物をODCB(o−ジクロロベンゼン)抽出し、その後ろ過することにより、不溶物質(C74、M@C60、M@C70、その他のM@C2n)を除去し、可溶ろ過物(M@C82、空C2n)をODCB中に抽出する。
(4)可溶ろ過物(M@C82、空C2n)をODCB中で、[Ag+][SbF6−]により酸化処理し、その後ろ過する。これにより、析出したAg金属析出物を除去するとともに、ODCB中に可溶混合物である[M@C82+][SbF6−]及び中性C2nを残す。
(5)可溶混合物をヘキサン中に析出させろ過し、可溶なろ過物であるC60とC70と、不溶な[M@C82+][SbF6−]及び中性C2nを含む固体を分離する。
(6)以降、各種工程後M@C82最終品を得る。
この方式1では、M@C82を最終品として得る処理を行っているのであり、処理過程でM@60、M@70はODCB抽出・ろ過で除去されており、そもそも単離・精製の対象とはなっていない。さらに方式1は、溶解度差法を利用した分離・精製であり、HPLC法による分離・精製ではない。
[Method 1 (page 25 (Table 3))]
Hereinafter, the processing outline of method 1 is shown in order.
(1) Synthesize empty fullerene and encapsulated fullerene with carbon arc method.
(2) Soot is sublimated at 750 ° C. to sublimate fullerene having a low sublimation temperature and a small number of carbon atoms, thereby removing the remaining giant fullerenes without sublimation. Then, the fullerene sublimate is collected under anaerobic conditions.
(3) The sublimate is extracted with ODCB (o-dichlorobenzene) and then filtered to remove insoluble substances (C74, M @ C60, M @ C70, other M @ C2n), and soluble filtrate ( M @ C82, empty C2n) is extracted into ODCB.
(4) The soluble filtrate (M @ C82, empty C2n) is oxidized with [Ag +] [SbF6-] in ODCB, and then filtered. This removes the precipitated Ag metal precipitate and leaves [M @ C82 +] [SbF6-] and neutral C2n which are soluble mixtures in the ODCB.
(5) The soluble mixture is precipitated in hexane and filtered, and a solid containing C60 and C70 which are soluble filtrates and insoluble [M @ C82 +] [SbF6-] and neutral C2n is separated.
(6) Thereafter, M @ C82 final product is obtained after various steps.
In Method 1, M @ C82 is processed as a final product, and M @ 60 and M @ 70 are removed by ODCB extraction and filtration during the process. It is not. Furthermore, Method 1 is separation / purification using a solubility difference method, and is not separation / purification by the HPLC method.

[方式2(第30頁(表4))]
以下、方式2の処理概要を順に示す。
(1)カーボンアーク方式ですすを含む空フラーレン及び内包フラーレンを合成する。
(2)すすを750℃で昇華し、昇華温度が低い炭素原子数の少ないフラーレンを昇華させ、これにより昇華せず残った巨大フラーレン類を除去する。そして、嫌気下でフラーレン昇華物を回収する。
(3)昇華物をODCBに[Ag+][SbF6−]を混入した酸化剤で抽出し、その後ろ過する。これにより、析出した不溶物質(M@C60、M@C70、C74)の除去、Ag金属析出物の除去を行い、ODCB中に可溶ろ過物である[Mm@C2n+][SbF6−]及び中性C2nを残す。
(4)ODCBに可溶ろ過物をヘキサン中に析出させろ過し、ヘキサンに可溶なろ過物であるC60とC70と、ヘキサンに不溶な[Mm@C2n+][SbF6−]及び極性が減少した中性C2nを含む固体を分離する。
(5)以降、各種工程での処理の後Mm@C2n最終品を得る。
[Method 2 (page 30 (Table 4))]
Hereinafter, the processing outline of method 2 is shown in order.
(1) Synthesize empty fullerene and encapsulated fullerene with carbon arc method.
(2) Soot is sublimated at 750 ° C. to sublimate fullerene having a low sublimation temperature and a small number of carbon atoms, thereby removing the remaining giant fullerenes without sublimation. Then, the fullerene sublimate is collected under anaerobic conditions.
(3) The sublimate is extracted with an oxidizing agent in which [Ag +] [SbF6-] is mixed in ODCB, and then filtered. In this way, the precipitated insoluble substances (M @ C60, M @ C70, C74) are removed, and Ag metal precipitates are removed, and [Mm @ C2n +] [SbF6-] and medium that are soluble filtrates in ODCB. Leave sex C2n.
(4) Precipitated filtrate in ODCB was deposited in hexane and filtered, and C60 and C70 which are soluble in hexane, [Mm @ C2n +] [SbF6-] and polarity that were insoluble in hexane were reduced. A solid containing neutral C2n is isolated.
(5) Thereafter, the final product of Mm @ C2n is obtained after the processing in various steps.

この方式2では、最終品Mm@C2nであるが、nは36以上である(特許文献第29頁段落番号[0019])。すなわち、M@C60が単離・精製されているわけではない。
ODCB[Ag+][SbF6−]抽出工程において、M@C60、M@C70は酸化されることなく不溶物質となってしまっている。のみならず、最終品においても、Gd@C72とGd@C82とが併存している(特許文献1図6参照)。結局、方式2では、M@C2nで2n>60であっても単離されておらず、2n=60であっても単離されていない。この方式2も、溶解度差法を利用した分離・精製であり、HPLC法を用いたものではない。
In Method 2, the final product is Mm @ C2n, but n is 36 or more (Patent Document, page 29, paragraph number [0019]). That is, M @ C60 is not isolated or purified.
In the ODCB [Ag +] [SbF6-] extraction step, M @ C60 and M @ C70 have become insoluble substances without being oxidized. In addition, Gd @ C72 and Gd @ C82 coexist in the final product (see FIG. 6 of Patent Document 1). After all, in method 2, even if 2n> 60 in M @ C2n, it is not isolated and even if 2n = 60, it is not isolated. This method 2 is also separation / purification using the solubility difference method, and not the HPLC method.

[方式3(第33頁(表5))
特許文献1では、『何種かのランタノイド金属を内包するM@C2n(M=Sm、Eu、Tm、Yb及び可能性としてはEr)』については、『酸化耐性で不溶なM@C60類の性質からの逸脱を含・・・・中程度の酸化力である酸化剤を用いて酸化することができ、それによって新規な可溶性カチオンM@C60+が生ずる。』と述べている(特許文献1第32頁第11行目〜第18行目)。
[Method 3 (page 33 (Table 5))
In Patent Document 1, “M @ C2n including some lanthanoid metals (M = Sm, Eu, Tm, Yb and possibly Er)” is “of oxidation-resistant and insoluble M @ C60 class. Includes deviations from properties .... can be oxidized using an oxidizing agent of moderate oxidizing power, resulting in a new soluble cation M @ C60 +. (Patent Document 1, page 32, line 11 to line 18).

(特許文献2、特許文献3)
特許文献2及び特許文献3は、本願の発明者らによる既出願になるものである。
(Patent Document 2, Patent Document 3)
Patent Document 2 and Patent Document 3 are already filed by the inventors of the present application.

先ず、発明者らが採用しているプラズマ照射法による内包フラーレンの合成物の製造方法と、得られたフラーレンベース材料について本願の図6〜図9を参照して説明する。   First, a method for producing a compound of endohedral fullerenes by a plasma irradiation method employed by the inventors and the resulting fullerene base material will be described with reference to FIGS.

プラズマ照射法は、真空容器中で内包対象原子からなるイオンを含むプラズマ流を発生させ、発生したプラズマ流内のイオンと、フラーレンオーブンにより発生させたフラーレン蒸気とを反応させ、堆積基板上に内包フラーレンを含む膜を形成するものである。   In the plasma irradiation method, a plasma flow containing ions composed of atoms to be included is generated in a vacuum vessel, and the ions in the generated plasma flow are reacted with fullerene vapor generated by a fullerene oven to be contained on a deposition substrate. A film containing fullerene is formed.

図6は、プラズマ照射法により内包フラーレンを製造するための成膜装置の構造を説明する概略説明図である。図6で、301は真空チャンバ、302は真空ポンプ、303は電磁コイル、304,308はオーブン、305,309はノズル、306は加熱基板、307はプラズマ流、310は堆積基板、311は合成物、312はバイアス電圧の印加装置、313は加熱フィラメントを示している。   FIG. 6 is a schematic explanatory view for explaining the structure of a film forming apparatus for producing an endohedral fullerene by a plasma irradiation method. In FIG. 6, 301 is a vacuum chamber, 302 is a vacuum pump, 303 is an electromagnetic coil, 304 and 308 are ovens, 305 and 309 are nozzles, 306 is a heating substrate, 307 is a plasma flow, 310 is a deposition substrate, and 311 is a composite. , 312 indicates a bias voltage applying device, and 313 indicates a heating filament.

真空チャンバ301は、例えばステンレススチールなどの耐腐食性のある金属で、図6に示す横方向に長く、断面形状が円または矩形の筒状をなし筒の両開口に蓋体を設けて密閉容器状にするとともに、真空チャンバ301内の部品の交換・保守のための図示しない開閉自在で密閉できる蓋体を設けた構造をなしている。また、後述する真空ポンプ302で内部を減圧雰囲気とするので大気圧による圧力にも耐え得る構造とする。
加熱フィラメント313は、タングステンなどの高融点金属によるコイル状に巻かれた細線で作製され、後述する加熱基板306を図6に示す左側から例えば真空中で2700℃程度まで加熱するもので、真空チャンバ301の蓋体から不図示の電流導入端子を介して不図示の電源から給電される。
The vacuum chamber 301 is made of a corrosion-resistant metal such as stainless steel, has a cylindrical shape that is long in the lateral direction and has a circular or rectangular cross section as shown in FIG. 6, and is provided with a lid at both openings of the cylinder. In addition, the structure is provided with an openable / closable lid that is not shown for replacement and maintenance of components in the vacuum chamber 301. In addition, since the inside of the inside is reduced in pressure by a vacuum pump 302 described later, a structure that can withstand pressure due to atmospheric pressure is adopted.
The heating filament 313 is made of a thin wire wound in a coil shape of a refractory metal such as tungsten, and heats the heating substrate 306 described later from the left side shown in FIG. 6 to, for example, about 2700 ° C. in a vacuum. Power is supplied from a power source (not shown) from a lid 301 via a current introduction terminal (not shown).

加熱基板306は、タングステンやレニウムなどの高融点金属による耐熱性と耐腐食性を有する板で、図6に示すように、加熱フィラメント313に対し真空チャンバ301の内側で、真空チャンバ301の中心軸に対して板面が略直交するように配設する。
堆積基板310は、ステンレススチールなどから作製される平滑面を有する板であり、図6に示すように、平滑面を加熱基板306と対向させて配設する。この堆積基板310の平滑面に所望の膜を形成する。
The heating substrate 306 is a plate having heat resistance and corrosion resistance due to a refractory metal such as tungsten or rhenium. As shown in FIG. 6, the central axis of the vacuum chamber 301 is inside the vacuum chamber 301 with respect to the heating filament 313. The plate surface is disposed so as to be substantially orthogonal to the plate.
The deposition substrate 310 is a plate having a smooth surface made of stainless steel or the like, and is disposed with the smooth surface facing the heating substrate 306 as shown in FIG. A desired film is formed on the smooth surface of the deposition substrate 310.

バイアス電圧の印加装置312は、後述するプラズマ流307により堆積基板310近傍に導かれた内包対象原子のイオンに加速エネルギーを与えるように堆積基板310に負の電圧を印加するもので、真空チャンバ301の図6に示す右側の蓋体から不図示の電流導入端子を介して一端が堆積基板310に、また他端が接地される。   The bias voltage applying device 312 applies a negative voltage to the deposition substrate 310 so as to give acceleration energy to ions of inclusion target atoms guided to the vicinity of the deposition substrate 310 by a plasma flow 307 to be described later. One end is connected to the deposition substrate 310 and the other end is grounded via a current introduction terminal (not shown) from the right lid shown in FIG.

真空ポンプ302は、真空チャンバ301内圧を10−4Pa程度まで減圧してプラズマの生成を容易にするとともに、ガス状態にある所望の分子の平均自由行程を大きくし、堆積基板310に到達する分子を多く確保するものである。そして、到達圧力を10−4Paより小さくすることができるように、例えば粗引きポンプとしてロータリーポンプ、補助ポンプとして拡散ポンプ、ターボ分子ポンプなどとした組み合わせで用いる。   The vacuum pump 302 reduces the internal pressure of the vacuum chamber 301 to about 10 −4 Pa to facilitate the generation of plasma, increases the mean free path of desired molecules in the gas state, and allows molecules that reach the deposition substrate 310 to increase. Many are secured. In order to make the ultimate pressure smaller than 10 −4 Pa, for example, a combination of a rotary pump as a roughing pump, a diffusion pump, a turbo molecular pump, etc. as an auxiliary pump is used.

電磁コイル303は、比較的大きな電流容量をもつ電気伝導度が良好な銅などの金属線で、真空チャンバ301の外周を巻回させた大きなコイルである。電磁コイル303に不図示の電流源から給電することで真空チャンバ301内の空間に図6に示す矢印方向の磁場Bを発生させる。   The electromagnetic coil 303 is a large coil in which the outer periphery of the vacuum chamber 301 is wound with a metal wire such as copper having a relatively large current capacity and good electrical conductivity. By supplying power to the electromagnetic coil 303 from a current source (not shown), a magnetic field B in the direction of the arrow shown in FIG.

また、オーブン304,308は、気化させる材料を収納する気化装置の開口側に、図6に示すように開口を覆い曲がり管を有し不図示の加熱ヒータを設けたノズル305,309をそれぞれ密着固定したものである。そして、オーブン304,308の各々のノズル305,309を真空チャンバ301の内部に露呈させるとともに、ノズル先端部の中心軸が加熱基板306、堆積基板310の略中央に向けて設ける。
なお、成膜装置300には不図示であるが真空チャンバ301を大気圧に戻すための窒素ガスなどの開閉弁を備えた給気配管が設けられる。
In addition, the ovens 304 and 308 are in close contact with the nozzles 305 and 309 provided with heaters (not shown) that cover the opening and have a bent tube as shown in FIG. 6 on the opening side of the vaporizer that stores the material to be vaporized. It is fixed. The nozzles 305 and 309 of the ovens 304 and 308 are exposed to the inside of the vacuum chamber 301, and the center axis of the nozzle tip is provided toward the approximate center of the heating substrate 306 and the deposition substrate 310.
Although not shown, the film forming apparatus 300 is provided with an air supply pipe provided with an opening / closing valve such as nitrogen gas for returning the vacuum chamber 301 to the atmospheric pressure.

このように構成した成膜装置は、例えば内包対象原子であるリチウム(以下、「Li」と記す。)を予めオーブン304に供給しておくとともに、オーブン308に例えばC60粉末などを供給しておく。
そして、先ず真空ポンプ302により真空チャンバ301内を例えば10−4Paまで減圧してから、加熱フィラメント313に不図示の電源から給電して加熱基板306を2700℃程度まで加熱する。
In the film forming apparatus configured in this way, for example, lithium as an inclusion target atom (hereinafter referred to as “Li”) is supplied to the oven 304 in advance and, for example, C60 powder or the like is supplied to the oven 308. .
First, the inside of the vacuum chamber 301 is depressurized to, for example, 10 −4 Pa by the vacuum pump 302, and then the heating substrate 306 is heated to about 2700 ° C. by supplying power to the heating filament 313 from a power source (not shown).

一方、オーブン304及びオーブン308の不図示のヒータにも通電してリチウムとC60が気化しない程度まで加熱する。このとき、加熱基板306とオーブン304,308内面からのガス放出で内圧が高くなるので、真空チャンバ301が所定の圧力となるまで真空排気を続行する。なお、このときノズル305,309も不図示のヒータにより加熱する。   On the other hand, the heaters (not shown) of the oven 304 and the oven 308 are energized and heated to such an extent that lithium and C60 do not vaporize. At this time, since the internal pressure increases due to the gas release from the heating substrate 306 and the inner surfaces of the ovens 304 and 308, the vacuum evacuation is continued until the vacuum chamber 301 reaches a predetermined pressure. At this time, the nozzles 305 and 309 are also heated by a heater (not shown).

