JPWO2020085403A1 - 結晶、結晶の製造方法、及びシラノール化合物を自己組織化させる方法 - Google Patents

結晶、結晶の製造方法、及びシラノール化合物を自己組織化させる方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、下記式(1)で表される6量体、式(2)で表される8量体、及び式(3)で表される10量体からなる群より選択される少なくとも1種のシラノール化合物を複数含み、前記シラノール化合物同士の少なくとも一つのヒドロキシ基による水素結合を介した相互作用を有する、結晶を提供する。
【化1】

Description

本発明は、結晶、結晶の製造方法、及びシラノール化合物を自己組織化させる方法に関する。
物質を原子レベルで制御して構築することにより、これまでにない物性が発現し、有用な材料することが可能になる。例えば、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラフェンは、0次元、1次元、2次元に炭素が組み上がったナノカーボン材料であり、それぞれ特異な物性を有する。
SiOは、炭素と同様に地球上に無尽蔵に存在し、現在までに使い続けられている材料である。ナノカーボン材料のようにSiOを原子レベルで制御して構築したSiO材料を得る方法としては、SiOの基本単位であるオルトケイ酸(Si(OH))を組み上げる方法が効率的であると考えられる。
Si(OH)は、例えば、Pd又はPt/C触媒存在下、水素化分解で取り除くことが可能なベンジル保護基を有するケイ素化合物を反応させる方法により、合成及び単離できることが知られている(非特許文献1)。また、上記方法により、Si(OH)の2量体、環状3量体、環状4量体の合成及び単離に成功している。これらのSi(OH)の2量体、環状3量体、環状4量体等のオリゴマー体もまた、SiO材料を得るための原料として有用である。
Figure 2020085403
Nature Communications, 2017, 8, 140.
SiOを原子レベルで制御して構築したSiO材料を得るためには、上記のようにSiOの基本単位であるオルトケイ酸(Si(OH))を組み上げる方法が考えられる。上述したように、Si(OH)及びSi(OH)の2量体、環状3量体、環状4量体の単離を達成しているものの、SiO材料を得るためには、SiOの基本単位を制御して組み上げることをより効率的に行うことに適した原料が求められている。
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであって、SiO材料を得るために有用な原料を提供することを課題とする。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、所定のSi(OH)のオリゴマー体が、原子レベルで制御されながら自己組織化し、当該オリゴマー体が規則的に整列した結晶として得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、この出願は以下の発明を提供するものである。
[1]
下記式(1)で表される6量体、式(2)で表される8量体、及び式(3)で表される10量体からなる群より選択される少なくとも1種のシラノール化合物を複数含み、前記シラノール化合物同士の少なくとも一つのヒドロキシ基による水素結合を介した相互作用を有する、結晶。
Figure 2020085403
[2]
前記シラノール化合物が、前記水素結合を介した相互作用により線形に整列した一次元構造を有する、[1]に記載の結晶。
[3]
前記シラノール化合物が、前記水素結合を介した相互作用により平面的に整列した二次元構造を有する、[1]に記載の結晶。
[4]
前記シラノール化合物が、前記水素結合を介した相互作用により立体的に整列した三次元構造を有する、[1]に記載の結晶。
[5]
有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される少なくとも一種の物質を含む、
[1]〜[4]のいずれかに記載の結晶。
[6]
前記シラノール化合物を含む溶液を準備する工程;及び
前記溶液に必要に応じてさらに有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される少なくとも一種の物質を添加して、当該溶液に対する蒸気拡散法により再結晶化する工程;を含む、
[1]〜[5]のいずれかに記載の結晶の製造方法。
[7]
前記シラノール化合物を含む溶液を準備する工程;及び
前記溶液に必要に応じてさらに有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される少なくとも一種の物質を添加して、当該溶液を減圧濃縮することにより再結晶化する工程;を含む、
[1]〜[5]のいずれかに記載の結晶の製造方法。
[8]
前記シラノール化合物を含む溶液を準備する工程;及び
前記溶液に必要に応じてさらに有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される少なくとも一種の物質を添加して、当該溶液を冷却することにより再結晶化する工程;を含む、
[1]〜[5]のいずれかに記載の結晶の製造方法。
[9]
有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される少なくとも一種の物質を含む結晶(P)の製造方法であって、
下記式(1)で表される6量体、式(2)で表される8量体、及び式(3)で表される10量体からなる群より選択される少なくとも1種のシラノール化合物を複数含み、前記シラノール化合物同士の少なくとも一つのヒドロキシ基による水素結合を介した相互作用を有し、有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される少なくとも一種の第1の物質を含む、結晶(S)を準備する工程;
前記結晶(S)に、有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される少なくとも一種の第2の物質を接触させて、前記結晶(S)に含まれる前記第1の物質の少なくとも一部を前記第2の物質と置換することにより結晶(P)を得る工程;を含む、
製造方法。
Figure 2020085403
[10]
前記結晶(S)を準備する工程が、
前記シラノール化合物を含む溶液を準備する工程;及び
前記溶液に必要に応じてさらに有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される物質を添加して、当該溶液に対する蒸気拡散法により、又は、当該溶液を減圧濃縮することにより、又は、当該溶液を冷却することにより再結晶化する工程;を含む、
[9]に記載の製造方法。
[11]
下記式(1)で表される6量体、式(2)で表される8量体、及び式(3)で表される10量体からなる群より選択される少なくとも1種のシラノール化合物を含む溶液に対する蒸気拡散法により、又は、当該溶液を減圧濃縮することにより、又は、当該溶液を冷却し、水素結合による相互作用を形成する工程を含む、
前記シラノール化合物を自己組織化させる方法。
Figure 2020085403
本発明によると、Si(OH)のオリゴマー体が規則的に整列した結晶を提供することができる。
模式的に表した、斜視方向から見た整列の構造における、面1及び面2を説明する図である。 実施例1で製造された結晶(一次元(ロッド状)構造)の単結晶X線結晶構造解析から決定された結晶構造を示す図である。 実施例3で製造された結晶(二次元(シート状)構造)の単結晶X線結晶構造解析から決定された結晶構造を示す図である。 実施例5で製造された結晶(三次元(ナノハニカム状)構造)の単結晶X線結晶構造解析から決定された結晶構造を示す図である。
以下、本発明について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
[結晶]
本発明の結晶は、下記式(1)で表される6量体(以下、単に「6量体」という。)、式(2)で表される8量体(以下、単に「8量体」という。)、及び式(3)で表される10量体(以下、単に「10量体」という。)からなる群より選択される少なくとも1種のシラノール化合物を含む。また、本発明の結晶を構成する化合物の数は、複数である。さらに、本発明の結晶は、前記シラノール化合物同士の少なくとも一つのヒドロキシ基による水素結合を介した相互作用を有する。
Figure 2020085403
本発明の結晶に含まれる複数のシラノール化合物同士は、当該シラノール化合物中の少なくとも一つのヒドロキシ基による水素結合を介して相互作用している。
本発明における水素結合を介した相互作用とは、結晶中の任意のシラノール化合物分子中に含まれるヒドロキシ基の水素原子が別の分子のシラノール化合物中の酸素原子の非共有電子対と形成される非共有結合性の相互作用である。水素結合を介した相互作用は、シラノール化合物同士のヒドロキシ基における水素と酸素との間に形成されることが好ましい。
本明細書における結晶は、固体であり、シラノール化合物同士が水素結合を介した相互作用により規則的に整列している集合を含む。上記集合は、シラノール化合物同士が整列して鎖状となっていてもよく、環状となっていてもよい。
シラノール化合物同士の水素結合を介した相互作用を含む結晶であることは、結晶のX線結晶構造解析を行うことにより確認することができる。
本発明の結晶は、上記6量体、8量体、及び10量体からなる群より選択される少なくとも1種のシラノール化合物を複数含む。本発明の結晶としては、6量体のシラノール化合物を複数含む結晶(I)、8量体のシラノール化合物を複数含む結晶(II)、又は10量体のシラノール化合物を複数含む結晶(III)が好適に挙げられる。また、本発明の結晶は、6量体のシラノール化合物、8量体のシラノール化合物、及び10量体のシラノール化合物からなる群より選ばれる少なくとも2種のシラノール化合物を複数含んでもよい。さらに本発明の結晶は、少なくとも2種の結晶の混合であってもよく、例えば、上記結晶(I)、結晶(II)、及び結晶(III)からなる群より選択される少なくとも2種の混合であってもよい。
本発明の結晶において、シラノール化合物の水素結合を形成するヒドロキシ基は任意である。すなわち、シラノール化合物の水素結合を形成するヒドロキシ基は、6量体の6個のヒドロキシ基のいずれであってもよく、8量体の8個のヒドロキシ基のいずれであってもよく、10量体の10個のヒドロキシ基のいずれであってもよい。
シラノール化合物の水素結合を形成するヒドロキシ基の数は1分子あたり1個以上であればよい。
ただし、結晶を形成する観点から、シラノール化合物が整列して鎖状の集合をなす場合、末端のシラノール化合物を除いて、シラノール化合物の水素結合を形成するヒドロキシ基の数は1分子あたり2個以上である。
また、シラノール化合物が整列して環状の集合をなす場合、シラノール化合物の水素結合を形成するヒドロキシ基の数は1分子あたり2個以上である。
本発明の結晶が6量体のシラノール化合物を含み、且つ、当該シラノール化合物が鎖状の集合をなす場合、水素結合を形成するヒドロキシ基の数は、鎖状の集合の末端のシラノール化合物を除いて、1分子あたり、2個、3個、4個、5個、6個のいずれであってもよい。また、本発明の結晶が6量体のシラノール化合物を含み、且つ、当該シラノール化合物が整列して環状の集合をなす場合、水素結合を形成するヒドロキシ基の数は、1分子あたり、2個、3個、4個、5個、6個のいずれであってもよい。
本発明の結晶が8量体のシラノール化合物を含み、且つ、当該シラノール化合物が鎖状の集合をなす場合、水素結合を形成するヒドロキシ基の数は、鎖状の集合の末端のシラノール化合物を除いて、1分子あたり、2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個のいずれであってもよい。また、本発明の結晶が8量体のシラノール化合物を含み、且つ、当該シラノール化合物が整列して環状の集合をなす場合、水素結合を形成するヒドロキシ基の数は、1分子あたり、2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個のいずれであってもよい。
本発明の結晶が10量体のシラノール化合物を含み、且つ、当該シラノール化合物が鎖状の集合をなす場合、水素結合を形成するヒドロキシ基の数は、鎖状の集合の末端のシラノール化合物を除いて、1分子あたり、2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個のいずれであってもよい。また、本発明の結晶が10量体のシラノール化合物を含み、且つ、当該シラノール化合物が整列して環状の集合をなす場合、水素結合を形成するヒドロキシ基の数は、1分子あたり、2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個のいずれであってもよい。
本発明の結晶に含まれる、6量体、8量体、及び10量体のシラノール化合物は、自己組織化して、規則的に整列して集合をなす。以下、6量体、8量体、及び10量体のシラノール化合物の形式を例示するが、本明細書において、6量体、8量体、及び10量体の構造中、以下のとおり、一つのSi−O−Si結合を省略して一辺で表すこと、及びOH基を省略することにより、式(1)、式(2)、及び式(3)の構造を下記のとおり略記することもある。
Figure 2020085403
整列の形式は特に制限されないが、例えば、シラノール化合物が線形に整列した一次元構造を挙げることができる。
6量体、8量体、10量体の一次元構造としては、特に制限されるものではないが、例えば、下記表1−1、表1−2、表2、表3−1、表3−2、表4に示す構造を列挙することができる。なお、これらの表に示す構造は、一次元構造を構成するシラノール化合物の整列を、シラノール化合物の配置及び/又はシラノール化合物における環状シラノールの面の向きを示すことにより模式的に表すことを意図としており、本発明における一次元構造は、これらの模式的に表した整列から、シラノール化合物がずれること、及び/又は、環状シラノールの面が整列の軸からずれることも許容される。
下記表1−1、表1−2、表2、表3−1、表3−2、表4に示す構造では、当該整列ができるように形成される水素結合であれば、水素結合の様式は任意である。したがって、下記表1−1、表1−2、表2、表3−1、表3−2、表4に示す構造では、水素結合を省略して記載する。本明細書において、水素結合の様式とは、シラノール化合物間で形成される水素結合の数及び位置を指す。また、整列したシラノール化合物の数は、各表に示される数にもちろん限定されない。
例えば、表1−1の形式4では、例えば、下記の構造A及びBで示される水素結合の様式であってもよく、一つの形式であっても、その水素結合の形成数及び位置は任意である。
Figure 2020085403
本明細書において、
Figure 2020085403
で示されるシラノール化合物間の結合は、下記水素結合;
Figure 2020085403
を少なくとも含む結合の省略であり、また、下記の表において、当該結合は省略されている。この結合には、上記水素結合に加え、さらに別のシラノール化合物のヒドロキシ基との相互作用、及び/又は、有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体等の物質との相互作用による水素結合を含んでいてもよい。
ただし、上記構造A及びBにおいては、結合は単一の水素結合を指す。
また、表中、面1とは、斜視方向から見た整列の構造を、図1の方向1(紙面上、上部から)から見た整列の構造であり、面2とは、斜視方向から見た整列の構造を、図1の方向2(紙面上、手前から)から見た整列の構造である。
