JPH05117174A

JPH05117174A - 水素化フラーレン及びその製造法

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Publication number: JPH05117174A
Application number: JP35047991A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Shigematsu; 一吉重松; Kazuaki Abe; 和明阿部
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 1991-09-05
Filing date: 1991-12-11
Publication date: 1993-05-14
Anticipated expiration: 2016-04-25
Also published as: JP3161789B2

Abstract

(57)【要約】【目的】炭素骨格がフラーレン様の閉殻構造をなし、
かつ、水素化度（Ｈ／Ｃ比）が比較的大きい球状分子構
造を有し、フラーレンに比べて有機溶剤への溶解性や親
和性に著しく優れた新規な物質であるＣ₆₀系及びＣ₇₀系
の水素化フラーレンを提供する。【構成】閉殻構造を有し、一般式Ｃ₆₀Ｈ_n 又は一般式
Ｃ₇₀Ｈ_m （但し、式中のｎは、３８〜６０の偶数を示
し、ｍは、３０〜７０の偶数を示す。）で表される水素
化フラーレン。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水素化フラーレン及び
その製造法に関し、より詳しく言うと、炭素数６０及び
７０の球状のカーボンクラスター分子として知られるフ
ラーレンＣ₆₀及びフラーレンＣ₇₀の水素添加物にあたる
ところの、閉殻構造（球状のカーボンクラスター構造）
を有し、かつ特定のＨ／Ｃ比を有する新規な物質である
Ｃ₆₀系及びＣ₇₀系の水素化フラーレンと、それらの好適
な製造法に関する。なお、本発明のＣ₆₀系及びＣ₇₀系水
素化フラーレンは、特殊な閉殻構造（球状のカーボンク
ラスター骨格）を有し、かつ水素化度（Ｈ／Ｃ比）が高
い球状の分子構造を有しているので、種々の特徴的な物
性を有しており、その物性等に基づく種々の用途への利
用が期待でき、例えば固体潤滑剤、潤滑油添加剤等の潤
滑部材などとして好適に利用することができる。

【０００２】

【従来の技術】最近、球状分子構造を有する新しい物質
として、炭素数６０、７０、８４等の閉殻構造を有する
カーボンクラスターがグラファイト状炭素（すす）から
抽出されたり、あるいは合成され、その性質が研究され
ている［例えば、ＮＡＴＵＲＥ，Ｖｏｌ．３４７，３５
４−３５８（１９９０）等参照］。この特殊な構造を有
するカーボンクラスターは、フラーレンとも称され、そ
の分子骨格を構成する炭素数によって、フラーレン
Ｃ₆₀、同Ｃ₇₀、同Ｃ₈₄などと呼ばれている。これらのフ
ラーレン類は、新しい炭素材料であり、また特殊な分子
構造を有することからも特異な物性を示すことが期待さ
れるので、その性質及び用途開発についての研究は極め
て重要と思われる。

【０００３】例えば、フラーレン類は球状分子であるこ
となどから、分子のレベルからも潤滑性に優れているこ
とが期待されている。したがって、フラーレン類の用途
として、例えば、固体潤滑剤、潤滑油添加剤等の潤滑部
材としての利用が考えられる。

【０００４】ところで、固体潤滑剤は、潤滑油が使用し
難いような高温、極低温、高圧の場所、あるいは潤滑油
の臭気を吸収することを好まない食品加工機器などにも
好適に使用される。従来、固体潤滑剤として用いられる
物質として、二硫化モリブデン、黒鉛、フッ化黒鉛、雲
母等の無機化合物系のものとテフロン粉末等のフッ素樹
脂系化合物などの有機化合物系のものなどがある。しか
しながら、使用条件、作業環境、価格等の点で、従来の
固体潤滑剤では満足できないこともある。例えば、黒鉛
等の従来の多くの無機化合物系固体潤滑剤は、使用条件
によっては潤滑特性が不十分となったり、作業環境への
影響から敬遠されることがあり、また、フッ素樹脂系の
ものは比較的クリーンで潤滑性に優れているものの極め
て高価であるなどの問題点がある。

【０００５】一方、潤滑油等の潤滑基材油の潤滑性を向
上させるために、それらに適当な潤滑油添加剤を添加
し、分散又は溶解させることも広く行われている。例え
ば、上記の黒鉛等の無機化合物系固体潤滑剤も分散型の
潤滑油添加剤として常用されている。しかしながら、こ
うした従来の固体潤滑剤等の分散型で用いられる固体潤
滑油添加剤の多くは、潤滑油、グリース等に添加した場
合、分散安定性が不十分であるなどの欠点があることが
しばしば問題となっている。また、溶解型の潤滑油添加
剤についても、潤滑性の改善効果に優れているだけでな
く、使用条件に適合した種々の特性（例えば、分子量、
安定性等）を含めた潤滑剤としての総合的な性能を満足
させることも要求されるので、場合によっては従来の潤
滑油添加剤では不十分となることがある。すなわち、い
ずれの潤滑部材においても、近年、その性能に対する要
求はますます厳しくなっており、それゆえ、潤滑部材の
設計をより緻密に、例えば、分子レベルで行うなどの必
要性が生じてきている。