次に、真空チャンバ301が所定の圧力に安定したとき、印加装置312により堆積基板310にバイアス電圧を印加する。そして、電磁コイル303に不図示の電流源から給電し真空チャンバ301内に軸Lに略平行な磁場(2〜7kG)を発生させる。   Next, when the vacuum chamber 301 is stabilized at a predetermined pressure, a bias voltage is applied to the deposition substrate 310 by the application device 312. Then, the electromagnetic coil 303 is fed from a current source (not shown) to generate a magnetic field (2 to 7 kG) substantially parallel to the axis L in the vacuum chamber 301.

次に、リチウムが供給されているオーブン304を、減圧下での沸点より高い500〜550℃に設定し直して加熱しリチウムを気化させ、また、C60が供給されているオーブン308を、昇華温度より高い400〜650℃に設定し直して加熱しC60を気化させる。   Next, the oven 304 to which lithium is supplied is reset to 500 to 550 ° C., which is higher than the boiling point under reduced pressure, and heated to vaporize lithium, and the oven 308 to which C60 is supplied is changed to a sublimation temperature. Re-set to higher 400-650 ° C. and heat to vaporize C60.

このとき、ノズル305,309を介してオーブン304,308と真空チャンバ301との雰囲気が接続されているので、これらの中での気相状態の分子は十分大きい平均自由行程をもつものとなる。   At this time, since the atmospheres of the ovens 304 and 308 and the vacuum chamber 301 are connected via the nozzles 305 and 309, the molecules in the gas phase state in these have a sufficiently large mean free path.

ここで、真空チャンバ301内の気化したリチウムとC60の挙動について説明する。   Here, the behavior of vaporized lithium and C60 in the vacuum chamber 301 will be described.

気化したリチウムはノズル305から噴出し、高温の加熱基板306に衝突する。このとき、高温の加熱基板306に衝突し熱接触した気相状態のリチウム原子は、気化に伴う運動エネルギーに加えてさらに大きな熱エネルギーを供給され、リチウム原子自身が電子を離して正イオン化して近傍の電子と共に、マクロ的には中性のプラズマを形成する(熱接触電離)。
また、真空チャンバ301内には長手方向に磁場Bが形成されているので、正電荷をもつリチウムイオンはこの磁場Bから力を受けて広がることが制限される。
The vaporized lithium is ejected from the nozzle 305 and collides with the high-temperature heating substrate 306. At this time, the lithium atoms in the vapor phase that collide with the high-temperature heating substrate 306 and are in thermal contact are supplied with larger thermal energy in addition to the kinetic energy accompanying vaporization, and the lithium atoms themselves release electrons and become positive ions. Macroscopically neutral plasma is formed with nearby electrons (thermal contact ionization).
Further, since the magnetic field B is formed in the longitudinal direction in the vacuum chamber 301, it is limited that lithium ions having a positive charge are spread by receiving a force from the magnetic field B.

一方、加熱基板306で熱接触電離したリチウムイオンと電子とはペアーで運動するが、電子は圧倒的に大きな質量のリチウムイオンに引きずられる。
このようなリチウムイオンが受ける磁場Bによる広がりを抑制する力により、衝突後のリチウムイオンと電子のペアーの運動方向は真空チャンバ301の概ね長手方向となり、図6に示す右側に移動するプラズマ流307が生成される。このプラズマの流速は音速程度で、きわめて低速度といえるものである。
On the other hand, lithium ions and electrons that have been thermally contact-ionized on the heating substrate 306 move in pairs, but the electrons are overwhelmed by lithium ions having a large mass.
Due to the force that suppresses the spread by the magnetic field B received by the lithium ions, the movement direction of the lithium ion / electron pair after the collision is substantially the longitudinal direction of the vacuum chamber 301, and the plasma flow 307 moves to the right side shown in FIG. Is generated. The flow velocity of this plasma is about the speed of sound and can be said to be extremely low.

気化したC60は、ノズル309から真空チャンバ301内の堆積基板310に向けて噴出する。この噴出した分子は、堆積基板310の近傍に高濃度のC60雰囲気を形成する。そして、堆積基板310が小さい負電位となるように印加されているので、この堆積基板310の近傍にきわめて薄いイオンシースが形成される。そして、C60が濃密に存在する堆積基板310近傍でのみリチウムイオンが加速され、C60を破壊することなくリチウム原子が内包される。
この結果、堆積基板310上に内包フラーレンを含む反応生成物の膜を逐次生成することになる。
The vaporized C60 is ejected from the nozzle 309 toward the deposition substrate 310 in the vacuum chamber 301. The ejected molecules form a high concentration C60 atmosphere in the vicinity of the deposition substrate 310. Since the deposition substrate 310 is applied so as to have a small negative potential, an extremely thin ion sheath is formed in the vicinity of the deposition substrate 310. Then, lithium ions are accelerated only in the vicinity of the deposition substrate 310 where C60 is densely present, and lithium atoms are included without destroying C60.
As a result, a reaction product film containing the endohedral fullerene is sequentially generated on the deposition substrate 310.

この方法では、プラズマ流307は比較的小さな磁場により形成され、リチウムイオン自体は堆積基板310近傍の電界で弱く加速されるため、リチウムイオンのC60分子への相互作用は物理的でなく化学的反応が主たるものとなる。この結果、C60自体が衝撃で破壊される比率が減少し、より収率の高い内包フラーレン合成ができるものとなる。   In this method, since the plasma flow 307 is formed by a relatively small magnetic field, and the lithium ions themselves are weakly accelerated by the electric field in the vicinity of the deposition substrate 310, the interaction of the lithium ions with the C60 molecule is not a physical reaction but a chemical reaction. Is the main thing. As a result, the rate at which C60 itself is destroyed by impact is reduced, and the endohedral fullerene synthesis with higher yield can be performed.

図7は、このようにして堆積基板310上に生成された膜のLDI−TOF−MS(レーザー脱離イオン化飛行時間型質量スペクトル)による質量分析結果を示し、空のC60の存在を示す質量数720のピークのほかに、Li@C60の存在を示す質量数727のピークを確認することができ、堆積膜310中にリチウムが内包されたフラーレンであるLi@C60が生成されたことがわかる。   FIG. 7 shows the mass analysis result by LDI-TOF-MS (laser desorption ionization time-of-flight mass spectrum) of the film thus formed on the deposition substrate 310, and the mass number indicating the presence of empty C60. In addition to the peak at 720, a peak with a mass number of 727 indicating the presence of Li @ C60 can be confirmed, indicating that Li @ C60, which is a fullerene in which lithium is included in the deposited film 310, was generated.

このように堆積基板310上に生成される合成膜は、C60とC60のケージ中にリチウム原子が内包されたLi@C60だけでなく、内包されていないリチウム原子なども混在した混合膜(以下、この段階の混合膜を「内包フラーレン未精製物」という)が得られる。   In this way, the synthetic film generated on the deposition substrate 310 is not only Li @ C60 in which lithium atoms are included in the cage of C60 and C60 but also a mixed film in which lithium atoms and the like not included are mixed (hereinafter, referred to as “a mixed film”). The mixed film at this stage is referred to as “unpurified endohedral fullerene”).

特許文献2において本願発明者らは上述のプラズマ照射法により内包対象原子等のフラーレンへの内包化を行い、対象原子を内包させたフラーレンを含有する合成物の製造方法と、この合成物を溶媒等で抽出・精製して得られる析出物であるフラーレンベース材料(「TCE」とも称する)が1個の内包フラーレンの周りに複数の空フラーレンが取り囲んで結合したクラスター構造をなしていることを示した。   In Patent Document 2, the inventors of the present invention encapsulate fullerenes such as atoms to be encapsulated by the above-described plasma irradiation method, a method for producing a compound containing fullerene encapsulating target atoms, and this compound as a solvent. It shows that the fullerene base material (also referred to as “TCE”), which is a precipitate obtained by extraction / purification by the above method, has a cluster structure in which a plurality of empty fullerenes are surrounded and bonded around one endohedral fullerene It was.

この特許文献2のフラーレンベース材料の製造方法は、内包フラーレンを含む合成物から、少なくとも、水系溶媒により内包されなかった内包対象原子と内包対象原子の化合物を除去する第一の処理と、内包フラーレンを溶媒に抽出する第二の処理と、再沈法により空のフラーレンを除去する第三の処理を行うことにより、内包フラーレンを含む分子クラスターを分離精製するものである。   The method for producing a fullerene base material disclosed in Patent Document 2 includes a first treatment for removing at least an inclusion target atom and a compound of an inclusion target atom that have not been included in an aqueous solvent from a synthetic product containing an inclusion fullerene, and an inclusion fullerene. The molecular cluster containing the endohedral fullerene is separated and purified by performing a second treatment for extracting the fullerene into the solvent and a third treatment for removing empty fullerene by the reprecipitation method.

このように、内包フラーレンの分離精製を、少なくとも、未反応の内包対象原子の除去工程と、内包フラーレンの溶媒抽出工程と、再沈法による空のフラーレンの除去工程とからなる複合工程により行うことで、溶媒抽出だけでは不十分であった内包フラーレンの分離精製を、高純度に行い、また、合成物から精製して回収できる内包フラーレンの量の収率の向上させている。   In this way, the separation and purification of the endohedral fullerene is performed by a combined process consisting of at least an unreacted inclusion target atom removal process, an endohedral fullerene solvent extraction process, and an empty fullerene removal process by reprecipitation. Thus, separation and purification of the endohedral fullerene, which has been insufficient only by solvent extraction, is performed with high purity, and the yield of the endohedral fullerene that can be purified and recovered from the synthesized product is improved.

なお、特許文献2には、溶液中の生成物の粒径分布を動的光散乱法により測定したものが示してあり、C60の溶液中での粒径分布からC60の径サイズが0.7nmにピークをもっていること、クロロナフタレン溶液中の粒径分布からこの溶液中の粒子の径サイズが4〜6nmにピークをもっていることを述べている。   Patent Document 2 shows a product obtained by measuring the particle size distribution of the product in the solution by a dynamic light scattering method. From the particle size distribution in the solution of C60, the diameter size of C60 is 0.7 nm. The particle size distribution in the chloronaphthalene solution indicates that the particle size in this solution has a peak at 4 to 6 nm.

(特許文献3) IS503単離した内包フラーレン特許
このため特許文献3においては、特許文献2記載の処理に代えて、空のフラーレンと内包フラーレンとの結合力を断ちクラスター構造をなすフラーレンベース材料をさらに分離・精製することを行った。
(Patent Document 3) IS503 Isolated Encapsulated Fullerene Patent Therefore, in Patent Document 3, instead of the treatment described in Patent Document 2, a fullerene base material that forms a cluster structure by cutting the binding force between empty fullerene and encapsulated fullerene is used. Further separation and purification were performed.

特許文献3では、単離された内包フラーレンを製造する技術が開示しており、内包フラーレンは概ね次に示す工程を有すものとした。
すなわち、
(a)内包フラーレンと、その周囲を取り囲んでなる複数の空のフラーレンとからなるクラスター構造を有する材料を溶媒に導入する工程、
(b)この溶媒中で材料のクラスター構造を分解するとともに内包フラーレンカチオンを形成する工程、
(c)内包フラーレンカチオンの塩を析出させる工程、
(d)溶媒と析出した内包フラーレンカチオンの塩とを分離する工程
Patent Document 3 discloses a technique for producing an isolated endohedral fullerene, and the endohedral fullerene generally has the following steps.
That is,
(A) a step of introducing a material having a cluster structure composed of an endohedral fullerene and a plurality of empty fullerenes surrounding the inner fullerene into a solvent;
(B) a step of decomposing the cluster structure of the material in this solvent and forming an endohedral fullerene cation;
(C) a step of precipitating a salt of an endohedral fullerene cation,
(D) a step of separating the solvent and the salt of the encapsulated fullerene cation

この結果、クラスター構造を有する材料を分解することができることを見いだし M@C2nで表される単離された内包フラーレンが得られたことを開示している。
本発明者らは、脱電子酸化反応によりクラスター構造をほぐし、リチウム内包C60フラーレンをカチオン塩として得ることに成功した。一例で示したリチウム内包C60フラーレンカチオン(Li@C60 +)塩は、原子内包フラーレン塩の一種である。
ここで一般的に塩(えん)とは、カチオン(陽イオン)とアニオン(陰イオン)とがイオン結合した化合物のことである。身近な代表例としては食塩(化学記号NaCl、イオン結合した化合物つまり塩であることを強調してNa+Cl-とも記す)がある。よって、原子内包フラーレン塩とは、原子内包フラーレンのカチオン(陽イオン)もしくはアニオン(陰イオン)を含む塩をいっている。
As a result, it was found that a material having a cluster structure can be decomposed, and it was disclosed that an isolated endohedral fullerene represented by M @ C2n was obtained.
The present inventors succeeded in loosening the cluster structure by deelectron oxidation reaction and obtaining lithium-encapsulated C 60 fullerene as a cation salt. The lithium-encapsulated C 60 fullerene cation (Li @ C 60 + ) salt shown as an example is a kind of atomic-encapsulated fullerene salt.
Here, a salt is generally a compound in which a cation (cation) and an anion (anion) are ion-bonded. A familiar representative example is sodium chloride (chemical symbol NaCl, also referred to as Na + Cl to emphasize that it is an ion-bonded compound or salt). Therefore, the atomic inclusion fullerene salt refers to a salt containing a cation (cation) or an anion (anion) of the atomic inclusion fullerene.

すなわち、M@C2nで表される単離された内包フラーレンが得られたこと、この単離された内包フラーレンの、LDI−TOF−MSでのこの内包フラーレンのピーク強度に対する他のフラーレンのピーク強度比がポジティブモードで0.5%以下、ネガティブモードで50%以下であるものであることを示した。なお、「単離」を、質量スペクトルで見たとき単一のピークを与える状態、あるいは他を圧倒するようなピークを有する略単独に分離された状態という意味で用いた。   That is, the isolated endohedral fullerene represented by M @ C2n was obtained, and the peak intensity of the other endohedral fullerene with respect to the peak intensity of this endohedral fullerene in LDI-TOF-MS was obtained. The ratio was 0.5% or less in the positive mode and 50% or less in the negative mode. “Isolated” was used in the meaning of a state giving a single peak when viewed in a mass spectrum, or a state of being separated almost alone having a peak overwhelming others.

(特許文献4、特許文献5)HPLC
特許文献4および特許文献5には、内包フラーレンを含む材料からHPLC(高速液体クロマトグラフィー:High Performance Liquid Chromatography)を用いて所望の内包フラーレンを分離したり精製したりする技術が開示されている。
ここでHPLCについて略記すると、このHPLCは、カラムクロマトグラフィーの一種で、移動相として高圧に加圧した液体を用いることが特徴である。
カラムクロマトグラフィーとは、化合物の精製法のひとつで、2種類の異なった相(固相と液相)の間の物質の分配を利用したものである。筒状の容器(カラム)に例えばシリカゲルなどのような充填剤(固定相)をつめ、そこに溶媒に溶かした反応混合物(溶離液)を流し、化合物によって充填剤との親和性や分子の大きさが異なることを利用して混合物の分離を行うものである。
(Patent Document 4, Patent Document 5) HPLC
Patent Documents 4 and 5 disclose a technique for separating or purifying a desired endohedral fullerene from a material containing the endohedral fullerene using HPLC (High Performance Liquid Chromatography).
Here, when HPLC is abbreviated, this HPLC is a kind of column chromatography and uses a liquid pressurized to a high pressure as a mobile phase.
Column chromatography is one of the methods for purifying compounds and utilizes the distribution of substances between two different phases (solid phase and liquid phase). A cylindrical container (column) is filled with a packing material (stationary phase) such as silica gel, and a reaction mixture (eluent) dissolved in a solvent is poured into it, and the compound has an affinity for the packing material and molecular size. Separation of the mixture is performed by utilizing the difference in length.