Figure 2020085403
Figure 2020085403
Figure 2020085403
Figure 2020085403
Figure 2020085403
Figure 2020085403
Figure 2020085403
Figure 2020085403
Figure 2020085403
上述したように、本発明の結晶は、シラノール化合物同士が整列して環状となった集合を含んでいてもよい。このとき、環状の集合をなす際のシラノール化合物の数は任意であるが、6量体、10量体のシラノール化合物ではそれぞれ、例えば、6個の集合(形式19)及び10個(形式20)の集合により環を形成することができる。また、本発明の結晶は、形式19及び形式20等の環状の集合の一次元構造同士がそれぞれ面1を介して積み重なることによる積層構造を有してもよい。
Figure 2020085403
以下、水素結合の様式を、上記表に示した整列形式を例にして説明する。
上記線形に整列した一次元構造を形成する水素結合の様式としては、例えば、一つのシラノール化合物に含まれる2個のヒドロキシ基が、それぞれ別のシラノール化合物のヒドロキシ基と水素結合による相互作用で形成される様式が挙げられ、水素結合を形成する2個のヒドロキシ基は、一つのシラノール化合物中の、隣接するケイ素原子上の2個のヒドロキシ基であってもよく、シロキサン結合(−O−Si−O−結合)1つ分以上離れたケイ素原子上の2個のヒドロキシ基であってもよい。ここで「隣接するケイ素原子」とは、あるケイ素原子に対して、酸素原子を1つ挟んで位置するケイ素原子を意味し、「シロキサン結合1つ分以上離れたケイ素原子」とは、あるケイ素原子に対して、2つ以上の酸素原子と1つ以上のケイ素原子を挟んで位置するケイ素原子を意味する。言い換えれば、「隣接するケイ素原子」とは、あるケイ素原子に対して、nが0である下記式(a)で表される構造を挟んで位置するケイ素原子を意味し、「シロキサン結合1つ分以上離れたケイ素原子」とは、あるケイ素原子に対して、nが1以上の整数である下記式(a)で表される構造を挟んで位置するケイ素原子を意味する。
O−(Si−O) …(a)
(式中、nは0以上の整数を示す。)
上記集合が隣接するケイ素原子上の2個のヒドロキシ基の水素結合により形成される場合、一次元構造は、上記表1−1中の形式1、2、及び3の整列、上記表1−2中の形式5及び6、上記表2中の形式9、及び10、及び表3−1中の形式14を好適に挙げることができる。
上記表1−1中の形式1の整列、上記表2中の形式9、及び表3−1中の形式14の水素結合の結合様式は、それぞれ、例えば、以下のi−1、i−2、及びi−3で表される。
Figure 2020085403
(上記構造中、破線は水素結合を意味する。)
その他、上記集合が隣接するケイ素原子上の2個のヒドロキシ基の水素結合により形成される場合の一次元構造として、形式5及び6に示されるように、ある6量体の上側のケイ素原子上のヒドロキシ基が、別の6量体の下側のケイ素原子上のヒドロキシ基と水素結合を形成し、上記ある6量体の上側のケイ素原子に隣接する下側のケイ素原子上のヒドロキシ基が、さらに別の6量体の上側のケイ素原子上のヒドロキシ基と水素結合を形成し、それらを繰り返すことによって形成される一次元構造が挙げられる(下記構造参照)。なお、上下の位置関係は、構造式に示す紙面上の位置関係に基づくものとする(以下同様。)。
Figure 2020085403
同様に、上記集合が隣接するケイ素原子上の2個のヒドロキシ基の水素結合により形成される場合の一次元構造として、形式10に示されるように、ある8量体の上側のケイ素原子上のヒドロキシ基が、別の8量体の下側のケイ素原子上のヒドロキシ基と水素結合を形成し、上記ある8量体の上側のケイ素原子に隣接する上側のケイ素原子上のヒドロキシ基が、さらに別の8量体の下側のケイ素原子上のヒドロキシ基と水素結合を形成し、それらを繰り返すことによって形成される一次元構造が挙げられる(下記構造参照)。
Figure 2020085403
さらに同様に、上記集合が隣接するケイ素原子上の2個のヒドロキシ基の水素結合により形成される場合の一次元構造として、形式17に示されるように、ある10量体の上側のケイ素原子上のヒドロキシ基が、別の10量体の下側のケイ素原子上のヒドロキシ基と水素結合を形成し、上記ある10量体の上側のケイ素原子に隣接する下側のケイ素原子上のヒドロキシ基が、さらに別の10量体の上側のケイ素原子上のヒドロキシ基と水素結合を形成し、それらを繰り返すことによって形成される一次元構造が挙げられる(下記構造参照)。
Figure 2020085403
上記集合がシロキサン結合1つ分以上離れたケイ素原子上の2個のヒドロキシ基の水素結合により形成される場合、一次元構造は、上記表1−1中の形式4、上記表2中の形式12、及び表3−1中の形式16を好適に挙げることができる。上記表1−1中の形式4、上記表2中の形式12、及び表3−1中の形式16の水素結合の結合様式は、それぞれ、例えば、以下のii−1、ii−2、及びii−3で表される。
Figure 2020085403
(上記構造中、破線は水素結合を意味する。)
その他、上記集合がシロキサン結合1つ分以上離れたケイ素原子上の2個のヒドロキシ基の水素結合により形成される場合の一次元構造として、形式11に示されるように、ある8量体の上側のケイ素原子上のヒドロキシ基が、別の8量体の上側のケイ素原子上のヒドロキシ基と水素結合を形成し、上記ある8量体の上側のケイ素原子からシロキサン結合1つ分離れた(すなわち、nが1である上記式(a)で表される構造を挟んで位置する)上側のケイ素原子上のヒドロキシ基が、さらに別の8量体の上側のケイ素原子上のヒドロキシ基と水素結合を形成し、それらを繰り返すことによって形成される一次元構造が挙げられる(下記構造参照)。
Figure 2020085403
なおも同様に、上記集合がシロキサン結合1つ分以上離れたケイ素原子上の2個のヒドロキシ基の水素結合により形成される場合の一次元構造として、形式13で示されるように、ある10量体の上側のケイ素原子上のヒドロキシ基が、別の10量体の上側のケイ素原子上のヒドロキシ基と水素結合を形成し、上記ある10量体の上側のケイ素原子からシロキサン結合1つ分離れた(すなわち、nが1である上記式(a)で表される構造を挟んで位置する)上側のケイ素原子上のヒドロキシ基が、さらに別の10量体の上側のケイ素原子上のヒドロキシ基と水素結合を形成し、それらを繰り返すことによって形成される一次元構造が挙げられる(下記構造参照)。
Figure 2020085403
また同様に、上記集合がシロキサン結合1つ分以上離れたケイ素原子上の2個のヒドロキシ基の水素結合により形成される場合の一次元構造として、形式15で示されるように、ある10量体の上側のケイ素原子上のヒドロキシ基が、別の10量体の下側のケイ素原子上のヒドロキシ基と水素結合を形成し、上記ある10量体の上側のケイ素原子からシロキサン結合1つ又は2つ分離れた(すなわち、nが1又は2である上記式(a)で表される構造を挟んで位置する)下側のケイ素原子上のヒドロキシ基が、さらに別の10量体の上側のケイ素原子上のヒドロキシ基と水素結合を形成し、それらを繰り返すことによって形成される一次元構造が挙げられる(下記構造参照)。
Figure 2020085403
上記線形に整列した一次元構造としては、例えば、一つのシラノール化合物に含まれる4個のヒドロキシ基が、別のシラノール化合物のヒドロキシ基と水素結合による相互作用で形成される集合も挙げられる。
一次元構造としては、具体的には、一つのシラノール化合物に含まれる4個のヒドロキシ基のうち隣接するケイ素に結合する2個のヒドロキシ基が、別のシラノール化合物の隣接するケイ素原子に結合する2個のヒドロキシ基とそれぞれ水素結合し、上記一つのシラノール化合物に含まれる残りの、隣接するケイ素原子に結合する2個のヒドロキシ基が、さらに別のシラノール化合物の隣接するケイ素原子に結合する2個のヒドロキシ基とそれぞれ水素結合する構造が挙げられ、上記表1−1中の形式1及び2、上記表1−2中の形式7、上記表2中の形式9、10、11、及び表3−1中の形式13、14、15、16を好適に挙げることができる。上記表1−1中の形式1、上記表2中の形式11、及び表3−1中の形式14の水素結合の結合様式は、例えば、以下のiii−1、iii−2、及びiii−3で表されるが、これらに制限されない。
なお、iii−1、iii−2、及びiii−3で表される構造はラダー状であるともいう。
Figure 2020085403
(上記構造中、破線は水素結合を意味する。)
一次元構造としては、例えば、形式8、9、及び18で示されるように、環状シラノール面同士が重なるように整列する構造が挙げられる。
一次元構造としては、具体的には、一つのシラノール化合物に含まれる環状シラノールの面と、別のシラノール化合物の環状シラノールの面とが水素結合を介して相互作用する構造(以下、ロッド状構造ともいう)が挙げられ、例えば、以下のiv−1、iv−2、及びiv−3で表されるが、これらに制限されない。上記環状シラノールの面は、シラノール化合物が式(1)で表される6量体である場合6員環の面であることが好ましく、式(2)で表される8量体である場合8員環の面であることが好ましく、式(3)で表される10量体である場合10員環の面であることが好ましい。
Figure 2020085403
(上記構造中、破線は、下記水素結合を含む構造;
Figure 2020085403
を含む結合の省略である。)
iv−1、iv−2、及びiv−3は、面同士が重なるように整列することによりロッド状となる。なお、上記のiv−1、iv−2、及びiv−3では、面同士が重なるように整列して水素結合ネットワークが形成されていればよく、すべてのヒドロキシ基が水素結合を形成する必要はない。
また、ロッド状構造としては、6量体、10量体のシラノール化合物の整列においては、当該6量体、10量体のシクロテトラシロキサン骨格の面同士が水素結合を介して相互作用する構造も挙げられる。具体的には、形式2及び形式14で示される整列形式が挙げられる。形式2及び形式14で示される整列形式では、面同士が重なるように整列するよう水素結合ネットワークが形成されていればよく、すべてのヒドロキシ基が水素結合を形成する必要はない。
上記の一次元構造を含め、一次元構造の例を下記表5に示す。ただし、一次元構造はこれらに限定されない。例えば、下記表5においては、1つの分子における水素結合の数は偶数になっているが、1つの分子における水素結合の数は奇数であってもよい。例えば、上記で例示したように、別のシラノール化合物との間では1つの水素結合を形成し、さらに別のシラノール化合物との間では2つの水素結合を形成する等により、1つの分子における水素結合の数は奇数となる。
Figure 2020085403
Figure 2020085403
上述した一次元構造では、一つのシラノール化合物に含まれる一つのケイ素原子に結合するヒドロキシ基1個あたり、他のシラノール化合物のヒドロキシ基との間に形成される水素結合の数は1である。一方で、上記ヒドロキシ基が形成できる水素結合の数は2以上であってもよく、さらに別のシラノール化合物のヒドロキシ基と水素結合を形成することができる。さらに別のシラノール化合物のヒドロキシ基と水素結合を形成することにより、結晶は二次元的及び三次元的に整列した構造となる。
すなわち、本発明の結晶は、シラノール化合物が水素結合を介した相互作用により平面的に整列した二次元構造を有する結晶、及び、シラノール化合物が水素結合を介した相互作用により立体的に整列した三次元構造を有する結晶であってもよい。
本発明の二次元構造を有する結晶は、シラノール化合物が平面的に整列した構造であれば、水素結合の結合形式は特に制限されない。ここで本明細書における平面的に整列した構造とは、複数のシラノール化合物がX軸方向とY軸方向の二方向に規則的に整列した構造ともいうことができる。
本発明の二次元構造を有する結晶としては、例えば、上述した一次元構造がさらに別の一次元構造と水素結合を介して相互作用して平面的に整列した構造を挙げることができる。また、本発明における二次元構造には、平面的に整列した構造の末端同士が水素結合による相互作用をして、環状になっているものも包含される。
二次元構造を有する結晶は、上記ロッド状構造の一次元構造における長手方向の一辺が、別の一次元構造における長手方向の一辺に水素結合を介して相互作用することにより平面的に形成される構造を好適に挙げることができ、具体的には、以下のvで表されるが、これらに制限されない。
Figure 2020085403
(上記構造中、破線は、下記水素結合を含む構造;
Figure 2020085403
を含む結合の省略である。)
二次元構造の一つは、vで表されるように、一次元構造における長手方向の一辺が、別の一次元構造における長手方向の一辺に水素結合を介して相互作用することにより平面的に形成される。
ここで、一次元構造同士の水素結合の様式は、例えば、以下のように模式的に表される。なお、下記の水素結合の様式は一例であって、水素結合によるネットワーク構造(水素結合の方向)は限定されない。
Figure 2020085403
本発明の三次元構造を有する結晶は、シラノール化合物が立体的に整列した構造であれば、水素結合の結合形式は特に制限されない。ここで本明細書における立体的に整列した構造とは、複数のシラノール化合物がX軸方向とY軸方向とZ軸方向の三方向に規則的に整列した構造ともいうことができる。
本発明の三次元構造を有する結晶としては、例えば、上述した三次元構造がさらに別の複数の一次元構造と水素結合を介して相互作用して立体的に整列した構造を挙げることができる。また、三次元構造を有する結晶は、上記ロッド状構造の一次元構造における長手方向の隣り合う二辺が、それぞれ、異なる一次元構造における長手方向の一辺に水素結合を介して相互作用することにより立体的に形成される構造を好適に挙げることができ、具体的には、以下のviで表される(以下、ナノハニカム状ともいう)が、これらに制限されない。
Figure 2020085403
(上記構造中、破線は、下記水素結合を含む構造;
Figure 2020085403
を含む結合の省略である。)
本発明の結晶は、後述するように、シラノール化合物及び必要に応じて有機化合物を含む溶液から再結晶により調製でき、得られる結晶に有機化合物を含んでいてもよい。結晶に含まれる物質は、製造時に使用される溶媒及び/又は添加される有機化合物に限定されず、例えば、遷移金属錯体、無機物、元素単体であってもよい。
有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体は、シラノール化合物が水素結合を介した相互作用により整列した集合の間に含まれていてもよく、結晶がナノハニカム状の三次元構造を有する場合、ナノハニカム構造の中に含まれていてもよい。
結晶に含まれる物質である、有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体は、特に限定されるものではないが、分子量が2〜1000g/molであることが好ましい。