【０００６】このような情勢のもとで、フラーレン類
が、新規な固体潤滑剤、潤滑油添加剤等の潤滑部材の有
力な候補として注目されている。フラーレン類は、前記
したように適当な炭素数のカーボンクラスター骨格を有
する球状分子であることなどから、優れた潤滑性能を発
揮することが期待できるからである。

【０００７】しかしながら、Ｃ₆₀、Ｃ₇₀等のフラーレン
は、実質的に炭素分子であるので、例えばベンゼン、ト
ルエン等の特定の芳香族化合物など極めて限られた溶媒
に、それもわずかに溶解するのみであり、したがって、
その利用分野が著しく限定されるという欠点を有してい
る。実際、フラーレンを潤滑油添加剤として利用すべ
く、潤滑油やグリース等の液状のオイルやバインダーに
添加したところ、溶解性が著しく低く、また、親和性も
不十分であり分散安定性が悪いことが判明した。すなわ
ち、フラーレンは、有機溶剤への溶解性や親和性が著し
く低いので、その用途に制限があり、潤滑部材としての
用途を意図した場合にも、固体潤滑剤としての利用は十
分に期待できるものの、潤滑油添加剤としての利用には
そのままでは不適当であるという欠点を有している。

【０００８】そこで、本発明者らは、フラーレンを水素
化し、水素化フラーレンとしたならば多くの溶媒に対す
る溶解性や親和性が著しく向上でき、潤滑油添加剤等と
しての利用はもとより、より広範囲の用途分野への利用
が可能となるものと考えた。

【０００９】ところで、従来のフラーレンの水素化技術
としては、Ｃ₆₀のフラーレンを液体アンモニア中で、還
元剤（金属リチウム＋ｔｅｒｔ−ブチルアルコール）で
処理し、Ｃ₆₀Ｈ₃₆を得る方法が知られている［Ｊ．Ｐｈ
ｙｓ．Ｃｈｅｍ．，９４，８６３４〜８６３６（１９９
０）］。しかしながら、この従来法は、特殊な還元水素
化反応であり、工業的に実施するにはコスト等の点で問
題があり、その上、生成物の水素化フラーレンもＣ₆₀Ｈ
₃₆の構造のもののみに限られるという欠点がある。

【００１０】すなわち、従来、水素化フラーレンとして
は、Ｃ₆₀Ｈ₃₆の構造のものしか得られておらず、したが
って、例えば、より水素化度の高いＣ₆₀系水素化フラー
レンやＣ₇₀系の水素化フラーレンは知られていなかっ
た。また、これらの水素化度（Ｈ／Ｃ比）が大きい新規
な水素化フラーレンを、効率よくしかも安価に製造する
ための方法の開発も、工業上極めて重要であり、その開
発も強く望まれるところである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の事情
を鑑みてなされたものである。本発明の目的は、炭素骨
格がフラーレン様の閉殻構造をなし、かつ、水素化度
（Ｈ／Ｃ比）が比較的大きい球状分子構造を有する水素
化フラーレンであって、フラーレンに比べて有機溶剤へ
の溶解性や親和性に著しく優れ、極めて多様な有機溶剤
（例えば、芳香族系炭化水素のみならずシクロアルカン
等のパラフィン系炭化水素など）への溶解あるいは安定
な分散化が可能であるなどの利点を有し、したがって、
例えば固体潤滑剤、潤滑油添加剤等の種々の形式の潤滑
部材としての利用をはじめとする広範囲の用途分野へ利
用が期待できるところの新規な物質であるＣ₆₀系及びＣ
₇₀系の水素化フラーレンを提供することにある。

【００１２】本発明の他の目的は、上記本発明のＣ₆₀系
及びＣ₇₀系の水素化フラーレンを安価に効率よく得るた
めの方法、すなわち、工業的にも著しく有用な方法であ
る、水素化フラーレンの製造法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記した
ようにフラーレンを十分に水素化したならば、有機溶媒
への溶解性等の特性が改善でき、しかも潤滑性等の球状
分子特有の特異な物性を示す物質が得られると考え、従
来から公知のＣ₆₀系水素化フラーレンであるＣ₆₀Ｈ₃₆よ
りもさらに水素化度（Ｈ／Ｃ比）が大きいＣ₆₀系水素化
フラーレンを得るべく鋭意研究を行った。その結果、例
えば、Ｃ₆₀系フラーレン若しくはこれを含有する混合原
料を、水添触媒を用いて水素ガスによって接触水素化す
ることによって、従来の水素化フラーレン（Ｃ₆₀Ｈ₃₆）
よりも水素化度が高い種々のＨ／Ｃ比のＣ₆₀系水素化フ
ラーレンを得ることに成功した。また、従来知られてい
ないＣ₇₀系の水素化フラーレンについても同様に検討し
たところ、Ｃ₇₀系フラーレンを原料とする上記同様の接
触水素化法等によって水素化度が大きい各種のＨ／Ｃ比
のＣ₇₀水素化フラーレンを得ることにも成功した。な
お、これらの新規なＣ₆₀系及びＣ₇₀系水素化フラーレン
の製造法について種々研究を重ねた結果、上記の水添触
媒存在下で水素ガスをＣ₆₀系及びＣ₇₀フラーレンに反応
させる接触水素化法が、目的とするＣ₆₀系及びＣ₇₀系水
素化フラーレンを安価にかつ効率よく得ることができる
工業上著しく有用な方法であるという結論に到達した。