ここでの分離は、試料中のそれぞれの分子(またはイオン)の両相間の分配の度合いに依存する。そして、容器中の充填剤である固定相の粒径が小さいほど、理論段数が高くなるが送流抵抗は大となる。
なお、理論段数とは、2相間での物質の分配比の差を利用して物質の分離を行う装置の性能を表す指標で、カラムの性能を表す指標としても用いられる。この数値が高ければ高性能なカラム、つまり分離性能の良いカラムであるといわれる。
HPLCでは、高圧ポンプを用いて高速で溶離液を流す方式を採用し、かつ検出器を用いて記録紙の上にチャートを記録するという方法を採用して分析、分取に必要な時間を大幅に短縮できるようにしている。
The separation here depends on the degree of partitioning between both phases of each molecule (or ion) in the sample. And the smaller the particle size of the stationary phase that is the filler in the container, the higher the number of theoretical plates, but the greater the flow resistance.
The number of theoretical plates is an index that represents the performance of an apparatus that separates substances using the difference in the distribution ratio of substances between two phases, and is also used as an index that represents the performance of a column. If this value is high, it is said to be a high-performance column, that is, a column with good separation performance.
In HPLC, a method of flowing the eluent at high speed using a high-pressure pump and a method of recording a chart on recording paper using a detector greatly increase the time required for analysis and sorting. Can be shortened.

特許文献4には、金属内包フラーレンのそれまでの抽出方法の欠点を改良した金属内包フラーレンの効率的かつ選択的抽出法に関するものが開示されている。この特許文献4に開示されている金属フラーレンの抽出方法は、金属内包フラーレン及び空フラーレンを含む例えばすす状の混合物を、ドナー数が25以上である溶媒(A)とドナー数が25未満で、かつ誘電率が10より大きな溶媒(B)との混合溶媒で抽出するものである。
この特許文献4に開示されている技術では、金属内包フラーレン及び空フラーレンを含む混合物から金属内包フラーレンを選択的に抽出して混合物中の金属内包フラーレンの含有率を高くすることができる。 このため、HPLCを用いた分離作業などでの前処理として混合溶媒で抽出を採用することでHPLC処理に要する時間と溶離溶媒の双方を減らすことにつながり、金属内包フラーレンの効率的、選択的抽出に資するとしている。
Patent Document 4 discloses an efficient and selective extraction method for metal-encapsulated fullerenes, which has improved the disadvantages of conventional methods for extracting metal-encapsulated fullerenes. In the extraction method of metal fullerene disclosed in Patent Document 4, for example, a soot-like mixture containing metal-encapsulated fullerene and empty fullerene, a solvent (A) having a donor number of 25 or more and a donor number of less than 25, And it extracts with a mixed solvent with the solvent (B) whose dielectric constant is larger than 10.
In the technique disclosed in Patent Document 4, the content of metal-encapsulated fullerene in the mixture can be increased by selectively extracting the metal-encapsulated fullerene from the mixture containing the metal-encapsulated fullerene and the empty fullerene. For this reason, by using extraction with a mixed solvent as a pretreatment for separation work using HPLC, the time required for HPLC treatment and the elution solvent are reduced, and efficient and selective extraction of metal-encapsulated fullerenes is achieved. It is supposed to contribute to.

ここで溶離液である抽出用の混合溶媒のうち、溶媒(A)としてトリチルアミン、エチルアミン、等のアミン系溶媒やジメチルスルホキシドなどから選ばれ、溶媒(B)としては、アセトン、シクロヘキサン等のケトン系溶媒、アセトニトリル等のニトリル系溶媒、テトラヒドロフラン、1,2−ジメトキシエタン等のエーテル系溶媒、ほかが用いられるとしている。
そして、この混合溶媒抽出による前処理済み液では、空のフラーレンなどがほとんど検出されないので、HPLCを適用することにより金属内包フラーレンのみをさらに効率的に精製できるとしている。ここでのHPLCは、溶離液に先の混合溶媒を用いたものと考えられる。
Among the mixed solvents for extraction which are eluents here, the solvent (A) is selected from amine solvents such as tritylamine and ethylamine, dimethyl sulfoxide and the like, and the solvent (B) is a ketone such as acetone and cyclohexane. System solvents, nitrile solvents such as acetonitrile, ether solvents such as tetrahydrofuran and 1,2-dimethoxyethane, and others are used.
In the pretreated liquid by this mixed solvent extraction, empty fullerenes and the like are hardly detected, and therefore it is said that only metal-encapsulated fullerenes can be purified more efficiently by applying HPLC. In this HPLC, it is considered that the above mixed solvent was used as the eluent.

特許文献5には、C60等のフラーレン分子の内部に銅等のゲスト元素を内包させた内包フラーレンの製造方法などに関する技術が開示されている。
この特許文献5に開示されている内包フラーレンの製造方法は、ゲスト元素の供給源とフラーレン分子の供給源とをプラズマ発生室内に存在させる工程と、このプラズマ発生室内で供給源からのゲスト元素とフラーレン分子とをプラズマ励起下で互いに衝突反応させてゲスト元素をフラーレン分子内部に導入し、得られた内包フラーレンを精製する工程とを、有するものである。
また、内包フラーレンの精製工程が、溶媒によって堆積物の可溶性部分を抽出する工程と、不必要な沈殿物をろ過する工程と、HPLCによって目的物を分離する工程とを有するものである。
Patent Document 5 discloses a technique relating to a method for producing an endohedral fullerene in which a guest element such as copper is encapsulated inside a fullerene molecule such as C60.
The method for producing an endohedral fullerene disclosed in Patent Document 5 includes a step of causing a guest element supply source and a fullerene molecule supply source to exist in a plasma generation chamber, and a guest element from the supply source in the plasma generation chamber. And a step of causing the fullerene molecules to collide with each other under plasma excitation to introduce guest elements into the fullerene molecules, and purify the endohedral fullerenes obtained.
The purification process of the endohedral fullerene includes a process of extracting a soluble part of the deposit with a solvent, a process of filtering unnecessary precipitates, and a process of separating the target product by HPLC.

このようにしたので、容易かつ効果的にフラーレン分子の内部にゲスト元素を内包させることができ、また、低温(例えば25℃)、低圧(例えば25Pa)による製造方法であるため、周期表の全ての元素に適用できるとしている。
ここで精製工程でのHPLCによる分離は、明確に記載されていないが、液相に二硫化炭素を用いるとともに一般的な固定相カラムによると考えられる。
Since it did in this way, a guest element can be included easily and effectively in a fullerene molecule, and since it is a manufacturing method by low temperature (for example, 25 degreeC) and low pressure (for example, 25 Pa), all the periodic tables It can be applied to any element.
Although separation by HPLC in the purification step is not clearly described here, it is considered that carbon disulfide is used for the liquid phase and a general stationary phase column is used.

非特許文献1に記載されているように、Li@C60の存在・生成は、電磁スペクトル観察や質量分析などで確認されている。しかし、特許文献2で示したように、合成物中の内包フラーレンは、空のC60フラーレンが周囲を包みこんだ状態のいわゆるクラスター状になっており、クラスター構造ではなく単離された純粋なLi@C60を手に取る量(重量でミリグラムオーダー)で安定的に得ることができず、特性を詳細に測定・評価するに至っていなかった。 As described in Non-Patent Document 1, the presence / generation of Li @ C 60 has been confirmed by electromagnetic spectrum observation and mass spectrometry. However, as shown in Patent Document 2, the endohedral fullerene in the composite is a so-called clustered state in which empty C 60 fullerene is wrapped around, and it is not a cluster structure but an isolated pure one. Li @ C 60 could not be obtained stably in the amount (milligram order by weight), and the properties were not measured and evaluated in detail.

また、特許文献1の図13において実際に示されている、分離したとされる材料の質量スペクトルMSを見ると、いずれも空フラーレン(C60)および/もしくは複数種フラーレン内包物(Tm@C60,Tm@C70など)が混在しており、単離(単独に分離した)とは言い難い。
特に、特許文献1記載技術は、M@C60については、MがTmである場合を除き、酸化によるカチオン形成は困難であることを示している。すなわち、特許文献1の(表4)(方式2フローでの枠中記載の処理工程)「ODCB[Ag+][SbF6−]抽出その後ろ過」によっても、M@C60は酸化されず不溶物として除去されている。M@C60とC60という酸化されにくいフラーレン同士の分離については適用できないことを暗に示唆していると考えられる。
Moreover, when the mass spectrum MS of the material supposed to be separated, which is actually shown in FIG. 13 of Patent Document 1, is observed, both are empty fullerene (C60) and / or plural fullerene inclusions (Tm @ C60, Tm @ C70 etc.) are mixed, and it is difficult to say that they are isolated (separated separately).
In particular, the technique described in Patent Document 1 indicates that cation formation by oxidation is difficult for M @ C60 , except when M is Tm. That is, (Table 4) of Patent Document 1 (processing step described in the frame in method 2 flow) “ODCB [Ag +] [SbF6-] extraction and subsequent filtration” removes M @ C60 as an insoluble matter without being oxidized. Has been. It is thought that it implicitly suggests that it is not applicable to the separation between M @ C60 and C60 which are hardly oxidized fullerenes.

上述のように、特許文献1では、酸化処理後のM@C60あるいはM@C70の単離・精製についての道筋を示唆する記載は見当たらない。
さらにいえば、特許文献1は、空フラーレン類と内包フラーレン類との混合状態から、両者の化学的特質の明確な相違を利用した溶解度差法による精製方法であり、両者がそれぞれ溶液中や不溶物中で相互作用なく存する場合に有効なものである。後述する本願での処理対象物のように、異なるフラーレン同士が結合状態(クラスター状態)を形成している場合の結合の分解手法ではない。
As described above, in Patent Document 1, there is no description suggesting a route for isolation / purification of M @ C60 or M @ C70 after oxidation treatment.
Furthermore, Patent Document 1 is a purification method based on a solubility difference method using a clear difference in chemical characteristics between empty fullerenes and encapsulated fullerenes, both of which are in solution or insoluble, respectively. This is effective when there is no interaction in the object. This is not a bond decomposition method in the case where different fullerenes form a bonded state (cluster state) as in the processing object in the present application described later.

一方、特許文献2記載の技術では、HPLCによるLi@C60の精製を複数回試行したが、内包フラーレンの精製量を試料の重量の7〜8%以上とすることはできなかった。つまり、特許文献2記載の技術では、空のフラーレンの除去に限度があるがため、精製によりある一定以上の収率向上は図れず、また依然クラスイター構造を有するものであった。   On the other hand, in the technique described in Patent Document 2, purification of Li @ C60 by HPLC was tried a plurality of times, but the purified amount of the endohedral fullerene could not be 7 to 8% or more of the weight of the sample. That is, in the technique described in Patent Document 2, there is a limit to the removal of empty fullerene, so that the yield cannot be improved beyond a certain level by purification, and still has a classifier structure.

この状況下、特許文献3に開示したように、本発明者らは、脱電子酸化反応によりクラスター構造をほぐし、リチウム内包C60フラーレンをカチオン塩として得ることに成功した。このリチウム内包C60フラーレンカチオン(Li@C60 +)塩は、原子内包フラーレン塩の一種である。
上述したように原子内包フラーレン塩とは、原子内包フラーレンのカチオン(陽イオン)またはアニオン(陰イオン)を含む塩であり、Li@C60PF6(塩であることを強調してLi@C60 PF6 -とも記す)、Li@C60SbCl6などが具体的な代表例である。
Under this circumstance, as disclosed in Patent Document 3, the present inventors have succeeded in loosening the cluster structure by deelectron oxidation and obtaining lithium-encapsulated C 60 fullerene as a cation salt. This lithium-encapsulated C 60 fullerene cation (Li @ C 60 + ) salt is a kind of atomic-encapsulated fullerene salt.
As mentioned above, an atomic inclusion fullerene salt is a salt containing a cation (cation) or anion (anion) of an atomic inclusion fullerene, and Li @ C 60 PF 6 (Li @ C 60 + PF 6 - and also referred), such as Li @ C 60 SbCl 6 is a specific representative examples.

本発明者らは、特許文献3に記載した脱電子酸化して得た原子内包フラーレン塩の典型例であるLi@C60SbCl6をさらに分離・精製するため、昇華法やHPLC法を試みた。しかし、十分な成果を得るに至らなかった。
すなわち、Li@C60SbCl6は分解し易く加熱による昇華法での精製は不適切であると分かった。また、従来内包フラーレンの製造に用いられるHPLC手法をそのまま適用したとき、Li@C60塩や同カチオンがカラムから排出されなかった。この原因として、Li@C60塩や同カチオンがHPLCカラム内の固定相に強くに吸着されたまま保持されて脱離され難かったためと推測している。
In order to further separate and purify Li @ C 60 SbCl 6 , which is a typical example of the atom-encapsulated fullerene salt obtained by deelectronization described in Patent Document 3, the present inventors tried a sublimation method or an HPLC method. . However, it did not get enough results.
In other words, Li @ C 60 SbCl 6 was easily decomposed, and it was found that purification by heating sublimation was inappropriate. Moreover, when the HPLC method conventionally used for the production of endohedral fullerene was applied as it was, the Li @ C 60 salt and the same cation were not discharged from the column. This is presumed to be because the Li @ C 60 salt and the same cation were held strongly adsorbed on the stationary phase in the HPLC column and were not easily desorbed.

また、特許文献3に示したように、溶解度差法によりLi@C60塩の分離・精製に成功したものの、得られた原子内包フラーレン塩は、低純度、低回収率などという処理工程上の不都合があった。
すなわち、前述の方法では未だ分離・精製が十分ではなく、不純物を十分除き切れず低純度であった。また、溶解度差が十分確保できていないために不純物側の液に目的物が漏れ出したり、容器・治具類への付着による損失などに起因する回収率の低さなどの問題が残っていた。
In addition, as shown in Patent Document 3, although the Li @ C 60 salt was successfully separated and purified by the solubility difference method, the obtained atomic-encapsulated fullerene salt has a low purity and a low recovery rate. There was an inconvenience.
That is, the above-described method has not yet been sufficiently separated and purified, and the impurities have not been sufficiently removed and the purity has been low. In addition, because the difference in solubility was not sufficiently secured, problems such as low recovery due to leakage of the target product into the liquid on the impurity side or loss due to adhesion to containers and jigs remained. .

かかる点に鑑み、本発明は原子内包フラーレン塩の分離・精製方法として、実績のある上述した溶解度差法での欠点を解決し、高純度化、高回収率化が実現できる安価で簡便な方法を確立するものである。
すなわち、上述した公知あるいは発明者らが検討した各種分離・精製方法のうち、HPLC法はフラーレン類を含む各種有機物の分離・精製法としてよく知られた方法の一つであり、簡便かつ高効率(高分離率、高精製率、低工程損失)なので広く利用されている。
よって本発明では、HPLCの従来法の不具合点である原子内包フラーレン塩もしくは同イオン(カチオンまたはアニオン)がHPLCカラム充填剤に吸着されカラムから排出されない点を克服し、原子内包フラーレン塩もしくは同イオンが他成分と分離されてカラムから容易に排出される新規なHPLC法を提案するものである。
In view of this point, the present invention is an inexpensive and simple method that can solve the above-mentioned disadvantages of the solubility difference method and achieve high purity and high recovery rate as a method for separating and purifying atomic inclusion fullerene salts. Is to establish.
That is, among the various separation / purification methods known or studied by the inventors, the HPLC method is one of well-known methods for separation / purification of various organic substances including fullerenes, and is simple and highly efficient. (High separation rate, high purification rate, low process loss), so it is widely used.
Therefore, the present invention overcomes the problem that the endohedral fullerene salt or ion (cation or anion), which is a disadvantage of the conventional HPLC method, is not adsorbed by the HPLC column packing material and discharged from the column. Proposes a novel HPLC method in which is separated from other components and easily discharged from the column.

以下、HPLCについて概要を説明する。
クロマトグラフィーとは、気体や液体、そして溶質の相互分離に使われる手法(技術)の一つである。このうち液体クロマトグラフィーでは、最初は真っ直ぐに立てたガラス管にアルミナや珪藻土などの吸着質を詰めてカラムとしたものを用いた。試料をカラムの頂部から注いで吸着させ、その後上から新しい溶媒を連続的に滴下する(「展開」操作)。展開により頂部に吸着した試料の中から、溶媒に溶けやすいものが液側に移動し、カラム中を下降してくる。
新しい溶媒をさらに加えてカラムを洗う(「溶離」操作)と、吸着剤と溶媒との分配比の大きさの順に試料中から各成分が分離してくるので、カラムの下端から溶出してくるそれぞれのフラクションを分け取ることで各成分を分離することができる。
The outline of HPLC will be described below.
Chromatography is one of the techniques (techniques) used to separate gases, liquids, and solutes. Among these, in liquid chromatography, initially, a straight glass tube packed with an adsorbate such as alumina or diatomaceous earth was used as a column. A sample is poured from the top of the column to be adsorbed, and then a new solvent is continuously dropped from above (“development” operation). Among the samples adsorbed on the top by the development, those that are easily dissolved in the solvent move to the liquid side and descend in the column.
When the column is washed by adding new solvent (“elution” operation), each component is separated from the sample in the order of the distribution ratio of the adsorbent and the solvent, so that it elutes from the lower end of the column. Each component can be separated by separating each fraction.