結晶に含まれる物質としては、特に限定されるものではないが、例えば、水素(水素ガス)、窒素(窒素ガス)、ヘリウム、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、tert−ブチルエチルエーテル、フラン、グリシジルメチルエーテル、アリルグリシジルエーテル、グリシジルイソプロピルエーテル、グリシジルプロパルギルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、グリシジルフェニルエーテル、ベンジルグリシジルエーテル、アクリル酸グリシジル、メタクリル酸グリシジル、1,2−エポキシブタン、3,4−エポキシ−1−ブテン、1,2:3,4−ジエポキシブタン、1,2:5,6−ジエポキシヘキサン、1,2:7,8−ジエポキシオクタン、テトラメチレングリコールジグリシジルエーテル、1,2−エポキシシクロヘキサン、1,2−エポキシ−4−ビニルシクロヘキサン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロチオフェン、1,3−ジオキソラン、エチレンカーボネート、1,4−ジオキサン、1,3,5−トリチアン、チオフェン、セレノフェン、2,5−ジブロモセレノフェン、テルロフェン、オキサゾール、イソオキサゾール、イソチアゾール、ピラゾール、イミダゾール、チアゾール、1H−1,2,3−トリアゾール、1,2,4−トリアゾール、1H−テトラゾール、ピリジン、ピラジン、トリアジン、ベンゾオキザゾール、1,2−ベンゾイソオキサゾール、2,1−ベンゾイソオキサゾール、1,2−ベンゾイソチアゾール−3(2H)−オン、インドール、ベンゾイミダゾール、1,3−ベンゾジオキソール、ベンゾチアゾール、2,1,3−ベンゾチアジアゾール、インダゾール、1,2,3−ベンゾトリアゾール、ピアゾロ[3,4−b]ピリジン、酢酸メチル、酢酸エチル、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸エチル、アクリル酸アリル、メタクリル酸アリル、アクリル酸ブチル、アクリル酸イソブチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸−2−メトキシエチル、1,4−フェニレンジイソシアナート、1,4−フェニレンジイソチオシアナート、1,5−ジシソシアナトナフタレン、スクアリン酸(3,4−ジヒドロキシ−3−シクロブテン−1,2−ジオン)、クロコン酸(4,5−ジヒドロキシ−4−シクロペンテン−1,2,3−トリオン)、ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチル尿素、テトラメチル尿素、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、1,2−シクロヘキサンジオン、1,3−シクロヘキサンジオン、1,4−シクロヘキサンジオン、1,4−ベンゾキノン、テトラフルオロ−1,4−ベンゾキノン、ヒドロキノン、1,2−ナフトキノン、1,4−ナフトキノン、2−メチル−1,4−ナフトキノン、アントラキノン、1,4−アントラキノン、ベンゼン、トルエン、キシレン、1,2−ビス(ブロモメチル)ベンゼン、1,4−ジブロモ−2,5−ジメチルベンゼン、1,4−ジブロモ−2,5−ビス(ブロモメチル)ベンゼン、1,2−ジブロモ−4,5−ジメチルベンゼン、1,4−ジブロモ−2,5−ジメチルベンゼン、1,4−ビス(ジメチルシリル)ベンゼン、1,4−ビス(トリメチルシリル)ベンゼン、1,4−ビス(ヒドロキシジメチルシリル)ベンゼン、スチレン、4−メチルスチレン、2,3,4,5,6−ペンタフルオロスチレン、ナフタレン、2,3−ジメチルナフタレン、2,6−ジメチルナフタレン、2,7−ジメチルナフタレン、2,6−ジブロモナフタレン、2,7−ジブロモナフタレン、ベンゾ[b]チオフェン、5−ブロモベンゾ[b]チオフェン、6−ブロモベンゾ[b]チオフェン、アントラセン、ナフタセン、ペンタセン、2,3−ジメチルアントラセン、2−ブロモアントラセン、2,6−ジブロモアントラセン、カルバゾール、2−ブロモカルバゾール、3−ブロモカルバゾール、2,7−ジブロモカルバゾール、3,6−ジブロモカルバゾール、ジベンゾチオフェン、3−ブロモジベンゾチオフェン、2,8−ジブロモジベンゾチオフェン、3,7−ジブロモジベンゾチオフェン、4,6−ジブロモジベンゾチオフェン、2−ヨードジベンゾチオフェン、2,8−ジヨードジベンゾチオフェン、2,8−ジメチルジベンゾチオフェン、ベンゾ[1,2−b’:4、5−b’]ジチオフェン、2,6−ジブロモベンゾ[1,2−b’:4、5−b’]ジチオフェン、2,8−ジメチルアントラ[2,3−b:6、7−b’]ジチオフェン、フェナントロ[1,2−b:8、7−b’]ジチオフェン、チエノ[3,2−b]チオフェン、3−ブロモチエノ[3,2−b]チオフェン、2,5−ジブロモチエノ[3,2−b]チオフェン、2,5−ジ(2−チエニル)チエノ[3,2−b]チオフェン、3,6−ジブロモチエノ[3,2−b]チオフェン、チエノ[2,3−b]チオフェン、2−ブロモチエノ[2,3−b]チオフェン、2,5−ジブロモチエノ[2,3−b]チオフェン、3,4−ジブロモチエノ[2,3−b]チオフェン、ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]チオフェン、2,6−ジブロモジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]チオフェン、3,5−ジブロモジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]チオフェン、ビフェニル、p−テルフェニル、4−ブロモ−p−テルフェニル、4,4”−ジブロモ−p−テルフェニル、4−ブロモビフェニル、4,4’−ジブロモビフェニル、2,2’−ビチオフェン、3,3’−ジブロモ−2,2’−ビチオフェン、5,5’−ジブロモ−2,2’−ビチオフェン、3,3’、5,5’−ジブロモ−2,2’−ビチオフェン、2,2’−ビチオフェン−5−カルボキシアルデヒド、5−ブロモ−2,2’−ビチオフェン−5’−カルボキシアルデヒド、2,2’−ビチオフェン−5,5’−ジカルボキシアルデヒド、ターチオフェン、5,5”−ジブロモ−2,2’:5’,2”−ターチオフェン、5”−ブロモ−2,2’:5’,2”−ターチオフェン−5−カルボキシアルデヒド、2,2’:5’,2”−ターチオフェン−5,5”−ジカルボキシアルデヒド、α−クアテルチオフェン、α−キンキチオフェン、α−セキシチオフェン、α−セプチチオフェン、1,4−シクロヘキサジエン、1−メチル−1,4−シクロヘキサジエン、アゾベンゼン、3,3’−ジメチルアゾベンゼン、trans−スチルベン、trans−4−ブロモスチルベン、4,4’−ジブロモ−trans−スチルベン、4−メチル−trans−スチルベン、4,4’−ジメチル−trans−スチルベン、1,4−ジエチニルベンゼン、ジフェニルアセチレン、1−エチニル−4−(フェニルエチニル)ベンゼン、アダマンタン、1,3−ジメチルアダマンタン、1−ブロモアダマンタン、2−ブロモアダマンタン、3−ブロモアダマンタン、1,3−ジブロモアダマンタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン、ペンタデカン、ヘキサデカン、ヘプタデカン、オクタデカン、ノナデカン、エイコサン、ヘンエイコサン、ドコサン、トリコサン、テトラコサン、アジポニトリル、フマロニトリル、テトラシアノエチレン、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、1,1,3,3,5,5−ヘキサメチルトリシロキサン、1,1,3,3,5,5,5−ヘプタメチルトリシロキサン、1,1,1,3,5,5,5−ヘプタメチルトリシロキサン、1,1,1,3,3,5,5,5−オクタメチルトリシロキサン、1,1,1,3,5,7,7,7−オクタメチルテトラシロキサン、1,1,3,3,5,5,7,7−オクタメチルテトラシロキサン、デカメチルテトラシロキサン、1,1,3,3,5,5,7,7、9,9−デカメチルペンタシロキサン、1,1,3,3,5,5,7,7、9,9,11,11−ドデカメチルヘキサシロキサン、フェロセン、ニッケロセン、ルテノセン、クロモセン、マンガノセン、コバルトセン、オスモセン、バナドセン、アセチルアセトナトビス(エチレン)ロジウム、(2,4−ペンタンジオナト)リチウム、ビス(2,4−ペンタンジオナト)ベリリウム、ビス(2,4−ペンタンジオナト)マグネシウム、ビス(2,4−ペンタンジオナト)カルシウム、ビス(2,4−ペンタンジオナト)マンガン、ビス(2,4−ペンタンジオナト)コバルト、ビス(2,4−ペンタンジオナト)ニッケル、ビス(2,4−ペンタンジオナト)銅、ビス(2,4−ペンタンジオナト)パラジウム、ビス(2,4−ペンタンジオナト)白金、トリス(2,4−ペンタンジオナト)クロム、トリス(2,4−ペンタンジオナト)コバルト、トリス(2,4−ペンタンジオナト)ガリウム、トリス(2,4−ペンタンジオナト)インジウム、トリス(2,4−ペンタンジオナト)イリジウム、トリス(2,4−ペンタンジオナト)鉄、トリス(2,4−ペンタンジオナト)ランタン、ビス(ベンゼン)クロム、(ベンゼン)トリカルボニルクロム、ジカルボニルシクロペンタジエニルコバルト、トリス(シクロペンタジエニル)ガドリニウム、トリス(シクロペンタジエニル)イットリウム、シクロペンタジエニルインジウム、ビス(シクロペンタジエニル)マグネシウム、シクロペンタジエニルマンガントリカルボニル、シクロヘプタトリエンモリブデントリカルボニル、トリス(シクロペンタジエニル)ネオジニウム、アリルパラジウムクロリド(ダイマー)、ビス(シクロオクタテトラエン)鉄、シクロヘキサジエン鉄トリカルボニル、ジカルボニルシクロペンタジエニルヨード鉄、シクロペンタジエニル鉄ジカルボニル(ダイマー)、トリカルボニル(シクロオクタテトラエン)鉄、酢酸鉄(II)、(アセチルアセトナト)(1,5−シクロオクタジエン)イリジウム、クロロ(1,5−シクロオクタジエン)イリジウム(ダイマー)、クロロビス(エチレン)イリジウム(ダイマー)、(シクロヘプタトリエニル)(シクロペンタジエニル)チタン、ビス(1,5−シクロオクタジエン)ニッケル、ビス(1,5−シクロオクタジエン)白金、(トリメチル)シクロペンタジエニル白金、トリス(シクロペンタジエニル)プラセオジム、シクロペンタジエニルレニウムトリカルボニル、ジカルボニル(2,4−ペンタンジオナト)ロジウム、ヒドロキシ(1,5−シクロオクタジエン)ロジウム(ダイマー)、アセチルアセトナト(ノルボルナジエン)ロジウム、クロロ(1,5−シクロオクタジエン)ロジウム(ダイマー)、酢酸ロジウム(ダイマー)、クロロ(ノルボルナジエン)ロジウム(ダイマー)、ジカルボニルシクロペンタジエニルルテニウム(ダイマー)、トリス(シクロペンタジエニル)サマリウム、シクロペンタジエニルタリウム、ジカルボニルビス(シクロペンタジエニル)チタン、シクロペンタジエニルバナジウムテトラカルボニル、臭素、ヨウ素、硫黄、水銀等が挙げられる。
本発明の結晶が有機化合物、遷移金属錯体、無機物、元素単体の物質を含む場合、後述するように、再結晶に用いられるシラノール化合物を含む溶液に添加してもよく、得られる結晶に有機化合物、遷移金属錯体、無機物、元素単体の物質を添加してもよい。
[結晶の製造方法]
本発明の結晶は、例えば、6量体、8量体、及び10量体のシラノール化合物を含む溶液を調製し、前記溶液に必要に応じてさらに有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される物質を添加して、当該溶液に対する蒸気拡散法により再結晶化すること、又は、前記溶液に必要に応じてさらに有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される物質を添加して、当該溶液を減圧濃縮して再結晶化すること、又は、前記溶液に必要に応じてさらに有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される少なくとも一種の物質を添加して、当該溶液を冷却することにより、製造することができる。
すなわち、本発明の結晶の製造方法の一つは、上記シラノール化合物を含む溶液を準備する工程;及び、上記溶液に必要に応じてさらに有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される少なくとも一種の物質を添加して、当該溶液に対する蒸気拡散法により再結晶化する工程;を含む、方法である。また、本発明の結晶の製造方法の一つは、上記シラノール化合物を含む溶液を準備する工程;及び、上記溶液に必要に応じてさらに有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される少なくとも一種の物質を添加して、当該溶液を減圧濃縮することにより再結晶化する工程;を含む、方法である。さらに、本発明の結晶の製造方法の一つは、上記シラノール化合物を含む溶液を準備する工程;及び前記溶液に必要に応じてさらに有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される少なくとも一種の物質を添加して、当該溶液を冷却することにより再結晶化する工程;を含む、方法である。ここで冷却とは、前記溶液を一旦加熱し、静置等することにより降温すること、又は、前記溶液を、例えば、−80℃から10℃、好ましくは−30℃から10℃に冷やすことを指す。
これらの方法は、組み合わせて行うこともできる。
上記の製造方法において上記シラノール化合物が含まれる溶液から溶媒が留去することにより、又は、当該溶液が冷却されることにより、シラノール化合物間で水素結合による相互作用を生成させることができる。
本発明の一つは、6量体、8量体、及び10量体からなる群より選択される少なくとも1種のシラノール化合物を含む溶液に対する蒸気拡散法により、又は、当該溶液を減圧濃縮することにより、又は、当該溶液を冷却し、溶媒を留去して、水素結合による相互作用を形成する工程を含む、上記シラノール化合物を自己組織化させる方法である。
本発明の結晶が、有機化合物、遷移金属錯体、無機物、元素単体の物質を含む場合、本発明の結晶は、上記のとおり再結晶化により得られた結晶に対し、さらに有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される物質又はその溶液に含浸する方法により製造してもよい。この方法によって、上記の再結晶化により得られた結晶を出発物として、様々な、有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体を含む結晶を得ることができる。
含浸に供する結晶は、本発明の結晶であれば特に制限されず、具体的には、上記シラノール化合物が、前記水素結合を介した相互作用により線形に整列した一次元構造を有する結晶;上記シラノール化合物が、前記水素結合を介した相互作用により平面的に整列した二次元構造を有する結晶;上記シラノール化合物が、前記水素結合を介した相互作用により立体的に整列した三次元構造を有する結晶;のいずれであってもよい。
本明細書において、原料である物質を含有する結晶を結晶(S)と表し、結晶(S)に含まれる少なくとも一部の物質の置換がされた、物質を含有する結晶を結晶(P)と表す。
上記に含浸させる方法によって、結晶(S)中の物質が、含浸させる物質に置換されて結晶(P)となる。この置換は、結晶(S)は、元々、有機化合物、遷移金属錯体、無機物、元素単体の第一の物質と、シラノール化合物とが結晶構造を形成しているところ、ここに有機化合物、遷移金属錯体、無機物、元素単体の第二の物質が、過剰に存在すること、及び/又は、シラノール化合物との親和性がより高いこと等の理由により、第二の物質との結晶構造の形成が優先することにより起こると考えられる。
本発明の一つは、有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される少なくとも一種の物質を含む結晶(P)の製造方法ある。
上記結晶(P)の製造方法は、
下記式(1)で表される6量体、式(2)で表される8量体、及び式(3)で表される10量体からなる群より選択される少なくとも1種のシラノール化合物を複数含み、前記シラノール化合物同士の少なくとも一つのヒドロキシ基による水素結合を介した相互作用を有し、有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される少なくとも一種の第1の物質を含む、結晶(S)を準備する工程;