【００１４】本発明者らは、これらの知見に基づいて本
発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、閉殻構
造を有し、一般式Ｃ₆₀Ｈ_n （但し、式中のｎは、３８
〜６０の偶数を示す。）で表される水素化フラーレンを
提供するものである。

【００１５】本発明は、また、閉殻構造を有し、一般式
Ｃ₇₀Ｈ_m （但し、式中のｍは、３０〜７０の偶数を示
す。）で表される水素化フラーレンを提供するものであ
る。

【００１６】さらに、本発明は、上記本発明のＣ₆₀系水
素化フラーレンの製造法として、閉殻構造を有するＣ₆₀
のフラーレンに、水添触媒の存在下に水素ガスを反応さ
せることを特徴とする方法を提供し、また、上記本発明
のＣ₇₀系水素化フラーレンの製造法として、閉殻構造を
有するＣ₇₀のフラーレンに、水添触媒の存在下に水素ガ
スを反応させることを特徴とする方法を併せて提供する
ものである。この方法による場合、Ｃ₆₀Ｈ₃₈〜Ｃ₆₀Ｈ₄₄
又はＣ₇₀Ｈ₃₀〜Ｃ₇₀Ｈ₄₆が得られる。

【００１７】また、本発明は、上記方法において水添触
媒を用いて水添するとともにルイス酸化合物と接触処理
することによって、より水素化度が高い種々の水素化フ
ラーレンを得る方法を提供するものである。この方法に
よる場合、Ｃ₆₀Ｈ₃₈〜Ｃ₆₀Ｈ₆₀又はＣ₇₀Ｈ₃₀〜Ｃ₇₀Ｈ₇₀
が得られる。

【００１８】本発明のＣ₆₀系水素化フラーレン（すなわ
ち、炭素数６０の水素化フラーレン）は、閉殻構造を有
し、一般式がＣ₆₀Ｈ_n （但し、ｎは３８〜６０の偶数で
ある。）で表される水素化フラーレンである。一方、本
発明のＣ₇₀系水素化フラーレン（すなわち、炭素数７０
の水素化フラーレン）は、閉殻構造を有し、一般式がＣ
₇₀Ｈ_m （但し、ｍは３０〜７０の偶数である。）で表さ
れる水素化フラーレンである。ここで、前記Ｃ₆₀系及び
Ｃ₇₀系の水素化フラーレンにおいて、閉殻構造を有する
とは、それらそれぞれの分子における炭素骨格が、所定
の炭素数のカーボンクラスター構造（すなわち、Ｃ₆₀フ
ラーレン又はＣ₇₀フラーレン特有の閉殻構造あるいはそ
れらを基本とする類似の閉殻構造）を有していることを
意味している。したがって、本発明のＣ₆₀系及びＣ₇₀系
の水素化フラーレンは、それぞれ、Ｃ₆₀フラーレン及び
Ｃ₇₀フラーレンの水素化物に相当するものであり、球状
分子構造を有している。