これに対し、HPLC(High Pressure Liquid
Chromatography:高速液体クロマトグラフィー)では、溶離操作のための溶媒である溶離液を、高圧ポンプを用いて高速で流す方式を採用し、分析に必要な時間を大幅に短縮できるようにしたものである。また、原理発見当初ガラス管カラムの中の変化を目視で観察していたものも、検出器を用いて記録紙の上にチャートとして記録する方法に改善されている。
In contrast, HPLC (High Pressure Liquid
Chromatography (High-Performance Liquid Chromatography) uses a high-speed pump to flow the eluent, which is a solvent for elution, to greatly reduce the time required for analysis. . Moreover, what was observed visually in the glass tube column at the time of discovery of the principle has been improved to a method of recording as a chart on recording paper using a detector.

また、クロマトグラフィーは、2種類の異なった相(固定相と移動相)の間の物質の分配を利用したものをいうが、この分配による分離は、試料中のそれぞれの分子(またはイオン)の両相間の分配の度合いに依存する。先の葉緑素におけるカラムクロマトグラフィーは「吸着」クロマトグラフィーと呼ばれるものの典型で、試料をアルミナのような吸着媒体上に吸着させる。
「分配クロマトグラフィー」では、固定相に液体(例えば水)を含ませておき、これと混じらない別の液体を移動相とする。この場合、分離を左右するのは溶質の二液相間分配である。
「イオン交換クロマトグラフィー」では固定相(イオン交換樹脂など)のイオン性官能基とそれぞれのイオンとの結合や錯形成の競合を利用して分離を行う。
「ゲルろ過クロマトグラフィー」では試料の分子サイズが分離を左右する。(ジョン・ディンティス著 ブルーバックス「新・化学用語小事典」1993年11月より)
Chromatography refers to the use of substance distribution between two different phases (stationary phase and mobile phase). Separation by this distribution is the separation of each molecule (or ion) in a sample. Depends on the degree of distribution between the two phases. Column chromatography in the previous chlorophyll is typical of what is called “adsorption” chromatography, in which the sample is adsorbed onto an adsorption medium such as alumina.
In “partition chromatography”, a liquid (for example, water) is included in the stationary phase, and another liquid that does not mix with the liquid is used as the mobile phase. In this case, it is the distribution of the solute between the two liquid phases that influences the separation.
In “ion exchange chromatography”, separation is performed by using the competition between the ionic functional groups of the stationary phase (ion exchange resin, etc.) and the respective ions and complex formation.
In “gel filtration chromatography”, the molecular size of the sample affects the separation. (From John Dintis, Bluebucks “New Encyclopedia of Chemical Terms”, November 1993)

上記でも略述したが以下、HPLCを、図を参照して説明する。
HPLCのシステムは、溶離液瓶、脱気装置、ポンプ、インジェクタ、カラム及びカラム恒温槽、検出器、記録装置などのユニットによって構成される。
以下、各ユニットについて説明する。
Although briefly described above, the HPLC will be described below with reference to the drawings.
The HPLC system includes units such as an eluent bottle, a degassing device, a pump, an injector, a column and a column thermostat, a detector, and a recording device.
Hereinafter, each unit will be described.

a)脱気装置
検出器で検出する段階でノイズとなり、ベースライン不安定要因となる、溶離液中に混入している酸素その他の気体を除くために用いられる。
b)ポンプ
ポンプはHPLCのシステムの最上流に設置され溶離液瓶中の溶離液をシステムに送り込みます。
周期的な圧力変動(脈動という)を極力減らし、どのような条件でも一定の流速で溶離液を流し測定への影響を与えぬよう様々な工夫が考案なされている。この結果、微量の試料を高感度で分析することができるようになっている。
a) Deaeration device This is used to remove oxygen and other gases mixed in the eluent, which become noise during detection by the detector and cause baseline instability.
b) Pump The pump is installed in the uppermost stream of the HPLC system and sends the eluent in the eluent bottle to the system.
Various devices have been devised to reduce periodic pressure fluctuations (called pulsations) as much as possible and to flow the eluent at a constant flow rate under any conditions without affecting the measurement. As a result, a very small amount of sample can be analyzed with high sensitivity.

c)インジェクタ
インジェクタはポンプの次に設置され、分析しようとする試料をここからシリンジという注射器のようなもので溶離液中に注入する。なお、多数の試料を連続的に一定間隔で注入するときはオートインジェクタ(オートサンプラ)も多く用いられる。
d)カラム
上述の当初に用いられたガラス管に吸着質を詰めたものと同じ原理であるが、ガラス管ではなくステンレス管のものが用いられる。そして、中に詰められるものとしてはシリカゲルやポリマーゲルなどが採用される。カラム中で試料の分離が行われるのでHPLCシステムの中で最も重要な部品である。
c) Injector The injector is installed next to the pump, and a sample to be analyzed is injected into the eluent through a syringe called a syringe. Note that when a large number of samples are continuously injected at regular intervals, an autoinjector (autosampler) is often used.
d) Column Although the principle is the same as that of the glass tube used at the beginning as described above, the stainless steel tube is used instead of the glass tube. And what is stuffed inside is silica gel or polymer gel. It is the most important part of the HPLC system because sample separation takes place in the column.

e)カラム恒温槽
HPLC分析は温度によって分離がかなり変わってくることがあるので、分析する対象によっては、カラムをカラム恒温槽内に設置して測定を行う。
f)検出器
試料の分離はカラムの中で行われるが、分離された結果を見える形に変換するものが検出器である。試料が含まれていない溶離液の組成は一定であるのに対し、溶離液に試料中の成分が含まれていると組成が変わってくるのでこの変化を電気信号として取り出すものである。
g)記録計
検出器から電気信号として出力された検出された結果を目に見える形にするためのもので、従来のペンレコーダーから、コンピュータを利用したデータ処理器(インテグレータともいう)へと、より簡便かつ高機能になっている。
e) Column thermostat Since the separation in HPLC analysis may vary considerably depending on the temperature, the column is placed in the column thermostat depending on the object to be analyzed.
f) Detector Although the sample is separated in the column, the detector converts the separated result into a visible form. While the composition of the eluent that does not contain the sample is constant, the composition changes when the components in the sample are contained in the eluent, and this change is taken out as an electrical signal.
g) Recorder To make the detected result output as an electrical signal from the detector visible, from a conventional pen recorder to a data processor (also called an integrator) using a computer, It is simpler and more functional.

このように構成されたHPLCは、上述のように化合物を2種類の異なった相(固相と液相)の間の物質の分配を利用して精製する。ステンレス製のカラムに例えばシリカゲルなどのような充填剤(固定相)をつめ、そこに溶媒に溶かした反応混合物(溶離液)を流し、化合物によって充填剤との親和性や分子の大きさが異なることを利用して混合物の分離を行う。   The HPLC thus configured purifies the compound using the partition of the material between two different phases (solid phase and liquid phase) as described above. Fill a stainless steel column with a packing material (stationary phase) such as silica gel, and flow a reaction mixture (eluent) dissolved in a solvent into it. The affinity with the packing material and the molecular size differ depending on the compound. To separate the mixture.

ここでの分離は、試料中のそれぞれの分子(またはイオン)の両相間の分配の度合いに依存する。そして、容器中の充填剤である固定相の粒径が小さいほど、理論段数が高くなるが送流抵抗は大となる。
なお、理論段数とは、2相間での物質の分配比の差を利用して物質の分離を行う装置の性能を表す指標で、カラムの性能を表す指標としても用いられる。この数値が高ければ高性能なカラム、つまり分離性能の良いカラムであるといわれる。
The separation here depends on the degree of partitioning between both phases of each molecule (or ion) in the sample. And the smaller the particle size of the stationary phase that is the filler in the container, the higher the number of theoretical plates, but the greater the flow resistance.
The number of theoretical plates is an index that represents the performance of an apparatus that separates substances using the difference in the distribution ratio of substances between two phases, and is also used as an index that represents the performance of a column. If this value is high, it is said to be a high-performance column, that is, a column with good separation performance.

なお、HPLCを含む液体クロマトグラフィーなる手法には、上述のように相間の分配度合いの違いから、吸着クロマトグラフィー、分配クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、ゲルろ過クロマトグラフィーなどと分類されるが、本願では特定の態様のHPLCに限定されない。   In addition, liquid chromatography including HPLC is classified as adsorption chromatography, distribution chromatography, ion exchange chromatography, gel filtration chromatography, etc., based on the difference in the degree of partitioning between phases as described above. Then, it is not limited to the HPLC of a specific aspect.

本発明原子内包フラーレン塩の分離・精製方法は、PF6アニオンを含む電解質を添加した溶液を移動相として用いるものである。 Separation and purification method of the present invention atom endohedral salts are the well Ru used a solution prepared by adding an electrolyte containing PF6 anion as the mobile phase.

本発明原子内包フラーレン塩の分離・精製方法によれば、電解質を添加した溶液を移動相として用いるHPLC法を採用したので、固定相であるカラムから容易に原子内包フラーレン塩もしくは同イオンが排出され、分離・精製ができるようになる。
すなわち、発明者らの試行の結果、移動相として通常用いられる有機溶媒に対し、この移動相に可溶な電解質を添加し溶解した有機溶媒溶液をHPLCでの移動相に用い、HPLCでの分取・分析のための溶液注入口であるインジェクターから原子内包フラーレン塩を含む液を注入することにより、容易に原子内包フラーレン塩もしくは同イオンが固定相カラムから排出され、分離・精製が可能となることを見出した。
According to the method for separating and purifying an atomic inclusion fullerene salt of the present invention, since the HPLC method using a solution with an electrolyte added as a mobile phase is adopted, the atomic inclusion fullerene salt or the same ion is easily discharged from the column that is a stationary phase. Separation / purification becomes possible.
That is, as a result of the inventors' trials, an organic solvent solution obtained by adding a soluble electrolyte to a mobile phase and dissolving it in an organic solvent that is usually used as a mobile phase is used as a mobile phase in HPLC. By injecting a solution containing an endohedral fullerene salt from an injector that is a solution injection port for sampling and analysis, the endohedral fullerene salt or ions can be easily discharged from the stationary phase column, allowing separation and purification. I found out.

これは以下の理由により発現されると考えられる。電解質を添加していない通常の移動相を用いると、カラム充填剤の固定相表面の活性な吸着サイトに注入された原子内包フラーレンカチオンが強く吸着されて排出され難いものとなる。
一方、本発明の電解質を添加した移動相を用いたとき、充填剤の固定相表面の活性な吸着サイトに電解質のイオンが原子内包フラーレンイオンより先に吸着し、原子内包フラーレンイオンが吸着されるのを妨げ、原子内包フラーレンイオンが固定相から排出されるようになると考えられる。
なお、原子内包フラーレンイオンと他成分(不純物)とが分離される機構は、充填剤の結合相と原子内包フラーレンイオン間の相互作用と結合相と他成分(不純物)との相互作用の強弱差によるもので、通常のHPLC法の分離機構に倣うものである。
This is considered to be expressed for the following reasons. When a normal mobile phase to which no electrolyte is added is used, the atom-containing fullerene cations injected into the active adsorption sites on the surface of the stationary phase of the column filler are strongly adsorbed and are not easily discharged.
On the other hand, when the mobile phase to which the electrolyte of the present invention is added is used, the electrolyte ions are adsorbed on the active adsorption sites on the surface of the stationary phase of the filler before the atomic fullerene ions, and the atomic fullerene ions are adsorbed. It is considered that the endohedral fullerene ions are discharged from the stationary phase.
In addition, the mechanism by which the endohedral fullerene ions and other components (impurities) are separated is based on the difference between the interaction between the binder phase and the endohedral fullerene ions and the interaction between the binding phase and other components (impurities). It is based on the separation mechanism of a normal HPLC method.

以下、用語について説明する。上述したものについても必要に応じ再掲した。   Hereinafter, terms will be described. The above items were reprinted as necessary.

(フラーレン、原子内包フラーレン)
フラーレンとは、12個の五員環と2個以上の六員環からなる、実際上C60以上のサイズの球殻状に閉じた一般式C2n(2n≧60)で表わされる一群の炭素分子の総称である。具体例としては、C60、C70、C76、C82、C90、C96などがあるがこれらに限定されるものではない。
フラーレンは炭素原子の五員環と六員環からなる三次元の閉じた球形分子である。
原子内包フラーレンは、フラーレンの球殻内に原子(以下Mで表わす)を閉じ込めた構造の、一般式M@C2n(2n≧60)で表わされる分子の総称である。 ここでMは、単一もしくは複数の原子またはそれらを含む原子団であり、かならずしも単一の原子でなくてもよい。
(Fullerene, atomic inclusion fullerene)
Fullerene is a group of carbons represented by the general formula C 2n (2n ≧ 60), which consists of 12 five-membered rings and two or more six-membered rings, and is actually closed into a spherical shell with a size of C 60 or more. A general term for molecules. Specific examples include, but are not limited to, C 60 , C 70 , C 76 , C 82 , C 90 , C 96 and the like.
Fullerenes are three-dimensional closed spherical molecules consisting of five- and six-membered rings of carbon atoms.
Atomic endohedral fullerene is a generic name for molecules represented by the general formula M @ C 2n (2n ≧ 60) having a structure in which atoms (hereinafter referred to as M) are confined in the spherical shell of fullerene. Here, M is a single atom or a plurality of atoms or an atomic group containing them, and is not necessarily a single atom.

(原子内包フラーレン塩)
一般的に塩(えん)とは、カチオン(陽イオン)とアニオン(陰イオン)とがイオン結合した化合物のことである。 身近な代表例としては食塩(化学記号NaCl、イオン結合した化合物つまり塩であることを強調してNa+Cl-とも記す)がある。
原子内包フラーレン塩とは、原子内包フラーレンのカチオン(陽イオン)もしくはアニオン(陰イオン)を含む塩である。イオンの価数は1もしくは1以上である。 Li@C60PF6(塩であることを強調してLi@C60 PF6 -とも記す)、Li@C60SbCl6などが具体的な代表例であるが、これらに限定されるものではない。
(Atomic inclusion fullerene salt)
In general, a salt is a compound in which a cation (cation) and an anion (anion) are ion-bonded. A familiar representative example is sodium chloride (chemical symbol NaCl, also referred to as Na + Cl to emphasize that it is an ion-bonded compound or salt).
The atomic inclusion fullerene salt is a salt containing a cation (cation) or an anion (anion) of the atomic inclusion fullerene. The valence of the ion is 1 or 1 or more. Li @ C 60 PF 6 (emphatically Li @ C 60 + PF 6 that the salt - also referred to as a), Li @ the like C 60 SbCl 6 is a specific representative example, limited to is not.

(分離・精製の対象物質)
本発明において、対象物質は原子内包フラーレン塩としたが、一般的な塩であれば原子内包フラーレン塩に限定することなく本発明すなわち電解質添加移動相を用いるHPLC法による分離・精製方法は適用可能である。
(電解質)
電解質とは、溶媒中に溶解した際に、カチオン(陽イオン)とアニオン(陰イオン)に電離する物質のことである。一般的には、酸、塩基または塩(えん)のような物質である。
本願に用いるものとしては、移動相の溶媒に可溶で、溶解してカチオンとアニオンとに電離する物質(電解質)であればよく、以下に列挙するカチオンとアニオンの組合せからなる電解質が代表的なものであるが特にこだわらない。
(Substances for separation / purification)
In the present invention, the target substance is an atom-encapsulated fullerene salt. However, as long as it is a general salt, the present invention, that is, a separation / purification method using an HPLC method using an electrolyte-added mobile phase is applicable without limitation to the atom-encapsulated fullerene salt. It is.
(Electrolytes)
An electrolyte is a substance that ionizes into a cation (cation) and an anion (anion) when dissolved in a solvent. Generally, it is a substance such as an acid, a base or a salt.
The material used in the present application may be any substance (electrolyte) that is soluble in the solvent of the mobile phase and dissolves and ionizes into a cation and an anion. Typical examples of the electrolyte are combinations of cations and anions listed below. Although it is a thing, it is not particular.