前記結晶(S)に、有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される少なくとも一種の第2の物質を接触させて、前記結晶(S)に含まれる前記第1の物質の少なくとも一部を前記第2の物質と置換することにより結晶(P)を得る工程;を含む。
ここで、置換後の物質の少なくとも一部は、置換前の物質と異なる物質であることが好ましい。
すなわち、本発明の一つは、式(1)で表される6量体、式(2)で表される8量体、及び式(3)で表される10量体からなる群より選択される少なくとも1種のシラノール化合物を複数含み、前記シラノール化合物同士の少なくとも一つのヒドロキシ基による水素結合を介した相互作用を有し、前記シラノール化合物が線形に整列した一次元構造を有し、有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される少なくとも一種の物質を含む結晶(P)の製造方法であって、
前記式(1)で表される6量体、式(2)で表される8量体、及び式(3)で表される10量体からなる群より選択される少なくとも1種のシラノール化合物を複数含み、前記シラノール化合物同士の少なくとも一つのヒドロキシ基による水素結合を介した相互作用を有し、前記シラノール化合物が線形に整列した一次元構造を有し、有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される少なくとも一種の第1の物質を含む、結晶(S)を準備する工程;
前記結晶(S)に、有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される少なくとも一種の第2の物質を接触させて、前記結晶(S)に含まれる前記第1の物質の少なくとも一部を前記第2の物質と置換することにより結晶(P)を得る工程;を含む、製造方法である。
また、本発明の一つは、式(1)で表される6量体、式(2)で表される8量体、及び式(3)で表される10量体からなる群より選択される少なくとも1種のシラノール化合物を複数含み、前記シラノール化合物同士の少なくとも一つのヒドロキシ基による水素結合を介した相互作用を有し、前記シラノール化合物が平面的に整列した二次元構造を有し、有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される少なくとも一種の物質を含む結晶(P)の製造方法であって、
前記式(1)で表される6量体、式(2)で表される8量体、及び式(3)で表される10量体からなる群より選択される少なくとも1種のシラノール化合物を複数含み、前記シラノール化合物同士の少なくとも一つのヒドロキシ基による水素結合を介した相互作用を有し、前記シラノール化合物が平面的に整列した二次元構造を有し、有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される少なくとも一種の第1の物質を含む、結晶(S)を準備する工程;
前記結晶(S)に、有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される少なくとも一種の第2の物質を接触させて、前記結晶(S)に含まれる前記第1の物質の少なくとも一部を前記第2の物質と置換することにより結晶(P)を得る工程;を含む、製造方法である。
特に、本発明の結晶がナノハニカム状の三次元構造を有し、当該ナノハニカム構造の内部に、有機化合物、遷移金属錯体、無機物、元素単体の物質を含む場合(この場合の結晶を、「物質含有ナノハニカム状結晶」ともいう)、前記再結晶化する方法により製造した結晶を、有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される物質又はその溶液に含浸することにより製造する方法が好ましく適用できる。上述した再結晶化する工程を含む製造方法により、物質含有ナノハニカム状結晶を製造する場合、物質の種類によってはナノハニカム構造の内部に包摂させることが困難である場合がある。一方、物質を含浸させる方法では、原料である物質含有ナノハニカム状結晶に元々含まれる、有機化合物、遷移金属錯体、無機物、元素単体の物質を、含浸させる物質と容易に置換させることができ、その結果、ナノハニカム構造の内部に包摂させることが困難である物質を含むナノハニカム状結晶を製造することができる。
したがって、本発明の一つは、ナノハニカム状の三次元構造を有し、当該ナノハニカム構造の内部に、有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される少なくとも一種の物質を含む結晶(P)の製造方法である。
上記結晶(P)の製造方法は、
前記式(1)で表される6量体、式(2)で表される8量体、及び式(3)で表される10量体からなる群より選択される少なくとも1種のシラノール化合物を複数含み、前記シラノール化合物同士の少なくとも一つのヒドロキシ基による水素結合を介した相互作用を有し、前記シラノール化合物が、前記水素結合を介した相互作用により立体的に整列した三次元構造を有し、有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される少なくとも一種の第1の物質を含む、結晶(S)を準備する工程;
前記結晶(S)に、有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される少なくとも一種の第2の物質を接触させて、前記結晶(S)に含まれる前記第1の物質の少なくとも一部を前記第2の物質と置換することにより結晶(P)を得る工程;を含む。
ここで本発明における置換をする工程は、2回以上行ってもよい。例えば、2回の置換をする工程を行う場合、第1の置換をする工程により第1の物質が第2の物質に置換され、第2の置換をする工程により第2の物質が第3の物質に置換される。
結晶(S)は、例えば、上述した結晶の製造方法、具体的には、前記式(1)で表される6量体、式(2)で表される8量体、及び式(3)で表される10量体からなる群より選択される少なくとも1種の化合物を含む溶液を準備する工程;及び前記溶液に、必要に応じて有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される少なくとも一種の物質を添加して、当該溶液に対する蒸気拡散法により、又は、当該溶液を減圧濃縮することにより、又は、前記溶液を冷却することにより再結晶化する工程;を含む製造方法により準備すればよい。結晶(S)は、前記式(1)で表される6量体、式(2)で表される8量体、及び式(3)で表される10量体からなる群より選択される少なくとも1種の化合物を含む溶液を準備する工程;及び前記溶液に、前記第1の物質を添加して、当該溶液に対する蒸気拡散法により、又は、当該溶液を減圧濃縮することにより、又は、前記溶液を冷却することにより再結晶化する工程;を含む製造方法により準備することが好ましい。
結晶(S)は、再結晶化する工程を含む製造方法により得られた結晶をそのまま用いてもよく、また、上記の再結晶化の工程における配列しなかったシラノール化合物、及び/又は、後述する6量体、8量体、及び10量体のシラノール化合物の製造時の試薬等を除くために、溶媒を用いて洗浄した後の結晶を用いてもよい。
溶媒としては、特に限定されないが、例えば、アセトニトリル、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、tert−ブチルエチルエーテル、フラン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、1,3−ジオキソラン、1,4−ジオキサン、ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、テトラエチル尿素、酢酸エチル、アセトン、2−ブタノン、ベンゼン、トルエン、シクロヘキサン、ヘキサン等が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
溶媒として、テトラヒドロフラン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジメチルアセトアミド、ジメチル尿素等の極性溶媒を用いる場合、結晶の溶解を抑制するために、使用量を抑えるよう適宜調整することが好ましい。また、洗浄力を維持しながら、結晶の溶解を抑制するために、上記極性溶媒とその他の溶媒とを任意の割合で配合して用いてもよい。
洗浄は、具体的には、再結晶化する工程を含む製造方法により得られた結晶を溶媒と接触させた後、液体と結晶とを分離することにより行うことができる。
結晶(S)に接触させる、有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体は、液体であっても固体であってもよい。有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体が固体である場合、固体を溶媒に溶解させた溶液を用いて、結晶(S)に接触させることが好ましい。また、このとき溶媒は、三次元結晶のナノハニカム状構造の細孔径よりも嵩高い溶媒を用いることが好ましい。上記嵩高い溶媒を用いることにより、結晶(S)に含まれる物質からの置換が容易に起こる傾向にある。
6量体、8量体、及び10量体のシラノール化合物は、有機合成手法により製造することができる。具体的には、以下のとおり製造することができる。
6量体、8量体、及び10量体のシラノール化合物は、それぞれ、下記式(1’)、(2’)、又は(3’)で表される構造を有するケイ酸塩(以下、「ケイ酸塩」と略す場合がある。)と、ジメチルスルホキシド(DMSO)中における酸解離定数pK(以下、「pK(DMSO)」と略す場合がある。)が−1〜20である酸性化合物(以下、「酸性化合物」と略す場合がある。)を反応させて、下記式(c)で表される構造を有するシラノール化合物を生成するプロトン交換工程(以下、「プロトン交換工程」と略す場合がある。)を含む、製造方法により好適に製造することができる。
下記式(1’)、(2’)、及び(3’)で表される構造を有するケイ酸塩は、有機合成手法により製造してもよく、市販品として入手することもできる。
Figure 2020085403
pK(DMSO)は、DMSO中における酸性化合物の25℃での酸解離平衡の各成分の濃度から算出される公知の数値を意味する。具体的には下記式で算出される数値Kを常用対数化した数値である。
Figure 2020085403
ケイ酸塩におけるQとしては、例えば、リチウムイオン(Li)、ナトリウムイオン(Na)、カリウムイオン(K)等のアルカリ金属イオン、マグネシウムイオン(Mg2+)、カルシウムイオン(Ca2+)等のアルカリ土類金属イオン、鉄(III)イオン(Fe3+)、銅(II)イオン(Cu2+)、亜鉛イオン(Zn2+)等の遷移金属イオン、アンモニウムイオン(NH )、テトラメチルアンモニウムイオン(NMe )、エチルトリメチルアンモニウムイオン(NEtMe )、ジエチルジメチルアンモニウムイオン(NEtMe )、トリエチルメチルアンモニウムイオン(NEtMe)、テトラエチルアンモニウムイオン(NEt )、テトラプロピルアンモニウムイオン(NPr )、テトラブチルアンモニウムイオン(NBu )等のアンモニウムイオン等が挙げられる。これらの中でも、ナトリウムイオン(Na)、カリウムイオン(K)、テトラメチルアンモニウムイオン(NMe )、テトラエチルアンモニウムイオン(NEt )、エチルトリメチルアンモニウムイオン(NEtMe )が好ましい。
酸性化合物は、pK(DMSO)が−1〜20である化合物であり、pK(DMSO)は、好ましくは0以上、より好ましくは1以上、さらに好ましくは3以上であり、好ましくは16以下、より好ましくは14以下、さらに好ましくは8以下である。上記範囲内であると、シラノール化合物が効率良く製造できる。酸性化合物は、pK(DMSO)が−1〜20であれば、具体的な構造等は特に限定されない。
酸性化合物としては、硝酸(pK(DMSO)が1.4)、硫酸(pK1(DMSO)が1.4、pK2(DMSO)が14.7)、塩酸(pK(DMSO)が2.1)、リン酸(pK1(DMSO)が1.83、pK2(DMSO)が6.43、pK3(DMSO)が11.46)等の無機酸、又は酢酸若しくは下記式(b−1)〜(b−5)で表される構造を有する化合物からなる群より選択される少なくとも1種である有機酸が挙げられる。
Figure 2020085403
(式(b−1)〜(b−5)中、Xはそれぞれ独立して酸素原子、硫黄原子、又はアミノ基(−NR−)を、Rは水素原子又は炭素原子数1〜14の炭化水素基を、Rはそれぞれ独立して水素原子又は炭素原子数1〜14の炭化水素基を表す。)
なお、式(b−2)〜(b−5)中の波線は、その先が任意の構造であることを意味する。例えば、酸性化合物は、反応に関与しない官能基等を含んでいてもよい。したがって、例えば、式(b−4)で表される構造を有する酸性化合物は、下記式のマロン酸ジメチルのように、Xに該当する酸素原子の先にメチル基のような炭化水素基を含む化合物であってもよい。また、例えば式(b−4)で表される構造を有する酸性化合物は、下記式のメルドラム酸のように、Xに該当する酸素原子の先の炭化水素基が結合して、環状構造を形成している化合物であってもよい。
Figure 2020085403
反応媒体であるN,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)及び/又はメタノール(MeOH)等の中で、有機酸を用いたプロトン交換反応を行うと、生成するアンモニウム塩が反応媒体に溶解する。このため、カラム精製等によって副生成物であるアンモニウム塩を分離する必要がある。一方、反応媒体であるテトラヒドロフラン(THF)等の中で、無機酸を用いたプロトン交換反応を行うと、生成するアンモニウム塩は反応媒体に溶解しない。このため、フィルター濾過等の簡易な分離手段によりアンモニウム塩の分離ができ、濾液であるシラノール化合物溶液が得られる。したがって、酸性化合物は無機酸であることが好ましい。
無機酸の中でも、硝酸、硫酸、塩酸、リン酸が好ましく、硝酸又は硫酸が特に好ましい。硝酸イオン、硫酸水素イオン、及び硫酸イオンは、シラノール化合物との相互作用(水素結合等)が弱く、シラノール化合物と副生するアンモニウム塩が反応媒体に不溶な複合体を形成しにくいからである。一方、塩化物イオン、リン酸二水素イオン、リン酸水素イオン、及びリン酸イオンは、シラノール化合物との相互作用(水素結合等)が強い。このため、塩酸又はリン酸を用いたプロトン交換では、シラノール化合物とアンモニウム塩が反応媒体に不溶な複合体を形成するときがあり、目的のシラノール化合物の収率が少し下がることがある。
Xであるアミノ基(−NR−)としては第二級アミノ基(−NH−)等が挙げられる。Xは酸素原子であることが特に好ましい。Rが炭化水素基である場合の炭素原子数は、好ましくは6以下、より好ましくは5以下、さらに好ましく4以下である。Rとしては、水素原子、メチル基(−Me)、エチル基(−Et)、n−プロピル基(−Pr)、i−プロピル基(−Pr)、n−ブチル基(−Bu)、フェニル基(−Ph)等が挙げられるが、水素原子であることが好ましい。
が炭化水素基である場合の炭素原子数は、好ましくは5以下、より好ましくは4以下、さらに好ましくは3以下である。Rとしては、水素原子、メチル基(−Me)、エチル基(−Et)、n−プロピル基(−Pr)、i−プロピル基(−Pr)、n−ブチル基(−Bu)等が挙げられるが、水素原子であることが好ましい。
式(b−4)で表される酸性化合物としては、下記式(b−4−1)で表される酸性化合物が挙げられる。式(b−5)で表される酸性化合物としては、下記式(b−5−1)で表される酸性化合物が挙げられる。