【００１９】本発明のＣ₆₀系水素化フラーレンの具体例
としては、Ｃ₆₀Ｈ₃₈、Ｃ₆₀Ｈ₄₀、Ｃ₆₀Ｈ₄₂、Ｃ₆₀Ｈ₄₄、
Ｃ₆₀Ｈ₄₆、Ｃ₆₀Ｈ₄₈、Ｃ₆₀Ｈ₅₀、Ｃ₆₀Ｈ₅₂、Ｃ₆₀Ｈ₅₄、
Ｃ₆₀Ｈ₅₆、Ｃ₆₀Ｈ₅₈及びＣ₆₀Ｈ₆₀並びにこれらのうちの
１種又は２種以上を任意の割合で含有する混合物を挙げ
ることができる。一方、本発明のＣ₇₀系水素化フラーレ
ンの具体例としては、Ｃ₇₀Ｈ₃₀、Ｃ₇₀Ｈ₃₂、Ｃ₇₀Ｈ₃₄、
Ｃ₇₀Ｈ₃₆、Ｃ₇₀Ｈ₃₈、Ｃ₇₀Ｈ₄₀、Ｃ₇₀Ｈ₄₂、Ｃ₇₀Ｈ₄₄、
Ｃ₇₀Ｈ₄₆、Ｃ₇₀Ｈ₄₈、Ｃ₇₀Ｈ₅₀、Ｃ₇₀Ｈ₅₂、Ｃ₇₀Ｈ₅₄、
Ｃ₇₀Ｈ₅₆、Ｃ₇₀Ｈ₅₈、Ｃ₇₀Ｈ₆₀、Ｃ₇₀Ｈ₆₂、Ｃ₇₀Ｈ₆₄、
Ｃ₇₀Ｈ₆₆、Ｃ₇₀Ｈ₆₈及びＣ₇₀Ｈ₇₀並びにこれらのうちの
１種又は２種以上を任意の割合で含有する混合物を挙げ
ることができる。もちろん、前記Ｃ₆₀系水素化フラーレ
ンとＣ₇₀系水素化フラーレンの混合物など、少なくとも
１種のＣ₆₀系水素化フラーレンと少なくとも１種のＣ₇₀
系水素化フラーレンを同時に含有する任意の組成の混合
物も本発明の水素化フラーレン若しくはその使用態様と
見なされる。

【００２０】本発明の水素化フラーレンは、分子構造
上、Ｃ₆₀又はＣ₇₀フラーレン分子に特有の、あるいは、
これに類似の閉殻構造を有する炭素骨格（すなわち球状
のカーボンクラスター構造）を有すること、該炭素骨格
に前記所定の数の水素原子が結合した形の球状分子であ
るなどの特徴を有しているので、こうしたフラーレン類
特有のカーボンクラスター構造及び球状分子構造等に基
づく種々の独特の性質や物性が期待でき、例えば、優れ
た潤滑性能（特に、分子レベルでの潤滑性能）を示すこ
とが期待できる。また、本発明の水素化フラーレンは、
前記したように水素化度（Ｈ／Ｃ比）が大きいので、対
応するフラーレンに比べて、有機溶媒への溶解性又は親
和性に著しく優れている。実際、Ｃ₆₀及びＣ₇₀フラーレ
ンは、例えばベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレ
ン等の芳香族溶媒に対して、ごくわずかに溶解するのみ
で殆どの溶媒に溶解しないのに対して、本発明の水素化
フラーレンは、それらの芳香族炭化水素溶媒はもとよ
り、例えばシクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の
各種のシクロアルカン類やアルキルシクロアルカン類、
ヘキサン等の各種のアルカン類などの多様な炭化水素溶
媒などにも十分に高い溶解性を示す。

【００２１】このように各種の有機溶媒等に十分に高い
溶解性を示すことから、本発明の水素化フラーレンは、
物理的にも、化学的にも、より広範囲の用途への利用が
期待できる。例えば、従来のフラーレンは、閉殻構造を
有する球状のカーボンクラスター分子であることから固
体潤滑剤としての利用が期待されているものの、前記し
たように有機溶媒への溶解性が著しく低く、また、分散
安定性が不十分であるという欠点を有しているので、潤
滑油等に添加して用いる方式のいわゆる潤滑油添加剤と
しての使用には不適当であるのに対して、本発明の水素
化フラーレンは、例えば潤滑油やグリース等にも高い溶
解性若しくは分散安定性を示すので、溶解型及び／又は
分散型の潤滑油添加剤等としての用途にも好適に使用す
ることができるなどの利点も有している。

【００２２】なお、本発明の各種の水素化フラーレン
は、１種単独で使用することもできるし、２種以上を任
意の割合で含有する混合物として使用することもできる
し、さらには、１種又は２種以上の成分を他の成分との
混合物として使用することもできる。

【００２３】本発明の水素化フラーレンは、その一般的
な製造法としては特に制限はなく、各種の方法によって
製造可能であるが、通常、以下の方法によって好適に製
造することができる。

【００２４】すなわち、本発明のＣ₆₀系水素化フラーレ
ンは、フラーレンＣ₆₀（すなわち、閉殻構造を有するＣ
₆₀のフラーレン）に、水添触媒の存在下に水素ガスを反
応させるという本発明の方法（以下、方法Ｉと呼ぶこと
がある。）によって好適に得ることができ、一方、本発
明のＣ₇₀系水素化フラーレンは、フラーレンＣ₇₀（すな
わち、閉殻構造を有するＣ₇₀のフラーレン）に、水添触
媒の存在下に水素ガスを反応させるという本発明の方法
（以下、方法ＩＩと呼ぶことがある。）によって好適に
得ることができる。上記方法において、水添触媒を用い
て水添するとともにルイス酸化合物と接触処理すること
により更に好適に目的物を得ることができる。