(電解質の種類)
電解質の種類としては、移動相の溶媒に可溶であれば特にこだわらない。以下、電解質を構成するカチオン(陽イオン)とアニオン(陰イオン)の例を具体的に列挙するが、これらに限定するものではない。
(Type of electrolyte)
The electrolyte is not particularly limited as long as it is soluble in the mobile phase solvent. Hereinafter, examples of cations (cations) and anions (anions) constituting the electrolyte are specifically listed, but are not limited thereto.

カチオン(陽イオン)の例として、プロトン(H+)、アルカリ金属カチオン( Li+、Na+、K+、Rb+、Cs+)、その他の金属カチオン ( Ag+、Tl+、)、アンモニウムカチオン ( NH4 +)、有機アンモニウムカチオン(第1級ないし第4級) ( CH3NH3 +、(C2H5)3NH+、(C4H9)4N+=TBA(Tetrabutlyammonium))、アンモニウム以外のオニウムカチオン( (CH3)3S+、(C4H9)4P+、(C6H5)4P+、(C6H5)4As+、(C6H5)4Sb+Examples of cations (cations) include protons (H + ), alkali metal cations (Li + , Na + , K + , Rb + , Cs + ), other metal cations (Ag + , Tl + ), ammonium cations (NH 4 + ), organic ammonium cation (primary to quaternary) (CH 3 NH 3 + , (C 2 H 5 ) 3 NH + , (C 4 H 9 ) 4 N + = TBA (Tetrabutlyammonium) + ), Onium cations other than ammonium ((CH 3 ) 3 S + , (C 4 H 9 ) 4 P + , (C 6 H 5 ) 4 P + , (C 6 H 5 ) 4 As + , (C 6 H 5 ) 4 Sb + )

アニオン(陰イオン)の例の例として、ハロゲンアニオン( Cl-、Br-、I-)、その他の無機アニオン ( SCN-、NO3 -、ClO4 - )、含ホウ素アニオン( B(C4H9)4 -、B(C6H5)4 - )、アルキルスルホン酸( CH3SO3 - )、アリルスルホン酸 ( p-CH3C6H4SO3 -)、含フッ素アニオン ( BF4 -、PF6 -、AsF6 -、SbF6 -、CF3SO3 -、C4H9SO3 -、N(CF3SO2)2 -、C(CF3SO2)3 - )、含塩素アニオン( SbCl6 -、PCl6 - )、その他の有機アニオン ( CH3CO2 -、CH3CO3 -、C2H5CO3 -、C2H5O- Examples of examples of the anion (negative ion), halogen anions (Cl -, Br -, I -), and other inorganic anions (SCN -, NO 3 -, ClO 4 -), boron-containing anions (B (C 4 H 9) 4 -, B (C 6 H 5) 4 -), alkyl sulfonic acid (CH 3 SO 3 -), allyl sulfonic acid (p-CH 3 C 6 H 4 SO 3 -), the fluorine-containing anion (BF 4 -, PF 6 -, AsF 6 -, SbF 6 -, CF 3 SO 3 -, C 4 H 9 SO 3 -, N (CF 3 SO 2) 2 -, C (CF 3 SO 2) 3 -), containing chloride anions (SbCl 6 -, PCl 6 - ), other organic anions (CH 3 CO 2 -, CH 3 CO 3 -, C 2 H 5 CO 3 -, C 2 H 5 O -)

(電解質濃度)
移動相溶媒に添加する電解質の濃度は、溶媒1L(リットル)に対し1mmol(1mmol/l)以上が望ましい。不足する(濃度が低い)と原子内包フラーレン塩がHPLCから排出されにくくなる。また、濃度の上限としては、電解質と溶媒との組合せによる飽和溶解度(飽和濃度)が目安となる。
(移動相溶媒)
移動相の溶媒は、分離・精製する対象物質を変質することなく溶解でき、かつHPLCの移動相として使用できる溶媒であればよい。好ましくは、比誘電率が10以上の溶媒から選ぶ。分離・精製の対象物質が原子内包フラーレン塩であり高極性溶媒つまり比誘電率の大きな溶媒に溶け易いためである。比誘電率が10以上の溶媒の数例を以下に列挙(数値が比誘電率)するが、これらに限定するものではない。
例を挙げれば、N−メチルアセトアミドC3H7NO 179.0、ホルムアミドCH3NO
111.0、ジメチルスルホキシドC2H6OS 47.24、アセトニトリル(ANと略記)C2H3N 36.64、メタノール
33.0、エタノール 25.3、アセトン 21.01、oージクロロベンゼンC6H4Cl2(ODCBと略記) 10.12、である。
移動相溶媒として、二種類以上の溶媒からなる混合溶媒でもよい。この場合も、比誘電率が実質的に10以上の混合溶媒が好ましい。
(Electrolyte concentration)
The concentration of the electrolyte added to the mobile phase solvent is desirably 1 mmol (1 mmol / l) or more with respect to 1 L (liter) of the solvent. When insufficient (low concentration), the endohedral fullerene salt is difficult to be discharged from the HPLC. Further, as an upper limit of the concentration, a saturation solubility (saturation concentration) by a combination of an electrolyte and a solvent is a standard.
(Mobile phase solvent)
The solvent of the mobile phase may be any solvent that can be dissolved without altering the target substance to be separated and purified and can be used as a mobile phase for HPLC. Preferably, a solvent having a relative dielectric constant of 10 or more is selected. This is because the target substance for separation / purification is an atomic inclusion fullerene salt, which is easily dissolved in a highly polar solvent, that is, a solvent having a large relative dielectric constant. Several examples of solvents having a relative dielectric constant of 10 or more are listed below (numerical values are relative dielectric constants), but are not limited thereto.
For example, N-methylacetamide C 3 H 7 NO 179.0, formamide CH 3 NO
111.0, dimethyl sulfoxide C 2 H 6 OS 47.24, acetonitrile (abbreviated as AN) C 2 H 3 N 36.64, methanol
33.0, ethanol 25.3, acetone 21.01, o-dichlorobenzene C 6 H 4 Cl 2 (abbreviated as ODCB) 10.12.
As the mobile phase solvent, a mixed solvent composed of two or more kinds of solvents may be used. Also in this case, a mixed solvent having a relative dielectric constant of substantially 10 or more is preferable.

本発明の原子内包フラーレンの分離・精製方法の説明フローである。It is an explanation flow of the separation and purification method of the endohedral fullerene of the present invention. 実施例において得られたLi@C60塩のポジティブMS図である。It is a positive MS figure of Li @ C 60 salt obtained in the example. 実施例において得られたLi@C60塩のネガティブMS図である。It is a negative MS figure of Li @ C 60 salt obtained in the example. 内包フラーレン合成物を生成するための成膜装置の構成を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows the structure of the film-forming apparatus for producing | generating an endohedral fullerene composite. フラーレンクラスターの説明図であり、(a)は単離状態の内包フラーレンとフラーレンを示し、(b)は単層状に空フラーレンを有するクラスター、(c)は2層状に空フラーレンを有するクラスターである。It is explanatory drawing of a fullerene cluster, (a) shows the endohedral fullerene and fullerene of an isolation state, (b) is a cluster which has empty fullerene in single layer form, (c) is a cluster which has empty fullerene in two layers form . 本発明で得られるLi@C60塩の代表的な分子構造の模式図である。(a)はSbCl6塩であり、(b)はPF6塩である。It is a schematic diagram of a typical molecular structure of the Li @ C60 salt obtained in the present invention. (A) is an SbCl 6 salt and (b) is a PF 6 salt. Li@C60塩のHPLCクロマトグラムにおける電解質添加効果を示すグラフである。It is a graph which shows the electrolyte addition effect in the HPLC chromatogram of Li @ C60 salt.

以下、本例の原子内包フラーレン塩の分離・精製方法につき、内包対象原子としてリチウム(以下、「Li」と記す。)、被内包フラーレンとしてC60を用いた例で説明する。
上述しているように、Liが内包されたC60を、Li@C60と記す。
DETAILED DESCRIPTION separation and purification method of atomic endohedral salts of the present example, lithium as contained target atoms (hereinafter, referred to as "Li".), Described in example using C 60 as the endohedral fullerenes.
As described above, C60 containing Li is described as Li @ C60.

図1に示す工程に従ってLi@C60カチオンの合成・分離・精製を行った。 Li @ C 60 cation was synthesized, separated and purified according to the process shown in FIG.

S1:合成
(S11:(クラスター材料の)合成)
Liを内包した内包フラーレンの製造に、円筒形状のステンレス製容器の周囲に電磁コイルを配した構造の、図6に示す構成の製造装置を用いた。
使用原料であるLiは、アルドリッチ社製の同位体に関し未精製のLiを用い、また、使用原料であるC60は、フロンティアカーボン社製のC60を用いた。
(i)真空容器301を真空度4.2×10−4Paに排気し、電磁コイル303により、磁場強度0.044Tの磁界を発生させた。
(ii)内包原子昇華オーブン304に固体状のLiを充填し、400〜600℃の温度に加熱してLiを昇華させ、Liガスを発生させた。
(iii)発生したLiガスを500℃に加熱したガス導入管を通して導入し、2500℃に加熱した熱電離プレート306に噴射した。
(iv)Li蒸気が熱電離プレート306表面で電離し、Liの正イオンと電子からなるプラズマ流が発生した。
(v)さらに、発生したプラズマ流に、チムニー型のフラーレンオーブン308で610℃に加熱、昇華させたC0蒸気を導入した。
(vi)プラズマ流と接触するカップ状の堆積基板310に−30Vのバイアス電圧を印加し、堆積基板301表面に内包フラーレンを含む薄膜を堆積した。
原料供給比(Liイオン/C60)は0.5とした。
(vii)約2時間の堆積を行い、厚さ0.8〜1.4μmの薄膜が堆積した。
S1: Synthesis (S11: (Cluster material) synthesis)
For the production of the endohedral fullerene containing Li, a production apparatus having a structure shown in FIG. 6 having a structure in which an electromagnetic coil is arranged around a cylindrical stainless steel container was used.
Li used as raw material used was unpurified Li for isotopes manufactured by Aldrich, and C 60 used as raw material used was C 60 manufactured by Frontier Carbon.
(I) The vacuum vessel 301 was evacuated to a vacuum degree of 4.2 × 10 −4 Pa, and a magnetic field with a magnetic field strength of 0.044 T was generated by the electromagnetic coil 303.
(Ii) Encapsulated atom sublimation oven 304 was filled with solid Li and heated to a temperature of 400 to 600 ° C. to sublimate Li to generate Li gas.
(Iii) The generated Li gas was introduced through a gas introduction tube heated to 500 ° C. and sprayed onto the thermoionization plate 306 heated to 2500 ° C.
(Iv) Li vapor was ionized on the surface of the thermoionization plate 306, and a plasma flow composed of Li positive ions and electrons was generated.
(V) Further, C 60 vapor heated and sublimated to 610 ° C. in a chimney type fullerene oven 308 was introduced into the generated plasma flow.
(Vi) A bias voltage of −30 V was applied to the cup-shaped deposition substrate 310 that was in contact with the plasma flow, and a thin film containing an endohedral fullerene was deposited on the surface of the deposition substrate 301.
The raw material supply ratio (Li ion / C 60 ) was 0.5.
(Vii) Deposition was performed for about 2 hours, and a thin film having a thickness of 0.8 to 1.4 μm was deposited.

(S12:合成物回収)
次に、次の手順で合成物の採取・回収を行った。
(i)合成装置の堆積基板装着取り出し口に設けたグローブバッグ内を嫌気雰囲気(アルゴンガス)に置換するとともに、装置内の堆積基板装着部を嫌気ガスにより大気圧に復帰させる(グローブバッグ内には、予めコックなどで内部空間を開放したデシケータを入れておき、デシケータ内部を含めての嫌気雰囲気置換を、グローブバッグの真空排気後にアルゴンガスを導入して行った)。
(ii)グローブバッグの内側から装置内の堆積基板装着部を開け、中の基板を取り出しデシケータに入れ蓋をし、コックを閉じ外気と遮断するとともに、装置の基板装着取り出し口を閉じた。
(iii)グローブバッグから、アルゴンによる嫌気ガス中に外気と遮断された状態で堆積基板が収容されたデシケータを取り出した。
(iv)アルゴンガスによる嫌気雰囲気とした回収用グローブボックスに、堆積基板入りデシケータを入れ、スパチュラで基板上の合成物を削り落とし、アルミニウム箔上に回収した。
(v)次に、グローブボックス内で回収物をメノウ乳鉢ですり潰した。
(vi)そして、グローブボックス内で回収物を電子天秤で秤量した。
この組成物である回収した回収物(すす)を出発材料とし、この材料を5.66g、5.60g、5.62g、5.63gの4Lot分用意し、それぞれについて以下の処理(S2〜S3)を行った。
嫌気下での回収により、回収作業での溶媒への不溶化やクラスター分解効率の低減などの大気中の酸素や水分による組成物への影響を抑制することができる。
(S12: Compound recovery)
Next, the synthesized product was collected and collected by the following procedure.
(I) While replacing the inside of the glove bag provided at the stacking substrate loading / unloading port of the synthesis apparatus with an anaerobic atmosphere (argon gas), the deposition board mounting portion in the apparatus is returned to atmospheric pressure by the anaerobic gas (into the glove bag) In this case, a desiccator whose interior space was opened with a cock or the like was placed in advance, and the anaerobic atmosphere substitution including the inside of the desiccator was performed by introducing argon gas after evacuating the glove bag).
(Ii) The deposition substrate mounting portion in the apparatus was opened from the inside of the glove bag, the inside substrate was taken out, put in a desiccator, covered with a lid, shut off from outside air, and the substrate mounting / extraction port of the apparatus was closed.
(Iii) From the glove bag, the desiccator in which the deposition substrate was accommodated in a state of being shielded from the outside air in an anaerobic gas by argon was taken out.
(Iv) A desiccator containing a deposition substrate was placed in a collection glove box in an anaerobic atmosphere with argon gas, and the composite on the substrate was scraped off with a spatula and collected on an aluminum foil.
(V) Next, the collected material was ground in an agate mortar in a glove box.
(Vi) The collected material was weighed with an electronic balance in the glove box.
The recovered material (soot), which is the composition, is used as a starting material, and 5.66 g, 5.60 g, 5.62 g, and 5.63 g of 4 lots are prepared, and each of the following treatments (S2 to S3) )
Recovery under anaerobic conditions can suppress the influence of oxygen and moisture in the atmosphere on the composition, such as insolubilization in a solvent and reduction of cluster decomposition efficiency during the recovery operation.

S2:酸化
S2〜S3は処理法を示すため、代表して回収物5.66gを用いた場合について記述する。
S2: Oxidation Since S2 to S3 indicate treatment methods, the case where 5.66 g of recovered material is used will be described as a representative.