Figure 2020085403
(式(b−4−1)及び(b−5−1)中、Rは水素原子又は炭素原子数1〜14の炭化水素基を、Rは炭素原子数1〜14の2価の炭化水素基を表す。)
としてはメチレン基(−CH−)、エチレン基(−CHCH−)、n−プロピレン基(−CHCHCH−)、ジメチルメチレン基(−C(CH−)、i−プロピレン基(−CH(CH)CH−)等が挙げられる。
酸性化合物としては、酢酸(pK(DMSO)が12.6)、安息香酸(pK(DMSO)が11.1)、メルドラム酸(pK(DMSO)が7.3)、メルドラム酸誘導体、ジメドン(pK(DMSO)が11.2)、ジメドン誘導体、アセチルアセトン(pK(DMSO)が13.3)、アセチルアセトン誘導体等が挙げられる(下記式参照)。
Figure 2020085403
酸性化合物として、メルドラム酸のような低分子化合物、又は樹脂等の有機固体材料若しくはシリカ、カーボン等の無機固体材料に式(b−2)〜(b−5)で表される化合物が導入されたものが利用できる。酸性化合物がこのような固体であると、カラムに充填してイオン交換樹脂のように利用することができる。このため、シラノール化合物を非常に効率良く製造できる。
特に酸性化合物は、式(b−2)〜(b−5)からなる群より選択される少なくとも1種の構造を有する樹脂であることが好ましく、プロトン交換工程を行った後、塩酸等の酸性水溶液にさらすことによって、酸性化合物として再生できるものであることが好ましい。
プロトン交換工程における酸性化合物の使用量は、ケイ酸塩に対して物質量換算で、通常1倍以上、好ましくは1.05倍以上、より好ましくは1.1倍以上であり、通常50倍以下、好ましくは20倍以下、より好ましくは5倍以下である。上記範囲内であると、シラノール化合物を効率良く製造できる。
プロトン交換工程における反応は液体中で行われることが好ましい。このような液体としては、テトラヒドロフラン(THF)、テトラヒドロピラン、ジオキサン、ジエチルエーテル(EtO)、ジメチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジフェニルエーテル、メチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル系液体、メタノール、エタノール、n−プロパノール、i−プロパノール等のアルコール系液体、ホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)、尿素、テトラメチル尿素等のアミド系液体、酢酸エチル、酢酸n−アミル、乳酸エチル等のエステル系液体、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、テトラクロロエタン、ヘキサクロロエタン等のハロゲン系液体、アセトン、メチルエチルケトン、フェニルメチルケトン、DMSO、水等が挙げられる。なお、液体は、1種類に限られず、2種類以上を組み合せてもよい。
プロトン交換工程における液体の使用量は、ケイ酸塩の含有量が0.005〜0.04mol/Lとなる量であることが好ましい。このケイ酸塩の含有量であると、シラノール化合物を効率良く製造できるからである。プロトン交換工程における反応温度は、通常−80℃以上、好ましくは0℃以上、より好ましくは20℃以上であり、通常200℃以下、好ましくは70℃以下、より好ましくは40℃以下である。プロトン交換工程における反応時間は、通常48時間以下、好ましくは24時間以下、より好ましくは8時間以下、特に好ましくは1時間以下である。上記範囲内であると、シラノール化合物を効率良く製造できる。
6量体、8量体、又は10量体のシラノール化合物の製造方法は、プロトン交換工程以外の工程を含んでいてもよい。プロトン交換工程以外の具体的な工程としては、プロトン交換工程で得られた生成物にアンモニウム塩を添加するアンモニウム塩添加工程(以下、「アンモニウム塩添加工程」と略す場合がある。)、プロトン交換工程で得られた生成物又はアンモニウム塩添加工程で得られた生成物を凍結させて、減圧下にさらす凍結乾燥工程(以下、「凍結乾燥工程」と略す場合がある。)が挙げられる。
(アンモニウム塩添加工程)
アンモニウム塩の種類、使用量等は特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。なお、「アンモニウム塩」とは、アンモニウムイオンと対アニオンからなる化合物を意味し、アンモニウムイオンと対アニオンの構造は特に限定されない。アンモニウム塩の添加によって、シラノール化合物の縮合が抑えられると考えられる。アンモニウムイオンとしては、テトラヒドロアンモニウムイオン(NH )、テトラメチルアンモニウムイオン(NMe )、テトラプロピルアンモニウムイオン(NPr )、テトラブチルアンモニウムイオン(NBu )、ベンジルトリブチルアンモニウムイオン(NBnBu )、トリブチル(メチル)アンモニウム(NBuMe)イオン、テトラペンチルアンモニウムイオン(NPen )、テトラへキシルアンモニウムイオン(NHex )、テトラヘプチルアンモニウムイオン(NHep )、1−ブチル−1メチルピロリジウムイオン(BuMePyr)、メチルトリオクチルアンモニウムイオン(NMeOct )、ジメチルジオクタデシルアンモニウムイオン、メルドラム酸−テトラメチルアンモニウム塩等が挙げられる。
対アニオンとしては、フッ化物イオン(F)、塩化物イオン(Cl)、臭化物イオン(Br)、ヨウ化物イオン(I)、アセトキシイオン(AcO)、硝酸イオン(NO )、アジ化物イオン(N )、テトラフルオロホウ酸イオン(BF )、過塩素酸イオン(ClO )、硫酸イオン(SO )等が挙げられる。
アンモニウム塩は、テトラブチルアンモニウムクロリド(NBuCl)、テトラブチルアンモニウムブロミド(NBuBr)、テトラペンチルアンモニウムクロリド(NPenCl)、メルドラム酸−テトラメチルアンモニウム塩、ジメチルジオクタデシルアンモニウムクロリドであることが特に好ましい。なお、組成物に含まれるアンモニウム塩は、1種類に限られず、2種類以上含んでいてもよい。アンモニウム塩の使用量は、シラノール化合物に対して物質量換算で、1〜4倍であることが好ましい。
(凍結乾燥工程)
凍結乾燥工程における凍結温度、乾燥温度、乾燥圧力、乾燥時間等は特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。凍結温度は、プロトン交換工程で得られた生成物又はアンモニウム塩添加工程で得られた生成物が凍結する温度であれば特に限定されないが、通常10℃以下、好ましくは0℃以下、より好ましくは−20℃以下であり、通常−196℃以上、好ましくは−150℃以上、より好ましくは−100℃以上である。
乾燥温度は、通常10℃以下、好ましくは0℃以下、より好ましくは−20℃以下であり、通常−196℃以上、好ましくは−150℃以上、より好ましくは−100℃以上である。乾燥圧力は、通常100Pa以下、好ましくは20Pa以下、より好ましくは3Pa以下であり、通常10−5Pa以上、好ましくは0.01Pa以上、より好ましくは1Pa以上である。乾燥時間は、通常200時間以下、好ましくは100時間以下、より好ましくは50時間以下であり、通常1時間以上、好ましくは5時間以上、より好ましくは10時間以上である。
本発明の結晶を製造する際、再結晶の工程における水素結合の形成を制御することにより、所望の一次元構造、二次元構造又は三次元構造を得ることができる。
水素結合の形成を制御する方法としては、例えば、シラノール化合物を溶解させる溶媒の種類を選択する方法、再結晶化させる際の温度を制御する方法、溶媒を除去する際の減圧度を制御する方法、溶媒以外に、有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される物質、好ましくは有機化合物を添加する方法等が挙げられる。これらの制御する方法の中でも、好ましくはシラノール化合物を溶解させる溶媒の種類を選択する方法である。
特に、溶媒としてシラノール化合物との水素結合能が低い溶媒を用いることにより、シラノール化合物と溶媒分子との水素結合の形成が抑えられ、シラノール化合物同士の水素結合の形成が促進されるように制御される。溶媒は、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、tert−ブチルエチルエーテル、フラン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、1,3−ジオキソラン、1,4−ジオキサン、ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、テトラエチル尿素等から適宜選択すればよく、これらは1種単独で用いても2種以上を混合して用いてもよい。また、溶媒を2種以上の混合溶媒とし、2種の混合比率を変えることによっても、シラノール化合物と溶媒分子との水素結合の形成の程度を調整することができ、所望の一次元構造、二次元構造又は三次元構造を製造することができる。
次に、本発明を実施例によりさらに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]Q(一次元(ロッド状)構造)(テトラメチル尿素添加)
オクタキス(テトラメチルアンモニウム)ペンタシクロ[9.5.1.13,9.15,15.17,13.]オクタシロキサン−1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15−オクタキス(イルオキシド)水和物(CAS番号69667−29−4(以下、「Q(TMA)・nHO」と略す場合がある。))、Q(TMA)・48.7HO、8.062g(4.00mmol)をTHF150mLに懸濁させた分散液に硝酸3.04mL(48.04mmol)を加え、30分間攪拌することで懸濁液を得た。この懸濁液をフィルター濾過(THF50mLで洗浄)した。
濾液にテトラメチル尿素20mLを加えてから減圧留去して濃縮し、貧溶媒法(蒸気拡散)により室温にて再結晶化することで、組成式Si20(式(2)で表される化合物であり、以下、「Q」と略す場合がある。)を54.3質量%含む組成物である無色固体(柱状結晶)を収率90%(3.663g)で単離した(H−NMR(DMF−d):7.72ppm、29Si−NMR(DMF−d):−100.0ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、1分子のQに対し4分子のテトラメチル尿素の構成が集合してなる結晶構造であり、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された一次元(ロッド状)構造であることが明らかになった。
単結晶X線結晶構造解析から決定された結晶構造を図2に示す。なお、図2に示す結晶構造において、水素原子は省略する。
[実施例2]Q(一次元(ラダー状)構造)
(TMA)・48.7HO、2.016g(1.00mmol)をテトラヒドロフラン40mLに懸濁させた分散液に硝酸0.76mL(12.01mmol)を加え、30分間攪拌することで懸濁液を得た。この懸濁液をフィルター濾過(THF10mLで洗浄)した。
濾液にN,N−ジメチルアセトアミド10mLを加えてから減圧留去して濃縮し、貧溶媒法により−5℃にて再結晶化することで、QとN,N−ジメチルアセトアミドを含む組成物である無色固体で単離した。続いて、得られた結晶20mgをテトラヒドロフラン1.00mLに溶かし、不溶物をフィルター濾過にて分離した。この溶液を−30℃にて再結晶化することにより、Qを68.4質量%含む無色固体(角柱状結晶)を収率20%(3.180mg)で単離した(H−NMR(DMF−d):7.72ppm、29Si−NMR(DMF−d):−100.0ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、1分子のQに対し1分子のN,N−ジメチルアセトアミドと2分子のテトラヒドロフランの構成が集合してなる結晶構造であり、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された一次元(ラダー状)構造であることが明らかになった。
[実施例3]Q(二次元(シート状)構造)
(TMA)・48.7HO、8.062g(4.00mmol)をTHF150mLに懸濁させた分散液に硝酸3.04mL(48.04mmol)を加え、30分間攪拌することで懸濁液を得た。この懸濁液をフィルター濾過(THF50mLで洗浄)した。
濾液にジエチレングリコールジメチルエーテル30mLを加えてから減圧留去して濃縮し、その後、ジエチルエーテルを貧溶媒とした貧溶媒法(蒸気拡散)により室温にて再結晶化することで、Qを78.9質量%含む組成物である無色固体(板状結晶)を収率88%(2.467g)で単離した(H−NMR(DMF−d):7.73ppm、29Si−NMR(DMF−d):−99.8ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、1分子のQと、2分子のジエチルエーテル(EtO)の構成が集合してなる結晶構造であり、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された二次元(シート状)構造であることが明らかになった。
単結晶X線結晶構造解析から決定された結晶構造を図3に示す。なお、図3に示す結晶構造において、水素原子は省略する。
[実施例4]Q(二次元(シート状)構造)(ジエチレングリコールジメチルエーテル(ジグリム)添加)
(TMA)・48.7HO、8.062g(2.00mmol)をTHF75mLに懸濁させた分散液に硝酸1.52mL(24.02mmol)を加え、30分間攪拌することで懸濁液を得た。この懸濁液をフィルター濾過(THF25mLで洗浄)した。
濾液にジエチレングリコールジメチルエーテル20mLを加えた。この溶液を40℃、減圧度267Pa(2torr)の条件下で濃縮することで、Qを80.5質量%含む組成物である無色固体(針状結晶)を収率60%(0.824g)で単離した(H−NMR(DMF−d):7.42ppm、29Si−NMR(DMF−d):−100.1ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された二次元(シート状)構造であることが明らかになった。H−NMR分析より、Qとジグリムとが集合してなる結晶構造であることが確認された。なお、ジグリムは秩序正しく結晶構造に含まれていなかったため、結晶構造単位におけるQとジグリムとの分子数比は算出しなかった。
[実施例5]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)
(TMA)・48.7HO、8.062g(4.00mmol)をTHF150mLに懸濁させた分散液に硝酸3.04mL(48.04mmol)を加え、30分間攪拌することで懸濁液を得た。この懸濁液をフィルター濾過(THF50mLで洗浄)した。
濾液を5℃、減圧度6666Pa(50torr)の条件下で濃縮することで、Qを79.3質量%含む組成物である無色固体(板状結晶)を収率86%(2.397g)で単離した(H−NMR(DMF−d):7.73ppm、29Si−NMR(DMF−d):−100.1ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、1分子のQと、2分子のTHFの構成が集合してなる結晶構造であり、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。
単結晶X線結晶構造解析から決定された結晶構造を図4に示す。なお、図4に示す結晶構造において、水素原子は省略する。
[実施例6]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(1,4−ベンゾキノン添加)