【００２５】本発明の水素化フラーレンの製造方法にお
いては原料として、前記方法Ｉでは少なくともフラーレ
ンＣ₆₀を、一方、前記方法ＩＩでは少なくともフラーレ
ンＣ₇₀を使用する。もちろん、フラーレンＣ₆₀とフラー
レンＣ₇₀の混合物を使用してもよく、この場合には、方
法ＩとＩＩを同時に達成することもできる。ここで、前
記水添反応に供するフラーレンＣ₆₀及びフラーレンＣ₇₀
は、それぞれ、純粋なものはもとより各種の純度のもの
として、あるいは、フラーレンＣ₆₀とフラーレンＣ₇₀の
任意の割合の混合物として、さらには、少なくとも、フ
ラーレンＣ₆₀及び／又はフラーレンＣ₇₀を含有する混合
物としても使用可能である。

【００２６】前記水添触媒としては、特に制限はなく、
公知の、炭化水素等の水素化触媒として使用若しくは提
案されているものなど各種の水添用触媒が使用可能であ
る。そのような水添用触媒としては、例えば、Ｃｒ、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｗ、Ｒｅ、
Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ等の遷移金属をはじめとする各種の金
属からなる種々の形態の触媒があり、それらのうちの代
表的なものを例示すると、例えば、Ｐｔコロイド、ラネ
ーニッケル、ラネールテニウム、ラネーコバルト等で代
表される金属コロイド等の金属系触媒、白金黒、パラジ
ウムブラック、ルテニウムブラック、ロジウムブラッ
ク、レニウムブラック、酸化クロム、酸化モリブデン等
で代表される金属酸化物系触媒、硫化モリブデン、硫化
レニウム等で代表される金属硫化物系触媒、各種の金属
錯体系触媒などの金属化合物系触媒、さらには、これら
の金属又は金属化合物を各種の担体に担持してなる各種
の担持型触媒（例えば、担持Ｐｄ／カーボン、Ｒｕ／カ
ーボン、ニッケル／珪藻土、Ｐｄ／シリカなどの様々な
ものを挙げることができる。これらの中でも、特に好適
に使用することができるものとして、例えば、Ｐｄ／カ
ーボン、Ｒｕ／カーボンなどを挙げることができる。な
お、これらの水添触媒は１種単独で使用してもよく、２
種以上を混合したり複合化するなどして併用することも
できる。

【００２７】水添触媒の量は水添の各種条件により異な
るが、通常フラーレン類１重量部に対して０．０１〜１
００重量部程度使用され、好ましくは０．１〜１０重量
部使用される。

【００２８】前記ルイス酸化合物としては、各種のゼオ
ライト、アルミナ、トリハロゲン化アルミニウム化合
物、四塩化スズ、塩化ひ素、塩化アンチモン、塩化ビス
マス、塩化亜鉛、フッ化亜鉛、塩化カドミウム、フッ化
カドミウム、塩化ジルコニウム、フッ化ジルコニウム等
を挙げることができる。これらルイス酸化合物は１種単
独で使用してもよく、２種以上を併用することもでき
る。

【００２９】ルイス酸化合物の量は各種反応条件により
異なるが、通常フラーレン類１重量部に対して０．０１
〜１００重量部程度使用され、好ましくは０．１〜１０
重量部使用される。

【００３０】前記水添反応に使用する水素ガスとして
は、純粋なものはもとより、種々の工業用のものなど種
々の純度若しくはグレードのものが使用可能であり、水
素ガス含有ガスとしても使用することができる。

【００３１】本発明の方法においては、フラーレンＣ₆₀
及び／又はフラーレンＣ₇₀、あるいはこれを含有する原
料を、前記水添触媒の存在下で、水素ガスと接触せし
め、目的とする前記Ｃ₆₀系水素化フラーレン、前記Ｃ₇₀
系水素化フラーレン若しくはそれらの混合物を製造す
る。

【００３２】前記水添反応は、通常、室温〜３００℃、
好ましくは、３０〜２８０℃の範囲の温度で好適に行う
ことができる。反応時間は、温度、水素ガス圧等の他の
条件によって異なるので、一律に定めることができない
が、通常は、１０分間〜１００時間程度で十分である。
また、前記水添反応における水素ガスの圧力としては特
に制限はないが、この水添反応は、通常、水素ガス分圧
が大気圧以上の条件で実施するのが適当である。水素ガ
ス圧が、大気圧未満では、反応速度が遅く実用的でな
い。水素ガス圧は、フラーレンＣ₆₀の水添の場合には、
通常、１０〜２００ｋｇ／ｃｍ² の範囲に、一方、フラ
ーレンＣ₇₀の水添の場合には、通常、２０〜２５０ｋｇ
／ｃｍ² の範囲に設定するのが好ましい。もちろん、ど
ちらの場合にも水素ガスをより高くすれば、水素化はよ
り進むので、必要に応じて、より高い水素ガス圧での実
施も可能である。ここで、フラーレンＣ₆₀の水添とフラ
ーレンＣ₇₀の水添とでは、好適な水素ガス圧の範囲が異
なるので、このことを利用して、例えば、フラーレンＣ
₆₀とフラーレンＣ₇₀を含有する混合原料からフラーレン
Ｃ₆₀のみを選択的に水添し、Ｃ₆₀系水素化フラーレンを
選択率よく得ることも可能である。また、同様に水素ガ
ス圧を適宜制御して、対象とする原料フラーレン以外の
他の成分（例えば、芳香族溶媒等）の水添を抑制して、
所望のフラーレンのみを選択的に水添することも可能で
あり、また、後述のように、原料フラーレンを芳香族溶
媒とともに水添することも可能である。