(S21:クラスター分解(酸化))
本工程は、クラスター構造をなすLi@C60と複数の空フラーレンとを含む組成物である回収物(すす)を、酸化試薬とともに溶媒(第1と第2の溶媒による混合溶媒)に投入し、脱電子酸化の化学反応によりLi@C60と空フラーレンそのほかの成分が、溶液中で遊離して存在する状態にする工程である。
(i)アルゴンガスにより嫌気雰囲気としたグローブボックス内で、容量1Lのナス型フラスコに、回収物と酸化試薬であるアミニウム塩42.45gを投入した。
ここで、アミニウム塩の投入量は、算出される予想含有Li@C60の量に対するよりも多くし、組成物に含まれているC60フラーレンと外接したり内包されたりしていないリチウム原子(遊離リチウム)も除去するようにした。
なお、使用したグローブボックスは、内容積6mの美和製作所製のもので、水分量は2ppm(露点−75℃相当)、酸素量は60ppmであった。
以下では、酸化試薬であるアミニウム塩を、次に示す化学式による「アミニウムA」とし説明する。
すなわち、本例での「アミニウムA」は、化合物名:ヘキサクロロアンチモン酸トリス(4−ブロモフェニル)アミニウム、示性式:(4−BrCNSbClなるものである。
このアミニウムAとして、Aldrich社製試薬を用いた。
(S21: Cluster decomposition (oxidation))
In this step, a recovered material (soot), which is a composition containing Li @ C 60 having a cluster structure and a plurality of empty fullerenes, is added to a solvent (mixed solvent of first and second solvents) together with an oxidizing reagent. In this process, Li @ C 60 , empty fullerene, and other components are released and exist in the solution by a chemical reaction of deelectron oxidation.
(I) In a glove box made an anaerobic atmosphere with argon gas, 42.45 g of the recovered product and an aminium salt as an oxidizing reagent were charged into a 1 L eggplant-shaped flask.
Here, the input amount of the aminium salt is larger than the calculated expected amount of Li @ C60, and lithium atoms that are not circumscribed or encapsulated with the C60 fullerene contained in the composition (free lithium) ) Was also removed.
The glove box used was manufactured by Miwa Seisakusho with an internal volume of 6 m 3 , the water content was 2 ppm (corresponding to a dew point of −75 ° C.), and the oxygen content was 60 ppm.
Hereinafter, the aminium salt that is an oxidizing reagent is described as “aminium A” according to the following chemical formula.
That is, "aminium A" in this example, compound name: hexachloroantimonate tris (4-bromophenyl) aminium, rational formula: (4-BrC 6 H 4 ) is 3 NSbCl 6 That Is.
As this aminium A, a reagent manufactured by Aldrich was used.

(ii)引き続きグローブボックス内で、前記の材料入りナス型フラスコに、第1の溶媒で無極性溶媒であるo−ジクロロベンゼン(以下、ODCBと記す)283ml、第2の溶媒で極性溶媒であるアセトニトリル(以下、ANとも記す)142mlを投入した。
前記溶媒としてそれぞれ、脱水o−ジクロロベンゼン(Aldrich製)、脱水アセトニトリル(和光純薬工業株式会社製)を用いた。
(iii)前記ナス型フラスコを超音波洗浄機の槽に載置し、超音波エネルギーを10分間印加し、回収物およびアミニウムAを溶媒へ分散もしくは溶解した。
この結果、容量1Lのなす型フラスコの内容物は、やや青みがかった濃黒色の懸濁液となった。
(iv)前記懸濁液入りナス型フラスコをグローブボックス内で室温下(特に温度管理は行っていないが、内部温度は30℃)磁気攪拌しながら23.5時間分解反応を行った。
(Ii) In the glove box, 283 ml of o-dichlorobenzene (hereinafter referred to as ODCB) which is a non-polar solvent as a first solvent and a polar solvent as a second solvent in the eggplant-shaped flask containing the materials. 142 ml of acetonitrile (hereinafter also referred to as AN) was added.
Dehydrated o-dichlorobenzene (Aldrich) and dehydrated acetonitrile (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were used as the solvents, respectively.
(Iii) The eggplant-shaped flask was placed in a tank of an ultrasonic cleaner, and ultrasonic energy was applied for 10 minutes to disperse or dissolve the recovered material and aminium A in a solvent.
As a result, the contents of the flask with a volume of 1 L became a dark black suspension with a slight bluish tint.
(Iv) The suspension eggplant-shaped flask was subjected to a decomposition reaction for 23.5 hours while stirring magnetically in a glove box at room temperature (particularly temperature control was not performed, but the internal temperature was 30 ° C.).

(S22:AN留去)
前記した酸化反応終了後の懸濁液からANを留去することによってLi@C60カチオン類を次工程S31で、析出しやすくすることを目的に行った。
前記懸濁液入りナス型フラスコをグローブボックス内より取り出し、エハ゛ホ゜レーターに接続した。70℃に保持した高温水槽にナス型フラスコを浸け、ダイアフラムポンプで75hPa以下に減圧してANを留去した。
AN留去終了の目安は、溶液表面からの発泡が目視で観察されなくなる時点とした。
(S22: AN evaporation)
The purpose was to facilitate precipitation of Li @ C 60 cations in the next step S31 by distilling off AN from the suspension after the oxidation reaction.
The eggplant-shaped flask containing the suspension was taken out from the glove box and connected to an evaporator. The eggplant-shaped flask was immersed in a high-temperature water tank maintained at 70 ° C., and the pressure was reduced to 75 hPa or less with a diaphragm pump to distill off AN.
The guideline for the completion of the AN distillation was the point at which foaming from the solution surface was no longer observed visually.

S3:洗浄・抽出工程 S3: Cleaning / extraction process

(S31:再沈ろ過)
前記AN留去後のODCBを主成分とする溶液に、この溶液内溶解全成分の貧溶媒であるヘキサンとトルエン(第3の溶媒)を添加することで、Li@C60カチオン類を含む全溶質を沈殿させ固形分として得るための工程である。
(i)黒褐色を呈している上記懸濁溶液中のヘキサン、トルエン不溶成分の沈殿を促すため、ナス型フラスコにヘキサンを611ml、トルエンを306ml加え溶解量を落とした。
(ii)前記の“溶液とヘキサン、トルエン”入り三角フラスコに共栓をし、手に持ち十分振り混ぜた。
(iii)十分な沈殿物を生成するため、懸濁液が入った三角フラスコをさらにそのあと冷暗所に1時間静置した。
(iv)静置後の懸濁液を、加圧ろ過器でろ過した。
ろ過フィルターには、メンブレンフィルター(日本ミリポア社製 オムニポアメンブレンフィルター、型番 JGWP09025 、仕様 孔経0.2μm、直径90mmφ、厚さ65μm)を用いた。
この結果、フィルター上に第1の組成体である黒色の過残渣を得た。
(S31: Reprecipitation filtration)
By adding hexane and toluene (third solvent), which are poor solvents of all dissolved components in the solution, to the solution containing ODCB as a main component after the AN distillation, all of the Li @ C 60 cations are added. It is a process for precipitating a solute to obtain a solid content.
(I) In order to promote precipitation of hexane and toluene insoluble components in the above suspension solution exhibiting a blackish brown color, 611 ml of hexane and 306 ml of toluene were added to an eggplant type flask to lower the dissolved amount.
(Ii) The Erlenmeyer flask containing “solution, hexane, and toluene” was stoppered, held in your hand, and shaken well.
(Iii) In order to produce a sufficient precipitate, the Erlenmeyer flask containing the suspension was further allowed to stand in a cool dark place for 1 hour.
(Iv) The suspension after standing was filtered with a pressure filter.
A membrane filter (Omnipore membrane filter manufactured by Nippon Millipore, model number JGWP09025, specification pore diameter 0.2 μm, diameter 90 mmφ, thickness 65 μm) was used as the filtration filter.
As a result, a black excess residue as the first composition was obtained on the filter.

(S32:塩類除去(AN洗浄))
ろ過残渣(第1の組成体)から酸化剤であるアミニウム塩の未反応物及び反応物を溶媒(第4の溶媒)で溶解し除去するための工程である。
なお、ここで、第4の溶媒としてアミニウム塩の未反応物及び反応物に対する良溶媒で、Li@C60カチオン類とC60フラーレンの貧溶媒であるANを用いる。
(i)容量500mlのナス型フラスコに、ろ過残渣とフィルターとを入れ、第4の溶媒であるAN300mlを注ぎ込みこれらが浸るようにした。
(ii)この三角フラスコを超音波洗浄機内に載置し、超音波エネルギーを3分間印加しAN中にろ過残渣が分散した懸濁液とした。
(S32: Salt removal (AN cleaning))
This is a step for dissolving and removing unreacted substances and reactants of an aminium salt as an oxidizing agent from a filtration residue (first composition) with a solvent (fourth solvent).
Here, AN, which is a good solvent for the unreacted aminium salt and the reactant, and a poor solvent for Li @ C 60 cations and C 60 fullerene, is used as the fourth solvent.
(I) A filtration residue and a filter were put into an eggplant-shaped flask having a capacity of 500 ml, and 300 ml of AN, which is a fourth solvent, was poured so that they were immersed.
(Ii) This Erlenmeyer flask was placed in an ultrasonic cleaner, and ultrasonic energy was applied for 3 minutes to obtain a suspension in which the filtration residue was dispersed in AN.

(iii)加圧ろ過器で懸濁液を、ろ液受け三角フラスコ中にろ過した。 フィルター上にはろ過固形分が残渣として残った(「ろ過1」処理)。
ろ過フィルターは、メンブレンフィルター(日本ミリポア社製 オムニポアメンブレンフィルター、型番 JGWP09025 、仕様 孔経0.2μm、直径90mmφ、厚さ65μm)を用いた。
(iv)前記「ろ過1」処理で使用し未だ少し固形分が固着している容量500mlのナス型フラスコにAN300mlを入れ、ろ過1の残渣をフィルターごとナス型フラスコに入れた。超音波洗浄機による分散を3分間行った。
(v)加圧ろ過器で懸濁液を、ろ液受け三角フラスコ中にろ過した。 フィルター上にはろ過固形分が残渣として残った(「ろ過2」処理)。
(Iii) The suspension was filtered through a pressure filter into a filtrate receiving Erlenmeyer flask. Filter solids remained as a residue on the filter ("Filtration 1" treatment).
As the filtration filter, a membrane filter (Omnipore membrane filter manufactured by Nippon Millipore, model number JGWP09025, specification pore diameter 0.2 μm, diameter 90 mmφ, thickness 65 μm) was used.
(Iv) 300 ml of AN was put into a 500 ml eggplant type flask which was used in the above-mentioned “filtration 1” treatment and the solid content was still slightly fixed, and the residue of filtration 1 was put together with the filter into the eggplant type flask. Dispersion with an ultrasonic cleaner was performed for 3 minutes.
(V) The suspension was filtered with a pressure filter into a filtrate receiving Erlenmeyer flask. Filtration solids remained as a residue on the filter ("filtration 2" treatment).

(vi)前記「ろ過2」処理で使用し未だわずかに固形分が固着している容量500mlのナス型フラスコにAN150ml入れ、ろ過2の残渣をフィルターごとナス型フラスコに入れた。超音波洗浄機による分散を3分間行った。
(vii)加圧ろ過器で懸濁液を、ろ液受け三角フラスコ中にろ過した。 フィルター上にはろ過固形分が残渣として残った(「ろ過3」処理)。以上により、容量500mlのナス型フラスコに残っていた固形分中のアミニウム塩の未反応物及び反応物を溶出させた。
(viii)「ろ過3」までの繰り返しろ過により得られた残渣固形分が第2の組成体であるろ過残渣固形分である。
なお、この塩類除去処理でのANの使用量は、「ろ過1」で300ml、「ろ過2」で300ml、「ろ過3」で150mlの計750mlであった。
(Vi) 150 ml of AN was put into a 500 ml eggplant-shaped flask used in the above-mentioned “filtration 2” treatment and the solid content was still slightly fixed, and the residue of filtration 2 was put together with the filter into the eggplant-shaped flask. Dispersion with an ultrasonic cleaner was performed for 3 minutes.
(Vii) The suspension was filtered through a pressure filter into a filtrate receiving Erlenmeyer flask. Filter solids remained as a residue on the filter ("filtration 3" treatment). As described above, unreacted substances and reactants of the aminium salt in the solid content remaining in the eggplant-shaped flask having a volume of 500 ml were eluted.
(Viii) The residue solid content obtained by repeated filtration up to “Filtration 3” is the filtration residue solid content that is the second composition.
Note that the amount of AN used in the salt removal treatment was 300 ml for “Filtration 1”, 300 ml for “Filtration 2”, and 150 ml for “Filtration 3”, for a total of 750 ml.

(S33:空フラーレン除去(トルエン洗浄))
本工程では、第2の組成体であるろ過残渣固形分から、第5の溶媒(トルエン)を用いて空フラーレン(C60)を溶解除去する。第5の溶媒は、空フラーレンの良溶媒、かつ内包フラーレンカチオン類を実質的に溶解しないものが選択される。
(i)容量500mlのナス型フラスコに、第2の組成体のろ過残渣固形物とフィルターとを入れ、第5の溶媒であるトルエン300mlを注ぎ込みこれらが浸るようにした。この三角フラスコを超音波洗浄機内に載置し、超音波エネルギーを3分間印加しトルエン中に第2組成体ろ過残渣固形物が分散した懸濁液とした。
(ii)加圧ろ過器で懸濁液を、ろ液受け三角フラスコ中にろ過した。 フィルター上にはろ過固形分が残渣として残った(「ろ過1」処理)。
トルエンは特級トルエン(和光純薬工業製)、ろ過フィルターは、メンブレンフィルター(日本ミリポア社製 オムニポアメンブレンフィルター、型番 JGWP09025 、仕様 孔経0.2μm、直径90mmφ、厚さ65μm)を用いた。
(iii)「ろ過1」処理により得られた固形分が第3の組成体であるろ過残渣固形分である。
(S33: Empty fullerene removal (toluene washing))
In this step, empty fullerene (C 60 ) is dissolved and removed from the filtration residue solid content of the second composition using a fifth solvent (toluene). As the fifth solvent, a good solvent for empty fullerene and a solvent that does not substantially dissolve the endohedral fullerene cations are selected.
(I) A filtration residue solid of the second composition and a filter were placed in a 500 ml eggplant-shaped flask, and 300 ml of toluene as the fifth solvent was poured therein so that they were immersed. This Erlenmeyer flask was placed in an ultrasonic cleaner, and ultrasonic energy was applied for 3 minutes to obtain a suspension in which the second composition filtration residue solid was dispersed in toluene.
(Ii) The suspension was filtered through a pressure filter into a filtrate receiving Erlenmeyer flask. Filter solids remained as a residue on the filter ("Filtration 1" treatment).
Toluene was a special grade toluene (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and a membrane filter (Nihon Millipore Omnipore membrane filter, model number JGWP09025, specification pore diameter 0.2 μm, diameter 90 mmφ, thickness 65 μm) was used as a filtration filter.
(Iii) The solid content obtained by the “filtration 1” treatment is the solid content of the filtration residue as the third composition.

(S34:再溶解(Li@C60カチオン抽出))
本工程では、第3の組成体であるろ過残渣固形分から、第6の溶媒(ODCBとAN)を用いて内包フラーレンカチオンを溶解抽出する。第6の溶媒は、内包フラーレンカチオンの良溶媒が選択される。
(i)容量500mlのナス型フラスコに、前記の第3組成体ろ過残渣固形物とフィルターとを入れ、第6の溶媒であるODCB40mlとAN40mlを注ぎ込みこれらが浸るようにした。 この三角フラスコを超音波洗浄機内に載置し、超音波エネルギーを3分間印加しODCB、AN中に第3組成体ろ過残渣固形物が分散した懸濁液とした。
(ii)加圧ろ過器で懸濁液を、容量200mlのろ液受けナス型フラスコ中にろ過した。 ODCBは、特級ODCB(Aldrich製)、ANは、特級AN(和光純薬工業株式会社製)ろ過フィルターは、メンブレンフィルター(日本ミリポア社製 オムニポアメンブレンフィルター、型番 JGWP09025 、仕様 孔経0.2μm、直径90mmφ、厚さ65μm)を用いた。
(S34: redissolving (Li @ C 60 cation extraction))
In this step, the encapsulated fullerene cation is dissolved and extracted from the solid residue of the filtration residue, which is the third composition, using a sixth solvent (ODCB and AN). As the sixth solvent, a good solvent for the endohedral fullerene cation is selected.
(I) The third composition filtration residue solid and the filter were placed in a eggplant-shaped flask having a capacity of 500 ml, and ODCB 40 ml and AN 40 ml, which were sixth solvents, were poured therein so that they were immersed. This Erlenmeyer flask was placed in an ultrasonic cleaner, and ultrasonic energy was applied for 3 minutes to obtain a suspension in which the third composition filtration residue solids were dispersed in ODCB and AN.
(Ii) The suspension was filtered with a pressure filter into a filtrate receiving eggplant type flask having a volume of 200 ml. ODCB is a special grade ODCB (manufactured by Aldrich), AN is a special grade AN (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) Filtration filter is a membrane filter (Nihon Millipore omnipore membrane filter, model number JGWP09025, specification pore size 0.2 μm, A diameter of 90 mmφ and a thickness of 65 μm) was used.