(TMA)・48.7HO、4.031g(2.00mmol)をTHF75mLに懸濁させた分散液に硝酸1.52mL(24.02mmol)を加え、30分間攪拌することで懸濁液を得た。この懸濁液をフィルター濾過(THF25mLで洗浄)した。
この濾液の中に1,4−ベンゾキノン0.648g(6.00mmol)を加え溶かした。この溶液を5℃、減圧度6666Pa(50torr)の条件下で濃縮することで、Qを71.9質量%含む組成物である橙色固体(針状結晶)を収率52%(0.795g)で単離した(H−NMR(DMF−d):7.68ppm、29Si−NMR(DMF−d):−100.1ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、1分子のQと、2分子の1,4−ベンゾキノンの構成が集合してなる結晶構造であり、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。
[実施例7]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(ジメトキシエタン添加)
(TMA)・48.7HO、4.031g(2.00mmol)をTHF75mLに懸濁させた分散液に硝酸1.52mL(24.02mmol)を加え、30分間攪拌することで懸濁液を得た。この懸濁液をフィルター濾過(THF25mLで洗浄)した。
濾液にジメトキシエタン40mLを加えた。この溶液を5℃、減圧度2666Pa(20torr)の条件下で濃縮することで、Qを86.0質量%含む組成物である無色固体(針状結晶)を収率85%(1.093g)で単離した(H−NMR(DMF−d):7.28ppm、29Si−NMR(DMF−d):−100.1ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。H−NMR分析より、Qとジメトキシエタンとが集合してなる結晶構造であることが確認された。なお、ジメトキシエタンは秩序正しく結晶構造に含まれていなかったため、結晶構造単位におけるQとジメトキシエタンとの分子数比は算出しなかった。
[実施例8]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(フェロセン添加)
(TMA)・48.7HO、8.062g(4.00mmol)をTHF150mLに懸濁させた分散液に硝酸3.04mL(48.04mmol)を加え、30分間攪拌することで懸濁液を得た。この懸濁液をフィルター濾過(THF50mLで洗浄)した。
この濾液の中にフェロセン0.372g(2.00mmol)を加え溶かした。この溶液を25℃、減圧度15999Pa(120torr)の条件下で濃縮することで、Qを74.8質量%含む組成物である緑色固体(柱状結晶)を収率57%(1.687g)で単離した(H−NMR(DMF−d):7.74ppm、29Si−NMR(DMF−d):−100.1ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、1分子のQと、1分子のフェロセンの構成が集合してなる結晶構造であり、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。
[実施例9]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(ニッケロセン添加)
(TMA)・48.7HO、8.062g(2.00mmol)をTHF75mLに懸濁させた分散液に硝酸1.52mL(24.02mmol)を加え、30分間攪拌することで懸濁液を得た。この懸濁液をフィルター濾過(THF25mLで洗浄)した。
この濾液の中にニッケロセン0.378g(2.00mmol)を加え溶かした。この溶液を5℃、減圧度6666Pa(50torr)の条件下で濃縮することで、Qを74.5質量%含む組成物である緑色固体(柱状結晶)を収率52%(0.768g)で単離した(H−NMR(DMF−d):7.73ppm、29Si−NMR(DMF−d):−100.2ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、1分子のQと、1分子のニッケロセンの構成が集合してなる結晶構造であり、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。
[実施例10]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(ルテノセン添加)
(TMA)・48.7HO、2.016g(1.00mmol)をTHF37.5mLに懸濁させた分散液に硝酸0.76mL(12.01mmol)を加え、30分間攪拌することで懸濁液を得た。この懸濁液をフィルター濾過(THF12.5mLで洗浄)した。
この濾液の中にルテノセン0.231g(1.00mmol)を加え溶かした。この溶液を5℃、減圧度6666Pa(50torr)の条件下で濃縮することで、Qを70.5質量%含む組成物である赤色固体(柱状結晶)を単離した(29Si−NMR(DMF−d):−100.0ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、1分子のQと、1分子のルテノセンの構成が集合してなる結晶構造であり、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。
[実施例11]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(チオフェン添加)
(TMA)・48.7HO、4.031g(2.00mmol)をTHF75mLに懸濁させた分散液に硝酸1.52mL(24.02mmol)を加え、30分間攪拌することで懸濁液を得た。この懸濁液をフィルター濾過(THF25mLで洗浄)した。
この濾液の中にチオフェン8mL(101.5mmol)を加え混合した。この溶液を5℃、減圧度4666Pa(35torr)の条件下で濃縮することで、Qを76.7質量%含む組成物である無色固体(柱状結晶)を収率55%(0.793g)で単離した(H−NMR(DMF−d):6.50ppm、29Si−NMR(DMF−d):−100.1ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、1分子のQと、2分子のチオフェンの構成が集合してなる結晶構造であり、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。
[実施例12]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(ベンゼン添加)
(TMA)・48.7HO、8.062g(4.00mmol)をTHF150mLに懸濁させた分散液に硝酸3.04mL(48.04mmol)を加え、30分間攪拌することで懸濁液を得た。この懸濁液をフィルター濾過(THF50mLで洗浄)した。
この濾液の中にベンゼン70mL(787.7mmol)を加え混合した。この溶液を5℃、減圧度4666Pa(35torr)の条件下で濃縮することで、Qを78.0質量%含む組成物である無色固体(柱状結晶)を収率79%(2.245g)で単離した(H−NMR(DMF−d):7.73ppm、29Si−NMR(DMF−d):−100.1ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、1分子のQと、2分子のベンゼンの構成が集合してなる結晶構造であり、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。
[実施例13]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(1,4−ベンゾキノン及びベンゼン添加)
(TMA)・48.7HO、4.031g(2.00mmol)をTHF75mLに懸濁させた分散液に硝酸1.52mL(24.02mmol)を加え、30分間攪拌することで懸濁液を得た。この懸濁液をフィルター濾過(THF25mLで洗浄)した。
この濾液の中に1,4−ベンゾキノン0.216g(2.00mmol)とベンゼン35mL(393.9mmol)を加え混合した。この溶液を5℃、減圧度6000Pa(45torr)の条件下で濃縮することで、Qを74.8質量%含む組成物である淡黄色固体(柱状結晶)を収率74%(1.090g)で単離した(H−NMR(DMF−d):7.73ppm、29Si−NMR(DMF−d):−100.1ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、1分子のQと、1分子の1,4−ベンゾキノンと、1分子のベンゼンの構成が集合してなる結晶構造であり、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。
[実施例14]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(1,4−ベンゾキノン及びチオフェン添加)
(TMA)・48.7HO、4.031g(2.00mmol)をTHF75mLに懸濁させた分散液に硝酸1.52mL(24.02mmol)を加え、30分間攪拌することで懸濁液を得た。この懸濁液をフィルター濾過(THF25mLで洗浄)した。
この濾液の中に1,4−ベンゾキノン0.216g(2.00mmol)とチオフェン10mL(126.9mmol)を加え混合した。この溶液を5℃、減圧度4666Pa(35torr)の条件下で濃縮することで、Qを74.2質量%含む組成物である淡黄色固体(柱状結晶)を収率78%(1.158g)で単離した(H−NMR(DMF−d):7.73ppm、29Si−NMR(DMF−d):−100.1ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、1分子のQと、1分子の1,4−ベンゾキノンと、1分子のチオフェンの構成が集合してなる結晶構造であり、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。
[実施例15]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(ドデカン含有組成物)
(TMA)・48.7HO、8.062g(4.00mmol)をTHF150mLに懸濁させた分散液に硝酸3.04mL(48.04mmol)を加え、30分間攪拌することで懸濁液を得た。この懸濁液をフィルター濾過(THF50mLで洗浄)した。
この濾液の中にベンゼン70mL(787.7mmol)を加え混合した。この溶液を5℃、減圧度4666Pa(35torr)の条件下で濃縮することで、Qを78.0質量%含む組成物である無色固体(柱状結晶)を単離した。この無色固体をアセトニトリル40mLの中に移し、室温で6時間静置したのち液体(アセトニトリル)と無色固体とを分離した。この操作を3回行った(合計使用量120mL)。
得られた無色固体にベンゼン40mLを加え、室温で6時間静置したのち液体(ベンゼン)と無色固体とを分離した。この操作を2回行った(合計使用量80mL)。
得られた無色固体にドデカン20mLを加え、室温で6時間静置したのち液体(ドデカン)と無色固体とを分離した。この操作を3回行うこと(合計使用量60mL)で、Qを73.2質量%含む組成物である無色固体(柱状結晶)を収率71%(2.142g)で単離した(H−NMR(DMF−d):7.72ppm、29Si−NMR(DMF−d):−100.1ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。H−NMR分析より、Qとドデカンとが集合してなる結晶構造であることが確認された。なお、ドデカンは秩序正しく結晶構造に含まれていなかったため、結晶構造単位におけるQとドデカンとの分子数比は算出しなかった。
[実施例16]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(ヘキサン含有組成物)
実施例15におけるドデカンをヘキサンに変更したこと以外は同様の操作によって、Qを92.1質量%含む組成物である無色固体(柱状結晶)を1.680gで単離した(H−NMR(DMSO−d):7.50ppm、29Si−NMR(DMF−d):−100.6ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。H−NMR分析より、Qとヘキサンとが集合してなる結晶構造であることが確認された。なお、ヘキサンは秩序正しく結晶構造に含まれていなかったため、結晶構造単位におけるQとヘキサンとの分子数比は算出しなかった。
[実施例17]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(ベンゼン含有組成物)
実施例15に準拠する方法により調製して得られた、63.7質量%のQドデカン組成物0.868g(1.000mmol)にベンゼン5.0mL(56.3mmol)を加え、室温で48時間静置した。液体(ベンゼン)を取り除くことで、Qを78.0質量%含む組成物である無色固体(柱状結晶)を0.709gで単離した(H−NMR(DMF−d):7.73ppm、29Si−NMR(DMF−d):−100.1ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、1分子のQと、2分子のベンゼンの構成が集合してなる結晶構造であり、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。
[実施例18]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(チオフェン含有組成物)
実施例15に準拠する方法により調製して得られた、63.7質量%のQドデカン組成物0.868g(1.000mmol)にチオフェン5.0mL(63.5mmol)を加え、室温で48時間静置した。液体(チオフェン)を取り除くことで、Qを76.7質量%含む組成物である無色固体(柱状結晶)を0.721gで単離した(H−NMR(DMF−d):7.73ppm、29Si−NMR(DMF−d):−100.1ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、1分子のQと、2分子のチオフェンの構成が集合してなる結晶構造であり、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。
[実施例19]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(セレノフェン含有組成物)
実施例15に準拠する方法により調製して得られた、63.7質量%のQドデカン組成物0.868g(1.000mmol)にセレノフェン2.5mL(30.9mmol)を加え、室温で48時間静置した。液体(セレノフェン)を取り除くことで、Qを56.1質量%含む組成物である淡黄色固体(柱状結晶)を0.985gで単離した(H−NMR(DMF−d):7.72ppm、29Si−NMR(DMF−d):−100.0ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、1分子のQと、2分子のセレノフェンの構成が集合してなる結晶構造であり、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。
[実施例20]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(セレノフェン含有組成物)