【００３３】前記水添反応は、無溶媒でも可能ではある
が、反応性を向上させるなど点から、通常、適当な溶媒
（若しくは分散溶媒）中で行うことが好ましく、特に、
フラーレンＣ₆₀やフラーレンＣ₇₀を溶解する溶媒（例え
ば、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン等の芳
香族溶媒）中で行うのが好ましい。なお、条件によって
は、溶媒として用いた上記の芳香族炭化水素も水添さ
れ、それぞれ、対応するシクロアルカン類（例えば、シ
クロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ジメチルシクロ
ヘキサン、トリメチルシクロヘキサン等）に転化される
ことがある。これらのシクロアルカン類は、目的生成物
である前記水素化フラーレンを十分に溶解するが、原料
のフラーレンや場合により原料中に含まれる黒鉛等の炭
素類を溶解しないので、たとえ未反応のフラーレン（あ
るいは原料中の黒鉛等の他の不溶成分）が反応混合物
（生成物）中に残存する場合にも、これらを使用した固
体触媒（錯体触媒等の溶解性触媒を用いた際にはこれを
分解物とした固体残渣）と共に濾過等によって分離する
という極めて簡単な分離操作によって、所望の水素化フ
ラーレンを高純度で含有するの溶液を得ることができ
る。この溶液からの水素化フラーレンの回収は、溶媒の
留去という通常の方法によって容易に行うことができ
る。したがって、溶媒として前記の芳香族炭化水素（単
独溶媒又は混合溶媒）を用いて反応性を向上させ、か
つ、反応条件（例えば、水素ガス圧、反応温度等）を適
宜制御して原料フラーレンを水添すると共に該芳香族炭
化水素を十分に水素化して対応するシクロアルカンに転
化させる反応方法は、本発明の方法の好ましい態様とし
て好適に採用することができる。

【００３４】もちろん、溶媒として用いた芳香族炭化水
素が実質的に水素化されない反応条件で実施することも
可能である。また、目的とする水素化フラーレンの生成
物（反応混合物）からの分離・精製も上記の方法に限定
されるものではない。例えば、原料フラーレンを目的と
する水素化フラーレンに十分に添加するならば、必ずし
も溶媒の芳香族炭化水素を十分に水素化しないでも、濾
過等によって固体触媒等の固体残渣を除去すれば高純度
の水素化フラーレンを含有する溶液を得ることができ
る。また、生成物中の芳香族溶液に未反応フラーレンと
目的とする水素化フラーレンが溶解している場合には、
この溶液から固体触媒等の固体残渣を濾過等によって除
去したのち、該溶液から少なくとも原料フラーレンを溶
解する溶媒成分を十分に除去し、その後、例えば、シク
ロアルカン等の目的とする水素化フラーレンを十分に溶
解する溶媒によって該水素化フラーレンを抽出分離する
方法なども好適に採用することができる。

【００３５】以上のようにして、本発明の水素化フラー
レンであるＣ₆₀系水素化フラーレン又はＣ₇₀系水素化フ
ラーレンあるいはそれらの任意の割合の混合物を好適に
得ることができる。こうして得られた目的とする水素化
フラーレンは、公知の分離・精製法等の各種の方法（例
えば、上記の分離方法等の溶媒抽出法、濾過法、溶媒留
去法等などを組み合わせた方法など）によって、反応混
合物から分離回収することができる。なお、通常は、フ
ラーレンＣ₆₀を原料とした場合には、目的とするＣ₆₀Ｈ
_n （ｎ＝３８〜６０）の水素化フラーレンを高純度で含
有する水素化フラーレンが得られ、フラーレンＣ₇₀を原
料とした場合には、目的とするＣ₇₀Ｈ_m（ｍ＝３０〜７
０）の水素化フラーレンを高純度で含有する水素化フラ
ーレンが得られ、また、フラーレンＣ₆₀とフラーレンＣ
₇₀の混合物を原料とした場合にはそれらの混合物が得ら
れる。これらそれぞれの混合水素化フラーレンの組成
は、前記したように水素ガス圧等の反応条件の選定によ
っても容易に調整することが可能である。また、これら
の混合水素化フラーレンから、必要に応じて、それぞれ
の単独の水素化フラーレンを分離することもできる。