(S35:固体析出)
本工程では、ろ液から内包フラーレンカチオンを固形分として析出させる。ANを留去しろ液を冷却することでカチオンの溶解量を低減させる。
(i)ロータリーポンプに液体窒素冷却トラップをつけ、ナス型フラスコを接続し減圧留去した。
AN留去終了の目安は、溶液表面からの発泡が目視で観察されなくなってから30分後とした。
(ii)ナス型フラスコに共栓をし、クランプをはめて5℃に設定した冷蔵庫に入れ68時間静置した。冷蔵庫は、日本フリーザ(株)製 型式KT−1744を用いた。
(iii)冷温静置後、ナス型フラスコのろ液中に黒色粉状固体(OxAm−Cと呼ぶ)の析出が確認できた。
(S35: Solid precipitation)
In this step, the endohedral fullerene cation is precipitated as a solid content from the filtrate. The amount of cation dissolved is reduced by distilling off AN and cooling the filtrate.
(I) A liquid nitrogen cooling trap was attached to the rotary pump, and an eggplant-shaped flask was connected and distilled off under reduced pressure.
The guideline for the completion of the AN distillation was 30 minutes after foaming from the solution surface was no longer observed visually.
(Ii) The eggplant-shaped flask was stoppered, clamped, placed in a refrigerator set at 5 ° C. and allowed to stand for 68 hours. As the refrigerator, model KT-1744 manufactured by Nippon Freezer Co., Ltd. was used.
(Iii) After standing at low temperature, precipitation of a black powdery solid (referred to as OxAm-C) was confirmed in the filtrate of the eggplant type flask.

(S36:固体回収)
本工程では、析出した黒色粉状固体OxAm−Cの洗浄を行い、不用物を除去し必要な固体を回収する。
(i)冷温静置後、ナス型フラスコのろ液の上澄み液を吸引ろ過装置のフィルターホルダーに注いでろ過した(デカンテーションろ過)。上澄み液とともに流れ出たわずかの黒色粉状固体がフィルター上に残った。
(ii)大部分の黒色粉状固体を内壁と底部に残したナス型フラスコにトルエン2mlを注ぎ黒色粉状固体を洗浄した。
(iii)続いて、デカンテーションろ過実施後の前記ろ過装置のフィルター上の黒色の残渣ろ過固形分の上方からナス型フラスコの上澄み液を注ぎ、デカンテーションろ過した(「トルエンデカンテーション」処理)。
(S36: Solid recovery)
In this step, the precipitated black powdered solid OxAm-C is washed to remove unnecessary materials and collect the necessary solid.
(I) After standing at low temperature, the supernatant of the filtrate of the eggplant flask was poured into a filter holder of a suction filtration device and filtered (decantation filtration). A slight black powdery solid that flowed out with the supernatant remained on the filter.
(Ii) 2 ml of toluene was poured into an eggplant-shaped flask in which most of the black powdery solid was left on the inner wall and bottom, and the black powdery solid was washed.
(Iii) Subsequently, the supernatant of the eggplant-shaped flask was poured from above the black residue filtration solids on the filter of the filtration device after decantation filtration, and decantation filtered (“toluene decantation” treatment).

(iv)大部分の黒色粉状固体を内壁と底部に残したナス型フラスコにAN3mlを注ぎ黒色粉状固体を洗浄した。続いて、「トルエンデカンテーション」実施後の前記ろ過装置のフィルター上の黒色の残渣ろ過固形分の上方からナス型フラスコ内の上澄み液を注ぎ、デカンテーションろ過した(「ANデカンテーション」処理)。これを三回繰り返した。
(v)大部分の黒色粉状固体を内壁と底部に残したナス型フラスコにODCB500μlを注ぎ黒色粉状固体を洗浄した後、マイクロピペットでナス型フラスコ内の内容物をできるだけ吸引し、それをANデカンテーション実施後のろ過装置のフィルター上の黒色の残渣ろ過固形分の上方から注ぎ吸引ろ過した。(「ODCBデカンテーション」)
(Iv) 3 ml of AN was poured into an eggplant-shaped flask in which most of the black powdery solid remained on the inner wall and the bottom, and the black powdery solid was washed. Subsequently, the supernatant in the eggplant-shaped flask was poured from above the black residue filtration solids on the filter of the filtration device after “toluene decantation”, and decantation filtered (“AN decantation” treatment). This was repeated three times.
(V) Pour 500 μl of ODCB into an eggplant-shaped flask with most of the black powdery solid left on the inner wall and bottom, wash the black powdered solid, and aspirate the contents in the eggplant-shaped flask with a micropipette as much as possible. It poured from the upper part of black residue filtration solid content on the filter of the filtration apparatus after AN decantation, and was suction-filtered. ("ODCB Decantation")

(vi)大部分の黒色粉状固体を内壁と底部に残したナス型フラスコにヘキサン1mlを注ぎ黒色粉状固体を洗浄した後、マイクロピペットでナス型フラスコ内の内容物をできるだけ吸引し、それをODCBデカンテーション実施後のろ過装置のフィルター上の黒色の残渣ろ過固形分の上方から注ぎ吸引ろ過した。これを三回繰り返した。(「ヘキサンデカンテーション」)
(vii)得られた黒色の残渣ろ過固形分をフィルターとともにアルミニウム箔上に取り出し、これを真空デシケータに入れダイアフラムポンプで乾燥した。
(viii)乾燥後の黒色粉状固体は、目的物である内包フラーレンカチオンLi@C60カチオン類を含み、OxAm−Cと称することにする。 ここで得られたOxAm−Cの重量は26.9mgであった。
(Vi) After pouring 1 ml of hexane into an eggplant-shaped flask with most of the black powdered solid left on the inner wall and bottom, the black powdered solid was washed, and the contents in the eggplant-shaped flask were sucked as much as possible with a micropipette. Was poured from above the black residue filtration solids on the filter of the filtration apparatus after ODCB decantation, and suction filtered. This was repeated three times. ("Hexane Decantation")
(Vii) The obtained black residue filtration solids were taken out together with a filter onto an aluminum foil, put in a vacuum desiccator and dried with a diaphragm pump.
(Viii) The black powdered solid after drying contains the inclusion endohedral fullerene cation Li @ C60 cations and will be referred to as OxAm-C. The weight of OxAm-C obtained here was 26.9 mg.

(S41: OxAm-C(粗精製物)溶液化)
以下実施例は試作タイプ2(OxAm199−202−H26)とする。
上記S36(viii)で得られた26.9mgのOxAm−Cを、以下の混合溶媒40.36mlが入った三角フラスコに入れ、超音波洗浄機UT205HSにより3分間超音波を印加して溶解させた。
AN(アセトニトリル) 20.18ml 和光純薬工業株式社製 HPLCクロマトグラム用
ODCB(オルトシ゛クロロヘ゛ンセ゛ン) 20.18ml Aldrich社製 HPLCgrade
AN:ODCB=1:1容量比の混合溶媒 OxAm-C 1mgに対して混合溶媒1.5ml
赤紫色の溶液となったが、一部溶け残り(残存固形分)が見られた。
上記の溶液をダイアフラムポンフ゜吸引ろ過器で0.2μmフィルターを使いろ過し、ろ液40.36mlを得た。 目的物Li@C60カチオンはろ液に溶解している。フィルター上に残ったろ過残渣固形分は不溶解不純物である。
その他の3LotのOxAm−C 26.4mg、19.0mg、16.5mgもそれぞれ上記の処理方法で溶液化し、4Lotの溶液を合わせて130.5mlのろ液を得た。
(S41: OxAm-C (crude product) solution)
In the following examples, prototype type 2 (OxAm199-202-H26) is used.
26.9 mg of OxAm-C obtained in the above S36 (viii) was placed in an Erlenmeyer flask containing 40.36 ml of the following mixed solvent, and dissolved by applying ultrasonic waves for 3 minutes with an ultrasonic cleaner UT205HS. .
AN (acetonitrile) 20.18 ml for HPLC chromatogram manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
ODCB (Orthodichlorobenzene) 20.18 ml Aldrich HPLCgrade
AN: ODCB = 1: 1 volume ratio of mixed solvent OxAm-C 1mg mixed solvent 1.5ml
A reddish purple solution was obtained, but a part of the residue (residual solid content) was observed.
The above solution was filtered using a 0.2 μm filter with a diaphragm pump suction filter to obtain 40.36 ml of filtrate. The target product Li @ C 60 cation is dissolved in the filtrate. The solid content of the filtration residue remaining on the filter is an insoluble impurity.
Other 3 lots of OxAm-C 26.4 mg, 19.0 mg, and 16.5 mg were also dissolved by the above treatment method, and 4 lots of solutions were combined to obtain 130.5 ml of filtrate.

(S42:HPLC分取)
HPLC分取を行った。
分析装置は島津製作所製LC−Avpシリーズで、カラムはナカライテスク製NPEカラム- サイズ10φ×250mmを使用した。
移動相として、上記分析の場合と同じくODCB:AN=1:2容量比混合溶媒に対し電解質TBAPF6を50mmol/L添加した溶液を用いた。
(S42: HPLC fractionation)
HPLC fractionation was performed.
The analyzer was an LC-Avp series manufactured by Shimadzu Corporation, and the column used was an NPE column manufactured by Nacalai Tesque-size 10φ × 250 mm.
As the mobile phase, a solution in which 50 mmol / L of electrolyte TBAPF 6 was added to a mixed solvent of ODCB: AN = 1: 2 by volume as in the case of the above analysis was used.

HPLC分取条件は下記とした。
移動相;ODCB/AN 1:2 電解質TBAPF6を50mmol/l添加
流量;6.0ml/min
カラム;ナカライテスク製5NPEカラム- サイズ10φ×20mm+10φ×250mm
オーブン温度;30℃
検出UV波長;380nm
上記の条件でHPLC分取を行い上記S41のろ液130.5mlから、分取液429mlを得た。
The HPLC preparative conditions were as follows.
Mobile phase: ODCB / AN 1: 2 50 mmol / l electrolyte TBAPF 6 added flow rate: 6.0 ml / min
Column: 5NPE column made by Nacalai Tesque-Size 10φ × 20mm + 10φ × 250mm
Oven temperature; 30 ° C
Detection UV wavelength: 380 nm
HPLC fractionation was performed under the above conditions to obtain 429 ml of a fraction from 130.5 ml of the filtrate of S41.

S5:(分取液)固体化
分取液濃度測定
分取液中のLi@C60+濃度をHPLC分析法で測定する。 前工程HPLC分取の出来栄え判定と最終的に得られるLi@C60塩量の予測ができる。
AN留去
Li@C60塩析出固体化の一環で、溶媒量を減少させてLi@C60塩を濃縮するため、混合溶媒の一成分であるAN(アセトニトリル、acetonitrile)を留去(蒸留除去の短縮語か)する。
ANのbp(沸点)は82℃で、混合溶媒の片方の成分ODCBのbp180℃より低く留去し易い。
S5: (Preparation liquid) Concentration measurement of solidified preparative liquid The Li @ C60 + concentration in the preparative liquid is measured by HPLC analysis. It is possible to judge the quality of the preparative HPLC fractionation and predict the final amount of Li @ C60 salt.
AN distillation
In order to concentrate Li @ C60 salt by reducing the amount of solvent as part of Li @ C60 salt precipitation solidification, AN (acetonitrile), one component of the mixed solvent, is distilled off (short for distillation removal) To do.
The bp (boiling point) of AN is 82 ° C., which is lower than bp 180 ° C. of one component ODCB of the mixed solvent, and is easily distilled off.

<S5−01:>AN留去
Li@C60塩析出固体化の一環で、溶媒量を減少させてLi@C60塩を濃縮するため、混合溶媒の一成分であるAN(アセトニトリル、acetonitrile)を留去した。 上記S42工程で得た分取液492mlを1Lナス型フラスコに入れ、エバポレーターに接続した。 35℃に保持した高温水槽に前記の濃縮液入りナス型フラスコを浸け、ダイアフラムポンプで75hPa以下に減圧してANを留去した。
AN留去終了の目安は、溶液表面からの発泡が目視で観察されなくなる時点とした。
さらにANをより低圧で留去するため、ロータリーポンプに液体窒素冷却トラップをつけ、ナス型フラスコを接続し減圧留去した。
AN留去終了の目安は、溶液表面からの発泡が目視で観察されなくなってから30分後とした。
<S5-01:> AN distillation
As part of Li @ C60 salt precipitation solidification, AN (acetonitrile), which is a component of the mixed solvent, was distilled off in order to concentrate the Li @ C60 salt by reducing the amount of solvent. 492 ml of the preparative liquid obtained in the above step S42 was put into a 1 L eggplant type flask and connected to an evaporator. The concentrated eggplant-shaped flask was immersed in a high-temperature water tank maintained at 35 ° C., and the pressure was reduced to 75 hPa or less with a diaphragm pump to distill off AN.
The guideline for the completion of the AN distillation was the point at which foaming from the solution surface was no longer observed visually.
Furthermore, in order to distill off AN at a lower pressure, a liquid nitrogen cooling trap was attached to the rotary pump, and an eggplant type flask was connected to distill off under reduced pressure.
The guideline for the completion of the AN distillation was 30 minutes after foaming from the solution surface was no longer observed visually.

(S51:ヘキサン再沈)
上記で分取したLi@C60カチオンを含む溶液に、貧溶媒であるヘキサンを添加してLi@C60塩などを析出させる工程である。
前記S5-02工程でAN留去した溶液164mlにヘキサン492mlを加えた。 この混合溶液を、実験台下部にある戸棚内(室温暗所)に60分静置し、固形分を十分析出させた。
加えるヘキサン量は、HPLC分で取得した液量の3倍
(S51: Hexane reprecipitation)
In this step, hexane, which is a poor solvent, is added to the solution containing the Li @ C 60 cation separated above to precipitate a Li @ C 60 salt.
492 ml of hexane was added to 164 ml of the solution obtained by distilling off AN in the step S5-02. This mixed solution was allowed to stand in the cupboard (room temperature dark) at the bottom of the experimental table for 60 minutes to fully precipitate the solid content.
The amount of hexane to be added is 3 times the amount of liquid obtained for HPLC.

(S52:(OxAm-H)ろ過・乾燥)
上記S51工程で析出したLi@C60塩から共存不純物(主としてHPLC移動相に添加した電解質で析出時に共沈したもの)を溶媒洗浄して除去することによりLi@C60塩を精製し、さらに洗浄溶媒を乾燥除去して高純度の最終目的物Li@C60塩を得る工程である。
(S52−1:ろ過)
ダイアフラムポンプ付きの吸引ろ過器で、孔径0.2μmのメンブレンフィルターを使用して前記51工程で得られた固形分を含む溶液をろ過した。 目的物は、フィルター上のろ過残渣に含まれる。
(S52−2:洗浄)
目的物と共存する不純物(主としてHPLC移動相に添加した電解質でS51工程の析出時に共沈したもの)を、溶剤で洗い流して除去する工程である。
S52-1工程で得たフィルター上残渣にAN(アセトニトリル) 82mlを注いで吸引ろ過し洗浄した。
ついで、上記AN洗浄後の残渣固形分を遠沈管に入れたAN5mlに溶かし、超音波を1〜2分印加した。その後遠心分離機で2000rpm×10分掛けた。 上澄み液をデカンテーション法で廃棄した。
再度残渣が残っている遠沈管にAN:5mlを加え超音波、遠心分離を行い、上澄み液を廃棄した。
この後、ANを遠沈管に1ml加え超音波を1分印加し残渣を懸濁させる。この懸濁液を孔径0.2μmのメンブレンフィルターを使用してろ過し、フィルター上に回収する。遠沈管内に残渣が残らないよう、さらに、AN1mlを加え、超音波を印加し、ろ過をする作業を3回繰り返した。このフィルター上の固体が目的物である。
(S52−3:乾燥)
フィルター上に回収した目的物を乾燥しANを蒸発させ除く工程である。
S52-2工程で得たフィルター上の固体をアルミフォイルに包み、室温下、ガラス製のデシケータに入れダイアフラムポンプで15時間減圧乾燥を行った。
(S52−4:回収)
乾燥終了後のフィルター上の固体をスパチュラを使いフィルターから剥がした。
(S52: (OxAm-H) filtration and drying)
The Li @ C 60 salt was purified by removing the coexisting impurities (mainly co-precipitated during the precipitation with the electrolyte added to the HPLC mobile phase) from the Li @ C 60 salt precipitated in the above step S51 by solvent washing, and further In this step, the washing solvent is removed by drying to obtain the final product Li @ C 60 salt having a high purity.
(S52-1: Filtration)
The solution containing the solid content obtained in the 51 step was filtered using a membrane filter having a pore diameter of 0.2 μm with a suction filter equipped with a diaphragm pump. The target product is contained in the filtration residue on the filter.
(S52-2: Cleaning)
In this step, impurities coexisting with the target substance (mainly the electrolyte added to the HPLC mobile phase and coprecipitated during the precipitation in step S51) are removed by washing with a solvent.
82 ml of AN (acetonitrile) was poured into the residue on the filter obtained in the step S52-1 and suction filtered to wash.
Subsequently, the solid residue after the AN cleaning was dissolved in 5 ml of AN placed in a centrifuge tube, and ultrasonic waves were applied for 1 to 2 minutes. Thereafter, it was applied with a centrifugal separator at 2000 rpm × 10 minutes. The supernatant was discarded by decantation.
Again, 5 ml of AN was added to the centrifuge tube where the residue remained, and the mixture was sonicated and centrifuged, and the supernatant was discarded.
Thereafter, 1 ml of AN is added to the centrifuge tube, and ultrasonic waves are applied for 1 minute to suspend the residue. The suspension is filtered using a membrane filter having a pore size of 0.2 μm and collected on the filter. The operation of adding 1 ml of AN, applying ultrasonic waves and filtering was repeated 3 times so that no residue remained in the centrifuge tube. The solid on this filter is the target.
(S52-3: Drying)
This is a step of drying the target substance collected on the filter and evaporating AN.
The solid on the filter obtained in step S52-2 was wrapped in an aluminum foil, placed in a glass desiccator at room temperature, and dried under reduced pressure for 15 hours with a diaphragm pump.
(S52-4: Recovery)
The solid on the filter after drying was removed from the filter using a spatula.