実施例15に準拠する方法により調製して得られた、63.7質量%のQドデカン組成物0.868g(1.000mmol)に、1,3,5−トリイソプロピルベンゼン5.0mL及びセレノフェン0.486mL(6.012mmol)を含む溶液を加え、室温で72時間静置した。液体(セレノフェン/1,3,5−トリイソプロピルベンゼン溶液)を取り除くことで、Qを56.1質量%含む組成物である淡黄色固体(柱状結晶)を0.985gで単離した(H−NMR(DMF−d):7.72ppm、29Si−NMR(DMF−d):−100.0ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、1分子のQと、2分子のセレノフェンの構成が集合してなる結晶構造であり、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。
[実施例21]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(1,4−シクロヘキサジエン含有組成物)
実施例15に準拠する方法により調製して得られた、63.7質量%のQドデカン組成物0.868g(1.000mmol)に1,3,5−トリイソプロピルベンゼン5.0mL及び1,4−シクロヘキサンジエン0.935mL(10.00mmol)を含む溶液を加え、室温で72時間静置した。液体(1,4−シクロヘキサジエン/1,3,5−トリイソプロピルベンゼン溶液)を取り除くことで、Qを77.0質量%含む組成物である無色固体(柱状結晶)を0.718gで単離した(H−NMR(DMSO−d):7.50ppm、29Si−NMR(DMSO−d):−100.6ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、1分子のQと、2分子の1,4−シクロヘキサジエンの構成が集合してなる結晶構造であり、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。
[実施例22]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(1,4−ベンゾキノン含有組成物)
実施例15に準拠する方法により調製して得られた、63.7質量%のQドデカン組成物0.868g(1.000mmol)に1,3,5−トリイソプロピルベンゼン40.0mL及び1,4−ベンゾキノン0.649g(6.000mmol)を含む溶液を加え、室温で72時間静置した。液体(1,4−ベンゾキノン/1,3,5−トリイソプロピルベンゼン溶液)を取り除くことで、Qを70.6質量%含む組成物である赤橙色固体(柱状結晶)を0.782gで単離した(H−NMR(DMF−d):7.73ppm、29Si−NMR(DMF−d):−99.8ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、1分子のQと、2分子の1,4−ベンゾキノンの構成が集合してなる結晶構造であり、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。
[実施例24]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(フェロセン含有組成物)
実施例15に準拠する方法により調製して得られた、63.7質量%のQドデカン組成物0.868g(1.000mmol)に1,3,5−トリイソプロピルベンゼン10.0mL及びフェロセン0.558g(3.000mmol)を含む溶液を加え、40℃で96時間静置した。液体(フェロセン/1,3,5−トリイソプロピルベンゼン溶液)を取り除くことで、Qを69.4質量%含む組成物である深緑色固体(柱状結晶)を0.796gで単離した(H−NMR(DMSO−d):7.51ppm、29Si−NMR(DMSO−d):−100.0ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、1分子のQと、1分子のフェロセンの構成が集合してなる結晶構造であり、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。
[実施例25]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(ルテノセン含有組成物)
実施例15に準拠する方法により調製して得られた、63.7質量%のQドデカン組成物0.868g(1.000mmol)に1,3,5−トリイソプロピルベンゼン80mL及びルテノセン0.463g(2.000mmol)を含む溶液を加え、40℃で72時間静置した。液体(ルテノセン/1,3,5−トリイソプロピルベンゼン溶液)を取り除くことで、Qを73.6質量%含む組成物である固体(柱状結晶)を0.750gで単離した(H−NMR(DMSO−d):7.51ppm、29Si−NMR(DMSO−d):−100.6ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。H−NMR分析より、Qとルテノセンとが集合してなる結晶構造であることが確認された。なお、ルテノセンは秩序正しく結晶構造に含まれていなかったため、結晶構造単位におけるQとルテノセンとの分子数比は算出しなかった。
[実施例26]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(ニッケロセン含有組成物)
実施例15に準拠する方法により調製して得られた、63.7質量%のQドデカン組成物0.868g(1.000mmol)に1,3,5−トリイソプロピルベンゼン80mL及びニッケロセン0.378g(2.000mmol)を含む溶液を加え、40℃で72時間静置した。液体(ニッケロセン/1,3,5−トリイソプロピルベンゼン溶液)を取り除くことで、Qを75.7質量%含む組成物である深緑色固体(柱状結晶)を0.730gで単離した(H−NMR(DMSO−d):7.50ppm、29Si−NMR(DMSO−d):−100.6ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。H−NMR分析より、Qとニッケロセンとが集合してなる結晶構造であることが確認された。なお、ニッケロセンは秩序正しく結晶構造に含まれていなかったため、結晶構造単位におけるQとニッケロセンとの分子数比は算出しなかった。
[実施例27]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(フェロセン及びルテノセン含有組成物)
実施例15に準拠する方法により調製して得られた、63.7質量%のQドデカン組成物0.868g(1.000mmol)に1,3,5−トリイソプロピルベンゼン60mL、フェロセン0.093g(0.500mmol)、及びルテノセン0.463g(2.000mmol)を含む溶液を加え、40℃で72時間静置した。液体(フェロセン/ルテノセン/1,3,5−トリイソプロピルベンゼン溶液)を取り除くことで、Qを74.2質量%含む組成物である薄茶色固体(柱状結晶)を0.745gで単離した(H−NMR(DMSO−d):7.50ppm、29Si−NMR(DMSO−d):−100.6ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。H−NMR分析より、Qとフェロセンとルテノセンとが集合してなる結晶構造であることが確認された。なお、フェロセンとルテノセンは秩序正しく結晶構造に含まれていなかったため、結晶構造単位におけるQとフェロセンとルテノセンとの分子数比は算出しなかった。
[実施例28]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(1,6−ジメチルナフタレン含有組成物)
実施例15に準拠する方法により調製して得られた、63.7質量%のQドデカン組成物0.868g(1.000mmol)に1,3,5−トリイソプロピルベンゼン40.0mL及び1,6−ジメチルナフタレン0.469g(3.000mmol)を含む溶液を加え、40℃で96時間静置した。液体(1,6−ジメチルナフタレン/1,3,5−トリイソプロピルベンゼン溶液)を取り除くことで、Qを84.5質量%含む組成物である無色固体(柱状結晶)を0.654gで単離した(H−NMR(DMF−d):7.75ppm、29Si−NMR(DMF−d):−100.0ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。H−NMR分析より、Qと1,6−ジメチルナフタレンとが集合してなる結晶構造であることが確認された。なお、1,6−ジメチルナフタレンは秩序正しく結晶構造に含まれていなかったため、結晶構造単位におけるQと1,6−ジメチルナフタレンとの分子数比は算出しなかった。
[実施例29]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(アントラセン含有組成物)
実施例15に準拠する方法により調製して得られた、63.7質量%のQドデカン組成物0.868g(1.000mmol)に1,3,5−トリイソプロピルベンゼン120.0mL及びアントラセン0.356g(2.000mmol)を含む溶液を加え、40℃で168時間静置した。液体(アントラセン/1,3,5−トリイソプロピルベンゼン溶液)を取り除くことで、Qを75.7質量%含む組成物である淡黄色固体(柱状結晶)を0.730gで単離した(H−NMR(DMSO−d):7.51ppm、29Si−NMR(DMSO−d):−100.6ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。H−NMR分析より、Qとアントラセンとが集合してなる結晶構造であることが確認された。なお、アントラセンは秩序正しく結晶構造に含まれていなかったため、結晶構造単位におけるQとアントラセンとの分子数比は算出しなかった。
[実施例30]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(2,2’:5’,2”−ターチオフェン含有組成物)
実施例15に準拠する方法により調製して得られた、63.7質量%のQドデカン組成物0.868g(1.000mmol)に1,3,5−トリイソプロピルベンゼン10.0mL及び2,2’:5’,2”−ターチオフェン0.497g(2.000mmol)を含む溶液を加え、40℃で96時間静置した。液体(2,2’:5’,2”−ターチオフェン/1,3,5−トリイソプロピルベンゼン溶液)を取り除くことで、Qを66.9質量%含む組成物である薄緑色固体(柱状結晶)を0.826gで単離した(H−NMR(DMSO−d):7.51ppm、29Si−NMR(DMSO−d):−100.6ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。H−NMR分析より、Qと2,2’:5’,2”−ターチオフェンとが集合してなる結晶構造であることが確認された。なお、2,2’:5’,2”−ターチオフェンは秩序正しく結晶構造に含まれていなかったため、結晶構造単位におけるQと2,2’:5’,2”−ターチオフェンとの分子数比は算出しなかった。
[実施例31]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(5,5’−ジブロモ−2,2’:5’,2”−ターチオフェン含有組成物)
実施例15に準拠する方法により調製して得られた、63.7質量%のQドデカン組成物0.868g(1.000mmol)に1,3,5−トリイソプロピルベンゼン10.0mL及び5,5’−ジブロモ−2,2’:5’,2”−ターチオフェン0.812g(2.000mmol)を含む溶液を加え、40℃で120時間静置した。液体(5,5’−ジブロモ−2,2’:5’,2”−ターチオフェン/1,3,5−トリイソプロピルベンゼン溶液)を取り除くことで、Q59.1質量%含む組成物である淡黄色固体(柱状結晶)を0.935gで単離した(H−NMR(DMSO−d):7.50ppm、29Si−NMR(DMSO−d):−100.6ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。H−NMR分析より、Qと5,5’−ジブロモ−2,2’:5’,2”−ターチオフェンとが集合してなる結晶構造であることが確認された。なお、5,5’−ジブロモ−2,2’:5’,2”−ターチオフェンは秩序正しく結晶構造に含まれていなかったため、結晶構造単位におけるQと5,5’−ジブロモ−2,2’:5’,2”−ターチオフェンとの分子数比は算出しなかった。
[実施例32]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(ベンゾ[1,2−b’:4、5−b’]ジチオフェン含有組成物)
実施例15に準拠する方法により調製して得られた、63.7質量%のQドデカン組成物0.868g(1.000mmol)に1,3,5−トリイソプロピルベンゼン80.0mL及びベンゾ[1,2−b’:4、5−b’]ジチオフェン0.381g(2.000mmol)を含む溶液を加え、40℃で168時間静置した。液体(ベンゾ[1,2−b’:4、5−b’]ジチオフェン/1,3,5−トリイソプロピルベンゼン溶液)を取り除くことで、Qを75.6質量%含む組成物である淡黄色固体(柱状結晶)を0.731gで単離した(H−NMR(DMSO−d):7.51ppm、29Si−NMR(DMSO−d):−100.6ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。H−NMR分析より、Qとベンゾ[1,2−b’:4、5−b’]ジチオフェンとが集合してなる結晶構造であることが確認された。なお、ベンゾ[1,2−b’:4、5−b’]ジチオフェンは秩序正しく結晶構造に含まれていなかったため、結晶構造単位におけるQとベンゾ[1,2−b’:4、5−b’]ジチオフェンとの分子数比は算出しなかった。
[実施例33]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(アゾベンゼン含有組成物)
実施例15に準拠する方法により調製して得られた、63.7質量%のQドデカン組成物0.868g(1.000mmol)に1,3,5−トリイソプロピルベンゼン10.0mL及びアゾベンゼン0.911g(5.000mmol)を含む溶液を加え、40℃で72時間静置した。液体(アゾベンゼン/1,3,5−トリイソプロピルベンゼン溶液)を取り除くことで、Qを72.6質量%含む組成物である橙色固体(柱状結晶)を0.761gで単離した(H−NMR(DMSO−d):7.51ppm、29Si−NMR(DMSO−d):−100.6ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。H−NMR分析より、Qとアゾベンゼンとが集合してなる結晶構造であることが確認された。なお、アゾベンゼンは秩序正しく結晶構造に含まれていなかったため、結晶構造単位におけるQとアゾベンゼンとの分子数比は算出しなかった。
[実施例34]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(1,1,1,3,5,5,5−ヘプタメチルトリシロキサン含有組成物)
実施例15に準拠する方法により調製して得られた、63.7質量%のQドデカン組成物0.868g(1.000mmol)に1,3,5−トリイソプロピルベンゼン2.000mL及び1,1,1,3,5,5,5−ヘプタメチルトリシロキサン2.704mL(10.000mmol)を含む溶液を加え、40℃で72時間静置した。液体(1,1,1,3,5,5,5−ヘプタメチルトリシロキサン/1,3,5−トリイソプロピルベンゼン溶液)を取り除くことで、Qを78.4質量%含む組成物である無色固体(柱状結晶)を0.705gで単離した(H−NMR(DMSO−d):7.51ppm、29Si−NMR(DMSO−d):−100.6ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。H−NMR分析より、Qと1,1,1,3,5,5,5−ヘプタメチルトリシロキサンとが集合してなる結晶構造であることが確認された。なお、1,1,1,3,5,5,5−ヘプタメチルトリシロキサンは秩序正しく結晶構造に含まれていなかったため、結晶構造単位におけるQと1,1,1,3,5,5,5−ヘプタメチルトリシロキサンとの分子数比は算出しなかった。