【００３６】本発明のＣ₆₀系及びＣ₇₀系水素化フラーレ
ンは、前記したように、特殊な閉殻構造（球状のカーボ
ンクラスター骨格）を有し、かつ水素化度（Ｈ／Ｃ比）
が高い球状の分子構造を有しているので、潤滑性能に優
れ、しかも各種の有機溶媒に対して溶解しやすいなどの
種々の特徴的な物性を有しており、こうした物性等を利
用した種々の用途への利用が期待でき、単独化合物とし
ても、あるいは、混合物としても、例えば固体潤滑剤、
潤滑油添加剤等の潤滑部材などとして好適に利用するこ
とができる。

【００３７】

【実施例】以下に、本発明の実施例によって本発明をよ
り具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定
されるものではない。実施例１フラーレンＣ₆₀１００ｍｇをトルエン３００ｍｌに溶解
し、５％ルテニウムカーボン（５０重量％）５．１６ｇ
を触媒として添加し、水素圧を７０ｋｇ／ｃｍ²にセッ
トして昇温を開始した。温度が５０℃程度で水素圧が低
下し始め、１０ｋｇ／ｃｍ²以下になった時点で水素ガ
スを圧入して水素圧を７０ｋｇ／ｃｍ²にもどした。こ
の操作を繰り返して水素圧の低下がなくなるまで行っ
た。その時の内温は１８０℃程度であった。その後、温
度１８０℃、圧力８０ｋｇ／ｃｍ²で２時間反応を行
い、冷却して反応を終了した。反応終了後、触媒を瀘過
し、瀘液を濃縮し質量分析スペクトルを測定すると、図
１に示したように、フラーレンＣ₆₀が水添されて得られ
たＣ₆₀Ｈ₃₈とＣ₆₀Ｈ₄₀のピーク及びこれらの同位体のピ
ークが観察され、これらの混合物であることが確認され
た。この混合物は白色の粉体として得られ、収量は５２
ｍｇであった。得られた化合物の赤外線吸収スペクトル
を図２に示す。ここで得られた水素化フラーレンの溶解
性を調べたところ、シクロヘキサン１００ｍｌに対して
水素化フラーレン１００ｍｇ相当が完全に溶解した。な
お、原料のフラーレンＣ₆₀はシクロヘキサンには全く不
溶であった。

【００３８】実施例２フラーレンＣ₇₀１００ｍｇをトルエン３００ｍｌに溶解
し、５％ルテニウムカーボン（５０重量％）５．１６ｇ
を触媒として添加し、水素圧を８０ｋｇ／ｃｍ²にセッ
トして昇温を開始した。温度が５０℃程度で水素圧が低
下し始め、１０ｋｇ／ｃｍ²以下になった時点で水素ガ
スを圧入して水素圧を８０ｋｇ／ｃｍ²にもどした。こ
の操作を繰り返して水素圧の低下がなくなるまで行っ
た。次いで、。温度２４０℃、圧力１２０ｋｇ／ｃｍ²
で２時間反応を行い、冷却して反応を終了した。反応終
了後、触媒を瀘過し、瀘液を濃縮し質量分析スペクトル
を測定すると、図３に示したように、フラーレンＣ₇₀が
水添されて得られたＣ₇₀Ｈ₃₀からＣ₇₀Ｈ₄₆までの化合物
のピーク及びこれらの同位体のピークが観察され、これ
らの混合物であることが確認された。この混合物は白色
の粉体として得られ、収量は４５ｍｇであった。

【００３９】実施例３フラーレンＣ₆₀９０ｍｇとフラーレンＣ₇₀１０ｍｇを含
む原料混合物を実施例１と同様に操作して、最終温度２
４０℃、圧力１１０ｋｇ／ｃｍ²にて反応させる以外は
実施例１と同じ処理を行った。水添後の質量分析スペク
トルを図４に示した。このマススペクトルからは、フラ
ーレンＣ₆₀が水添されて得られたＣ₆₀Ｈ₃₈、Ｃ₆₀Ｈ₄₀、
Ｃ₆₀Ｈ₄₂、Ｃ₆₀Ｈ₄₄のピーク及びこれらの同位体と、フ
ラーレンＣ₇₀が水添されて得られたＣ₇₀Ｈ₃₀からＣ₇₀Ｈ
₄₆のピーク及びこれらの同位体のピークが観察され、こ
れら化合物の混合物であることが確認された。

【００４０】実施例４原料としてフラーレンＣ₆₀５００ｍｇを用い、これをト
ルエン５００ｍｌに溶解し、これに水添触媒として５％
ルテニウムカーボン５ｇ、ルイス酸化合物としてＹ型ゼ
オライト５ｇを加え、更に水素ガスを導入して、圧力７
０ｋｇ／ｃｍ²Ｇに昇圧し、昇温した。反応温度が５０
℃になった時点で水素圧が低下し始め、１０ｋｇ／ｃｍ
²Ｇまで低下した時点で水素ガスを圧入して水素圧を７
０ｋｇ／ｃｍ²Ｇとした。この操作を繰り返して水素圧
の低下がなくなるまで行った。その際の反応温度は約１
８０℃程度であった。