(S61:秤量)
最終目的物であるLi@C60塩(固体)の取得重量を測定する工程である。 測定結果から収率計算を行う。
取得重量は31.1mgであった。
収率すなわち、S12に記載の出発材料である回収物(すす)重量に対する、最終取得重量は0.14% であった。
(S62:特性測定)
上記S52の最終取得物について次の各種測定を行った。
(S61: Weighing)
This is a step of measuring the acquisition weight of the final target Li @ C 60 salt (solid). The yield is calculated from the measurement result.
The acquisition weight was 31.1 mg.
The final obtained weight was 0.14% with respect to the yield, that is, the weight of the recovered material (soot) as the starting material described in S12.
(S62: Characteristic measurement)
The following various measurements were performed on the final product obtained in S52.

(LDI−TOF−MS測定 posi/nega)
質量スペクトル(LDI−TOF−MS,装置名:島津製作所製AXIMA−CFR plus, レーザーパワー60)を測定したところ、強いm/z =727のピークを観測した。
このピークはLi@C60イオンに帰属される(以下このピークを(A)ピークと呼ぶ)。 positiveモードおよびnegativeモードのいずれにおいても、分子量700−800の範囲で(A)ピークがベースピーク(最大強度ピーク)であり、その他不純物のピークは殆ど観測されなかった。 図2にpositiveモードの測定結果を、図3にnegativeモードの測定結果を示す。
(LDI-TOF-MS measurement posi / nega)
When a mass spectrum (LDI-TOF-MS, apparatus name: AXIMA-CFR plus, manufactured by Shimadzu Corporation, laser power 60) was measured, a strong peak at m / z = 727 was observed.
This peak is attributed to the Li @ C 60 ion (hereinafter this peak is referred to as (A) peak). In both the positive mode and the negative mode, the peak (A) was a base peak (maximum intensity peak) in the molecular weight range of 700 to 800, and other impurity peaks were hardly observed. FIG. 2 shows the measurement result in the positive mode, and FIG. 3 shows the measurement result in the negative mode.

(Li含有率(Li定量)と炭素・水素・窒素含有率(CHN定量))
Li分析は、湿式灰化法で分析試料を調整し、JARRELL−ASH社RIS−AP型 装置によるICP−OES法で行った。
C、H、N分析には、YANACO社製CHN分析装置MT−6を用いた。
以下に、分析測定の結果を示す。
(Li content (Li determination) and carbon / hydrogen / nitrogen content (CHN determination))
Li analysis was performed by the ICP-OES method using a RIS-AP type apparatus of JARRELL-ASH, adjusting the analysis sample by a wet ashing method.
For C, H, and N analysis, a CHN analyzer MT-6 manufactured by YANACO was used.
The results of analytical measurement are shown below.

Li含有率(Li定量)
Li[wt.%]; 0.728
CHN含有率(CHN定量)
C[wt.%];81.913
H[wt.%]; 0.244
N[wt.%]; 0.244
Li@C60PF6の理論含有量は
Li[wt.%]; 0.80
C[wt.%];82.59
H[wt.%]; 0.0
N[wt.%]; 0.0
であり、若干量の残留溶媒あるいは残留電解質由来と考えられるH、Nが観測されてはいるものの、90%以上の純度の目的物が得られた。
Li content (Li quantitative)
Li [wt.%]; 0.728
CHN content (CHN determination)
C [wt.%]; 81.913
H [wt.%]; 0.244
N [wt.%]; 0.244
The theoretical content of Li @ C 60 PF 6 is
Li [wt.%]; 0.80
C [wt.%]; 82.59
H [wt.%]; 0.0
N [wt.%]; 0.0
Although some amounts of residual solvent or residual electrolyte or H and N, which are considered to be derived from the residual electrolyte, are observed, the desired product having a purity of 90% or more was obtained.

以下では、HPLC分取に代えて、電解質を添加しない溶液を移動相として処理したときに得られるクロマトグラムと、本願でのHPLC適用条件の検討内容につきについて説明する。
従って、以下での実施条件は、上述した図1における「S4:HPLC」に係る説明した条件とは異なっていることを付言しておく。
In the following, instead of HPLC fractionation, a chromatogram obtained when a solution without addition of an electrolyte is treated as a mobile phase and the contents of examination of HPLC application conditions in the present application will be described.
Therefore, it should be noted that the following implementation conditions are different from the conditions described for “S4: HPLC” in FIG. 1 described above.

電解質を添加しない溶液を移動相としてHPLCで分析したとき、目的物質のピークは観測されない(すなわち、分離されない)が、電解質濃度を増やしていくとピークが現れるようになりピークそのものも複数に分離されるようになる。
ピークが分離されるような濃度になれば、保持時間を目安にHPLCで目的物を濃縮し取得できるようになる(HPLC分取)。
分取した目的物についてのTOF−MS図は、図3で既に記載してあるが、電解質不添加で溶液を用いたものでは、ピークがないため分離することはできず測定不可である。すなわち、TOF−MS図を得ることはできない。
When HPLC is used to analyze the solution with no electrolyte added as the mobile phase, the peak of the target substance is not observed (that is, it is not separated), but as the electrolyte concentration increases, the peak appears and the peak itself is also separated into multiple peaks. Become so.
When the concentration is such that the peaks are separated, the target product can be concentrated and obtained by HPLC using the retention time as a guide (HPLC preparative).
The TOF-MS diagram for the collected target product has already been described with reference to FIG. 3. However, in the case of using a solution with no electrolyte added, since there is no peak, it cannot be separated and cannot be measured. That is, a TOF-MS diagram cannot be obtained.

以下では、異なる電解質濃度におけるクロマトグラム(スペクトル強度−保持時間チャート)を図7(a)〜(d)を参照して説明する。
図7(a)電解質無添加の溶液を用いた移動相でのクロマトグラム濃度0、図7(b)は移動相1lに対し電解質20mmolとした濃度20mmol/l、図7(c)は濃度50mmol/l、図7(d)は100mmol/lでのクロマトグラムである。
Hereinafter, chromatograms (spectral intensity-retention time charts) at different electrolyte concentrations will be described with reference to FIGS.
Fig. 7 (a) Chromatogram concentration in mobile phase using solution without addition of electrolyte, Fig. 7 (b) is 20 mmol / l with 20 mmol electrolyte for 1 l mobile phase, Fig. 7 (c) is 50 mmol concentration. / l, FIG. 7 (d) is a chromatogram at 100 mmol / l.

Li@C60塩はイオン性であるため、クーロン力を補償するために移動相に電解質を加える必要がある。有機溶媒に対し十分な溶解度を持ち電離しやすい安定な電解質として、ヘキサフルオロリン酸テトラブチルアンモニウム(TBAPF6)を選択した。
また、HPLC分析条件は以下とした。
a)カラム: NPEカラム φ4.6 mm x 250 mm
b)移動相: 混合溶液(ODCB:AN = 1:1)、
添加電解質(TBAPF6
電解質濃度 混合溶液1lに対し 0, 20, 50, 100 mmol を添加
c)流速: 1.5 mL/min
d)カラム温度: 30 ℃
e)検出波長: UV 380 nm
Since Li @ C60 salt is ionic, an electrolyte must be added to the mobile phase to compensate for the Coulomb force. Tetrabutylammonium hexafluorophosphate (TBAPF6) was selected as a stable electrolyte that has sufficient solubility in organic solvents and is easily ionized.
The HPLC analysis conditions were as follows.
a) Column: NPE column φ4.6 mm x 250 mm
b) Mobile phase: Mixed solution (ODCB: AN = 1: 1),
Additive electrolyte (TBAPF 6 )
Electrolyte concentration Add 0, 20, 50, 100 mmol to 1 liter of mixed solution c) Flow rate: 1.5 mL / min
d) Column temperature: 30 ° C
e) Detection wavelength: UV 380 nm

図YY(a)〜(d)に示すように、無添加ではピークが見られず、電解質濃度を20mmol/l、50mmol/l、100mmol/lと大きくしていくにつれ、本来保持時間4分付近にあるべき目的物のピークが、顕著に現れるようになることが分かる。
なお、濃度50mmol/lと100mmol/lでは保持時間のずれはあるが、ピーク強度はほぼ同程度であった。また、電解質の効果は50 mmol/lでほぼ飽和することがわかった。
As shown in Figures YY (a) to (d), no peak is seen without addition, and as the electrolyte concentration is increased to 20 mmol / l, 50 mmol / l, 100 mmol / l, the original retention time is around 4 minutes. It can be seen that the peak of the target object that should be present appears remarkably.
In addition, although there was a difference in retention time between the concentrations of 50 mmol / l and 100 mmol / l, the peak intensity was almost the same. It was also found that the effect of the electrolyte was almost saturated at 50 mmol / l.

各図での縦軸の強度目盛差を勘案すると、濃度が大きくなるに従いピークが明瞭に先鋭になり、分離されてくるのが了解できる。すなわち、目的物に対して、それ以外の成分のピークの強度が相対的に小さくなり、目的物の分離にとってより適した条件となっていることが分かる。
そして、電解質を添加した移動相を用いることにより、導入したLi@C60カチオンがピークを与えることが分かった。
さらに、C60その他不純物との分離条件を検討した結果、移動相としてはODCB:AN = 1:2の混合溶媒に、TBAPF6が 50 mmol/lの濃度となるように添加した溶液を用いることとした。
Considering the intensity scale difference on the vertical axis in each figure, it can be understood that as the concentration increases, the peak clearly sharpens and is separated. That is, it can be seen that the peak intensity of the other components is relatively small with respect to the target, which is a more suitable condition for separation of the target.
And it was found that the Li @ C60 cation introduced gave a peak by using a mobile phase to which an electrolyte was added.
Furthermore, as a result of examining separation conditions from C60 and other impurities, it was decided to use a solution in which TBAPF6 was added to a mixed solvent of ODCB: AN = 1: 2 to a concentration of 50 mmol / l as the mobile phase. .

本発明により、高純度の原子内包フラーレン塩が、手に取る量(ミリク゛ラムmgオータ゛ー以上)で容易にかつ安定して得られるため、
・原子内包フラーレン塩または原子内包フラーレンの物性解明が可能となる。
・物性解明に伴いその応用、用途開発の範囲が広がる。
・分子分散が可能となり、分子機能を発現させることができる。
・誘導体合成が容易となるので、各種機能の付加が可能となる。
などの効果が期待できる。
According to the present invention, a high-purity atomic inclusion fullerene salt can be obtained easily and stably in a quantity to be obtained (milligram mg order or more).
・ Elucidation of physical properties of atomic inclusion fullerene salt or atomic inclusion fullerene.
・ With the elucidation of physical properties, the scope of application and application development will expand.
・ Molecular dispersion is possible, and molecular functions can be expressed.
-Derivative synthesis becomes easy, so various functions can be added.
Such effects can be expected.

上記の効果を生かす具体的な産業上の利用分野としては、有機薄膜型太陽電池、繊維型太陽電池が最も有望である。その他、電子材料、高温超伝導材料としての応用は広範囲に亘る。更には、誘電体特性を利用した圧電素子としての応用で血圧測定装置、スピーカーなどの音響機器なども有力な分野である。   As specific industrial application fields that make use of the above effects, organic thin film solar cells and fiber solar cells are most promising. In addition, applications as electronic materials and high-temperature superconducting materials are extensive. Furthermore, blood pressure measuring devices and acoustic devices such as speakers are also promising fields in application as piezoelectric elements utilizing dielectric properties.

301 真空チャンバ、
302 真空ポンプ、
303 電磁コイル、
304 オーブン、
305 ノズル、
306 加熱基板、
307 プラズマ流、
310 堆積基板、
308 オーブン、
309 ノズル、
310 堆積基板、
311 合成物、
312 バイアス電圧の印加装置、
313 加熱フィラメント
301 vacuum chamber,
302 vacuum pump,
303 electromagnetic coil,
304 oven,
305 nozzles,
306 heating substrate,
307 plasma flow,
310 deposition substrate,
308 oven,
309 nozzle,
310 deposition substrate,
311 compound,
312 Bias voltage applying device,
313 Heating filament

Claims (8)

PF6アニオンを含む電解質を添加した溶液を移動相として用いる原子内包フラーレン塩の分離・精製方法。 A method for separating and purifying an endohedral fullerene salt using a solution containing an electrolyte containing a PF6 anion as a mobile phase . 電解質がTBAPF6であることを特徴とする請求項記載の原子内包フラーレン塩の分離・精製方法。 Claim 1 separation and purification method of atomic endohedral salt, wherein the electrolyte is a TBAPF6. 溶液の溶媒が比誘電率が10以上の高極性有機溶媒であることを特徴とする請求項1又は2記載の原子内包フラーレン塩の分離・精製方法。 3. The method for separating and purifying an atom-containing fullerene salt according to claim 1, wherein the solvent of the solution is a highly polar organic solvent having a relative dielectric constant of 10 or more. 溶液の溶媒がアセトニトリルとo−ジクロロベンゼンの2:1(体積比)の混合溶媒であることを特徴とする請求項1〜記載の原子内包フラーレン塩の分離・精製方法。 2 solvent solution of acetonitrile and o- dichlorobenzene: 1 claim 1-3 separation and purification method of atomic endohedral salts, wherein the mixture is a solvent (volume ratio). 原子内包フラーレン塩が金属内包フラーレン塩であることを特徴とする請求項1〜記載の原子内包フラーレン塩の分離・精製方法。 Claim 1-4 separation and purification method of atomic endohedral salt wherein the atomic endohedral salt is a metal containing fullerene salt. 原子内包フラーレン塩がアルカリ金属内包フラーレン塩であることを特徴とする請求項記載の原子内包フラーレン塩の分離・精製方法。 6. The method for separating and purifying an atomic inclusion fullerene salt according to claim 5, wherein the atomic inclusion fullerene salt is an alkali metal inclusion fullerene salt. アルカリ金属内包フラーレン塩がアルカリ金属内包C60フラーレン塩であることを特徴とする請求項記載の原子内包フラーレン塩の分離・精製方法。 6. separation and purification method of atomic endohedral salt wherein the alkali metal containing fullerene salt is an alkali metal containing C 60 fullerene salt. アルカリ金属内包C60フラーレン塩がリチウム原子内包C60フラーレン塩であることを特徴とする請求項7記載の原子内包フラーレン塩の分離・精製方法。 The method for separating and purifying an atomic inclusion fullerene salt according to claim 7, wherein the alkali metal inclusion C 60 fullerene salt is a lithium atom inclusion C 60 fullerene salt.
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