[実施例35]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(1,4−ベンゾキノン及びチオフェン含有組成物)
実施例15に準拠する方法により調製して得られた、63.7質量%のQドデカン組成物0.868g(1.000mmol)に1,3,5−トリイソプロピルベンゼン15.0mL及び1,4−ベンゾキノン0.216g(2.000mmol)及びチオフェン1.009g(12.000mmol)を含む溶液を加え、25℃で72時間静置した。液体(1,4−ベンゾキノン/チオフェン/1,3,5−トリイソプロピルベンゼン溶液)を取り除くことで、Qを74.8質量%含む組成物である淡黄色固体(柱状結晶)を0.739gで単離した(H−NMR(DMSO−d):7.50ppm、29Si−NMR(DMSO−d):−100.6ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、1分子のQと、1分子の1,4−ベンゾキノンと、1分子のチオフェンの構成が集合してなる結晶構造であり、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。
[実施例36]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(1,4−ベンゾキノン及びベンゼン含有組成物)
実施例15に準拠する方法により調製して得られた、63.7質量%のQドデカン組成物0.868g(1.000mmol)に1,3,5−トリイソプロピルベンゼン15.0mL及び1,4−ベンゾキノン0.216g(2.000mmol)及びベンゼン1.406g(18.000mmol)を含む溶液を加え、25℃で72時間静置した。液体(1,4−ベンゾキノン/ベンゼン/1,3,5−トリイソプロピルベンゼン溶液)を取り除くことで、Qを77.1質量%含む組成物である淡黄色固体(柱状結晶)を0.717gで単離した(H−NMR(DMSO−d):7.50ppm、29Si−NMR(DMSO−d):−100.6ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、1分子のQと、1分子の1,4−ベンゾキノンと、1分子のベンゼンの構成が集合してなる結晶構造であり、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。
[実施例37]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(フラン含有組成物)
実施例15に準拠する方法により調製して得られた、63.7質量%のQドデカン組成物0.868g(1.000mmol)に1,3,5−トリイソプロピルベンゼン5.0mL及びフラン1.362g(20.000mmol)を含む溶液を加え、25℃で48時間静置した。液体(フラン/1,3,5−トリイソプロピルベンゼン溶液)を取り除くことで、Qを80.2質量%含む組成物である薄黄色固体(柱状結晶)を0.689gで単離した(H−NMR(DMSO−d):7.50ppm、29Si−NMR(DMSO−d):−100.6ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、1分子のQと、2分子のフランの構成が集合してなる結晶構造であり、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。
[実施例38]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(ヨウ素含有組成物)
実施例15に準拠する方法により調製して得られた、63.7質量%のQドデカン組成物0.868g(1.000mmol)に1,3,5−トリイソプロピルベンゼン10.0mL及びヨウ素0.761g(3.000mmol)を含む溶液を加え、25℃で168時間静置した。液体(ヨウ素/1,3,5−トリイソプロピルベンゼン溶液)を取り除くことで、Qを69.2質量%含む組成物である濃赤紫色固体(柱状結晶)を0.798gで単離した(H−NMR(DMSO−d):7.48ppm、29Si−NMR(DMSO−d):−100.6ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。H−NMR分析より、Qとヨウ素とが集合してなる結晶構造であることが確認された。なお、ヨウ素は秩序正しく結晶構造に含まれていなかったため、結晶構造単位におけるQとヨウ素との分子数比は算出しなかった。
[実施例39]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(硫黄含有組成物)
実施例15に準拠する方法により調製して得られた、63.7質量%のQドデカン組成物0.868g(1.000mmol)に1,3,5−トリイソプロピルベンゼン80.0mL及び硫黄0.513g(2.000mmol)を含む溶液を加え、40℃で168時間静置した。液体(硫黄/1,3,5−トリイソプロピルベンゼン溶液)を取り除くことで、Qを70.4質量%含む組成物である無色固体(柱状結晶)を0.785gで単離した(H−NMR(DMSO−d):7.50ppm、29Si−NMR(DMSO−d):−100.6ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。H−NMR分析より、Qと硫黄とが集合してなる結晶構造であることが確認された。なお、硫黄は秩序正しく結晶構造に含まれていなかったため、結晶構造単位におけるQと硫黄との分子数比は算出しなかった。
[実施例40]Q(三次元(ナノハニカム状)構造)(2,6−ジブロモナフタレン含有組成物)
実施例15に準拠する方法により調製して得られた、63.7質量%のQドデカン組成物0.868g(1.000mmol)に1,3,5−トリイソプロピルベンゼン50.0mL及び2,6−ジブロモナフタレン0.858g(3.000mmol)を含む溶液を加え、40℃で168時間静置した。液体(2,6−ジブロモナフタレン/1,3,5−トリイソプロピルベンゼン溶液)を取り除くことで、Qを71.5質量%含む組成物である無色固体(柱状結晶)を0.773gで単離した(H−NMR(DMSO−d):7.51ppm、29Si−NMR(DMSO−d):−100.6ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された三次元(ナノハニカム状)構造であることが明らかになった。H−NMR分析より、Qと2,6−ジブロモナフタレンとが集合してなる結晶構造であることが確認された。なお、2,6−ジブロモナフタレンは秩序正しく結晶構造に含まれていなかったため、結晶構造単位におけるQと2,6−ジブロモナフタレンとの分子数比は算出しなかった。
[実施例41]Q(二次元(シート状)構造)(メタクリル酸アリル含有組成物)
実施例3に準拠する方法により調製して得られた、78.9質量%のQジエチルエーテル組成物0.701g(1.000mmol)にメタクリル酸アリル4.680g(37.097mmol)を加え、25℃で24時間静置した。液体(ジエチルエーテル/メタクリル酸アリル溶液)を取り除くことで、Qを59.3質量%含む組成物である無色固体(板状結晶)を0.932gで単離した(H−NMR(DMSO−d):7.51ppm、29Si−NMR(DMSO−d):−100.6ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された二次元(シート状)構造であることが明らかになった。H−NMR分析より、Qとメタクリル酸アリルとが集合してなる結晶構造であることが確認された。なお、メタクリル酸アリルは秩序正しく結晶構造に含まれていなかったため、結晶構造単位におけるQとメタクリル酸アリルとの分子数比は算出しなかった。
[実施例42]Q(二次元(シート状)構造)(アリルグリシジルエーテル含有組成物)
実施例3に準拠する方法により調製して得られた、78.9質量%のQジエチルエーテル組成物0.701g(1.000mmol)にアリルグリシジルエーテル4.855g(42.534mmol)を加え、25℃で24時間静置した。液体(ジエチルエーテル/アリルグリシジルエーテル溶液)を取り除くことで、Qを56.5質量%含む組成物である無色固体(板状結晶)を0.978gで単離した(H−NMR(DMSO−d):7.51ppm、29Si−NMR(DMSO−d):−100.6ppm)。
また、単結晶X線結晶構造解析により、得られた結晶は、Q分子同士がお互いに水素結合で安定化された二次元(シート状)構造であることが明らかになった。H−NMR分析より、Qとアリルグリシジルエーテルとが集合してなる結晶構造であることが確認された。なお、アリルグリシジルエーテルは秩序正しく結晶構造に含まれていなかったため、結晶構造単位におけるQとアリルグリシジルエーテルとの分子数比は算出しなかった。
本発明の結晶を加熱したり、酸及び/又は塩基等と接触させたりすること等により、規則的な微細構造を有する材料を得ることが可能である。特に、他の有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体等と複合化させることにより、これまでに無い物性を有する微細に構造制御された材料の創出が可能である。
また、本発明の結晶は、例えば、ドラッグデリバリー用途等に用いることのできるSiO材料を得るための原料として、産業上の利用可能性を有する。

Claims (11)

  1. 下記式(1)で表される6量体、式(2)で表される8量体、及び式(3)で表される10量体からなる群より選択される少なくとも1種のシラノール化合物を複数含み、前記シラノール化合物同士の少なくとも一つのヒドロキシ基による水素結合を介した相互作用を有する、結晶。
    Figure 2020085403
  2. 前記シラノール化合物が、前記水素結合を介した相互作用により線形に整列した一次元構造を有する、請求項1に記載の結晶。
  3. 前記シラノール化合物が、前記水素結合を介した相互作用により平面的に整列した二次元構造を有する、請求項1に記載の結晶。
  4. 前記シラノール化合物が、前記水素結合を介した相互作用により立体的に整列した三次元構造を有する、請求項1に記載の結晶。
  5. 有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される少なくとも一種の物質を含む、
    請求項1〜4のいずれか一項に記載の結晶。
  6. 前記シラノール化合物を含む溶液を準備する工程;及び
    前記溶液に必要に応じてさらに有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される少なくとも一種の物質を添加して、当該溶液に対する蒸気拡散法により再結晶化する工程;を含む、
    請求項1〜5のいずれか一項に記載の結晶の製造方法。
  7. 前記シラノール化合物を含む溶液を準備する工程;及び
    前記溶液に必要に応じてさらに有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される少なくとも一種の物質を添加して、当該溶液を減圧濃縮することにより再結晶化する工程;を含む、
    請求項1〜5のいずれか一項に記載の結晶の製造方法。
  8. 前記シラノール化合物を含む溶液を準備する工程;及び
    前記溶液に必要に応じてさらに有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される少なくとも一種の物質を添加して、当該溶液を冷却することにより再結晶化する工程;を含む、
    請求項1〜5のいずれか一項に記載の結晶の製造方法。
  9. 有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される少なくとも一種の物質を含む結晶(P)の製造方法であって、
    下記式(1)で表される6量体、式(2)で表される8量体、及び式(3)で表される10量体からなる群より選択される少なくとも1種のシラノール化合物を複数含み、前記シラノール化合物同士の少なくとも一つのヒドロキシ基による水素結合を介した相互作用を有し、有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される少なくとも一種の第1の物質を含む、結晶(S)を準備する工程;
    前記結晶(S)に、有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される少なくとも一種の第2の物質を接触させて、前記結晶(S)に含まれる前記第1の物質の少なくとも一部を前記第2の物質と置換することにより結晶(P)を得る工程;を含む、
    製造方法。
    Figure 2020085403
  10. 前記結晶(S)を準備する工程が、
    前記シラノール化合物を含む溶液を準備する工程;及び
    前記溶液に必要に応じてさらに有機化合物、遷移金属錯体、無機物、及び元素単体からなる群より選択される物質を添加して、当該溶液に対する蒸気拡散法により、又は、当該溶液を減圧濃縮することにより、又は、当該溶液を冷却することにより再結晶化する工程;を含む、
    請求項9に記載の製造方法。
  11. 下記式(1)で表される6量体、式(2)で表される8量体、及び式(3)で表される10量体からなる群より選択される少なくとも1種のシラノール化合物を含む溶液の溶液に対する蒸気拡散法により、又は、当該溶液を減圧濃縮することにより、又は、当該溶液を冷却し、水素結合による相互作用を形成する工程を含む、
    前記シラノール化合物を自己組織化させる方法。
    Figure 2020085403
JP2020553440A 2018-10-24 2019-10-23 結晶、結晶の製造方法、及びシラノール化合物を自己組織化させる方法 Active JP7141140B2 (ja)

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PIETER L.H. VERLOOY, ET AL.: "Synthesis and characterization of new cyclosilicate hydrate (hexamethyleneimine)4・[Si8O16(OH)4]・12", MICROPOROUS AND MESOPOROUS MATERIALS, vol. Volume 130, Issue 1-3, JPN6022017264, May 2010 (2010-05-01), pages 14 - 20, ISSN: 0004763619 *
SAM SMET, SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF POLYOLIGOSILOXYSILICONES, vol. Chapter 2, JPN6022017262, October 2017 (2017-10-01), pages 43 - 62, ISSN: 0004763620 *

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