【００４１】溶媒をドデカンに置換した後に、反応器の
温度を２８０℃、圧力を１８０ｋｇ／ｃｍ²Ｇに高め２
４時間反応を行なった後、冷却して反応を停止した。反
応終了後、得られた生成物より触媒とＹ型ゼオライトを
瀘過により除き、瀘液をエバポレーターにより濃縮する
ことにより結晶が析出した。白色の粉体として得られた
最終生成物の収量は１００ｍｇであった。得られた最終
生成物の質量分析スペクトルを図５に、赤外線吸収スペ
クトルを図６に示す。これら分析結果より、得られた生
成物はフラーレンＣ₆₀が水添されて得られた、閉殻構造
を有し、Ｃ₆₀Ｈ₃₆〜Ｃ₆₀Ｈ₆₀で表わされる水素化フラー
レンであることが確認された。

【００４２】

【発明の効果】本発明によると、炭素骨格がフラーレン
様の閉殻構造をなし、かつ、水素化度（Ｈ／Ｃ比）が比
較的大きい球状分子構造を有する水素化フラーレンであ
って、フラーレンに比べて有機溶剤への溶解性や親和性
に著しく優れ、極めて多様な有機溶剤（例えば、芳香族
系炭化水素のみならずシクロアルカン等のパラフィン系
炭化水素など）への溶解あるいは安定な分散化が可能で
あるなどの利点を有し、したがって、例えば固体潤滑
剤、潤滑油添加剤等の種々の形式の潤滑部材としての利
用をはじめとする広範囲の用途分野へ利用が期待できる
ところの新規な物質であるＣ₆₀系及びＣ₇₀系の水素化フ
ラーレンを提供することができる。本発明によると、ま
た、上記本発明のＣ₆₀系及びＣ₇₀系の水素化フラーレン
を安価に効率よく得るための方法、すなわち、工業的に
も著しく有用な方法である、水素化フラーレンの製造方
法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法の例である前記実施例１で得られ
た生成物すなわち本発明の水素化フラーレン（混合物の
例）の質量分析スペクトルの測定結果の１例を示すチャ
ートである。図中の挿入図は、その主要部の拡大スペク
トルチャートである。

【図２】本発明の方法の例である前記実施例１で得られ
た生成物すなわち本発明の水素化フラーレン（混合物の
例）の赤外線吸収スペクトルの測定結果の１例を示すチ
ャートである。

【図３】本発明の方法の例である前記実施例２で得られ
た生成物すなわち本発明の水素化フラーレン（混合物の
例）の質量分析スペクトルの測定結果の１例を示すチャ
ートである。

【図４】本発明の方法の例である前記実施例３で得られ
た生成物すなわち本発明の水素化フラーレン（混合物の
例）の質量分析スペクトルの測定結果の１例を示すチャ
ートである。図中の挿入図は、その主要部の拡大スペク
トルチャートである。

【図５】本発明の方法の例である前記実施例４で得られ
た生成物すなわち本発明の水素化フラーレン（混合物の
例）の質量分析スペクトルの測定結果の１例を示すチャ
ートである。

【図６】本発明の方法の例である前記実施例４で得られ
た生成物すなわち本発明の水素化フラーレン（混合物の
例）の赤外線吸収スペクトルの測定結果の１例を示すチ
ャートである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】閉殻構造を有し、一般式Ｃ₆₀Ｈ_n （但
し、式中のｎは、３８〜６０の偶数を示す。）で表され
る水素化フラーレン。
【請求項２】閉殻構造を有し、一般式Ｃ₇₀Ｈ_m （但
し、式中のｍは、３０〜７０の偶数を示す。）で表され
る水素化フラーレン。
【請求項３】閉殻構造を有するＣ₆₀のフラーレンに、
水添触媒の存在下に水素ガスを反応させることを特徴と
する請求項１記載の水素化フラーレンの製造法。
【請求項４】閉殻構造を有するＣ₇₀のフラーレンに、
水添触媒の存在下に水素ガスを反応させることを特徴と
する請求項２記載の水素化フラーレンの製造法。
【請求項５】閉殻構造を有するＣ₆₀のフラーレンに、
水添触媒の存在下に水素ガスを反応させ水添するととも
にルイス酸化合物と接触処理することを特徴とする請求
項１記載の水素化フラーレンの製造法。
【請求項６】閉殻構造を有するＣ₇₀のフラーレンに、
水添触媒の存在下に水素ガスを反応させ水添するととも
にルイス酸化合物と接触処理することを特徴とする請求
項２記載の水素化フラーレンの製造法。