JP4534017B2 - One-dimensional array of 1,2,4,5-tetra-substituted benzene or a polynuclear aromatic hydrocarbon molecularly encapsulated zeolite having a linear shape in which 2 to 5 benzene rings are condensed and a method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、実質的に一次元配列した1,2,4,5−テトラ置換ベンゼンあるいはベンゼン環が2〜5個縮環した直線的な形状の多核芳香族炭化水素分子集合体に関する。また、実質的に一次元配列した1,2,4,5−テトラ置換ベンゼンあるいはベンゼン環が2〜5個縮環した直線的な形状の多核芳香族炭化水素分子集合体を内包するゼオライトおよびその製造方法に関する。なお、これ以降、一次元配列した1,2,4,5−テトラ置換ベンゼンあるいはベンゼン環が2〜5個縮環した直線的な形状の多核芳香族炭化水素をアントラセン様化合物ということがある。本発明は、とくに、内包される一次元配列したアントラセン様化合物量が極めて多いAFI単結晶ゼオライトおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a polynuclear aromatic hydrocarbon molecule assembly having a linear shape in which 2 to 5 benzene rings are condensed in a substantially one-dimensionally arranged 1,2,4,5-tetrasubstituted benzene or benzene ring. Further, a zeolite containing a polynuclear aromatic hydrocarbon molecular aggregate having a linear shape in which 2 to 5 benzene rings are condensed in a substantially one-dimensional array of 1,2,4,5-tetrasubstituted benzene and It relates to a manufacturing method. In addition, hereinafter, one-dimensionally arranged 1,2,4,5-tetrasubstituted benzene or a linear polynuclear aromatic hydrocarbon having 2 to 5 condensed benzene rings may be referred to as an anthracene-like compound. In particular, the present invention relates to an AFI single crystal zeolite having an extremely large amount of one-dimensionally arrayed anthracene-like compounds and a method for producing the same.
アン卜ラセンは電子授与型の分子であり、その化学構造の特徴から遷移モーメントが存在し、発光材料や錯体結晶、分子エレクトロニクス研究において重要な機能性分子のひとつであり、多くの研究報告がなされている。
たとえば、有機非線形光学材料としてアントラセンなどのπ電子共役構造を有する化合物の二量体をクラッド層内に配置させる技術が報告されている(特許文献1、特許文献2)。しかし、これらの技術はアントラセン分子の二量体についての検討でしかない。
また、アントラセンなどの機能分子の経時変化を避けるために、該機能分子を、殻構造を形成する高分子内に内包させて、機能分子の安定化を計る技術が報告されている(特許文献3)が、この技術は、アントラセンなどの機能分子の経時変化を避けるための技術であり、機能性分子がどのような状態で内包されているのかなんら問題にするものではない。
Anthraxene is an electron-donating molecule, and has a transition moment due to its chemical structure. It is one of the important functional molecules in light-emitting materials, complex crystals, and molecular electronics research, and many research reports have been made. ing.
For example, a technique for arranging a dimer of a compound having a π-electron conjugated structure such as anthracene as an organic nonlinear optical material in a clad layer has been reported (Patent Documents 1 and 2). However, these techniques are only a study of dimers of anthracene molecules.
In addition, in order to avoid a time-dependent change of a functional molecule such as anthracene, a technique has been reported in which the functional molecule is included in a polymer forming a shell structure to stabilize the functional molecule (Patent Document 3). ) However, this technique is a technique for avoiding a time-dependent change of functional molecules such as anthracene, and does not pose any problem as to how the functional molecules are encapsulated.
一方、ゼオライトはケイ素またはアルミニウムを中心とする各四面体構造同士がその各頂点の酸素原子を共有することによって3次元の綱目状に結合した結晶の総称のことある。ゼオライトはそこに存在するケイ素およびアルミニウムの比の違いによっていくつかのタイプに分けられる。また、ゼオライト内では、本来3価であるはずのアルミニウムも4価になるためにゼオライト骨格は負電荷を帯びる。そのため、この負電荷を補償している電荷補償陽イオンが存在する。ゼオライトの化学的性質は上記ケイ素およびアルミニウムの比、電荷補償陽イオンの種類などによって著しく異なることになる。
さらに、ゼオライトは、分子レベルで規則的に配列した均一な細孔を有する結晶であり、形状選択的な、あるいは骨格構造に起因した化学的・物理的吸着作用を持つことから、例えば、モレキュラーシーブ(分子ふるい)、各種有機化合物の分離吸着剤、芳香族化合物の異性化触媒や不均化触媒などとして、産業的にも広く使用されている。
そして、ゼオライトに親水性物質、極性化合物などを捕捉させる技術が報告されているが(特許文献4)、そこでは層状(二次元)に補足する技術が開示されているにすぎないのであって、一次元配列についてはなんら示唆されていない。
On the other hand, zeolite is a general term for crystals in which tetrahedral structures centered on silicon or aluminum share oxygen atoms at their vertices to form a three-dimensional grid. Zeolites are divided into several types depending on the ratio of silicon and aluminum present. In addition, in the zeolite, aluminum that should be trivalent originally becomes tetravalent, so the zeolite skeleton is negatively charged. Therefore, there exists a charge compensating cation that compensates for this negative charge. The chemistry of the zeolite will vary significantly depending on the ratio of silicon and aluminum, the type of charge compensating cation, etc.
Furthermore, zeolite is a crystal having uniform pores regularly arranged at the molecular level, and has a chemical / physical adsorption action that is shape-selective or due to the framework structure. (Molecular sieves), separation adsorbents for various organic compounds, isomerization catalysts and disproportionation catalysts for aromatic compounds, etc. are widely used industrially.
And although the technology which captures a hydrophilic substance, a polar compound, etc. to zeolite is reported (patent documents 4), there is only the technique which supplements in a layer form (two dimensions) there, There is no suggestion of one-dimensional arrays.
アントラセン様化合物の分子集合体において、アントラセン様化合物の分子間の相対的配置を強制的に制御した場合に、分子間の相互作用が変化することが期待でき、新たな性質が発現されたり、今までとは異なる用途が期待できる。さらに、アントラセン様化合物の分子集合体において、とくに、異方的な形状を有するアントラセン様化合物分子の配向を制御の上、高密度に一次元配列させた系を作成することができれば、一次元配列アントラセン様化合物分子集合体は分子間のπ−π相互作用に基づく電子移動度の変化により、新規分子デバイス、配線としての利用が期待される。
従って、本発明の課題は、実質的に一次元配列したアントラセン様化合物分子集合体を提供することにあり、分子間の相対的配置を強制的に制御した実質的に一次元配列したアントラセン様化合物分子集合体を提供することにある。また、実質的に一次元配列しているアントラセン様化合物分子集合体を内包するゼオライトおよびその製造方法を提供することであり、分子間の相対的配置を強制的に制御した実質的に一次元配列したアントラセン様化合物分子集合体を内包するゼオライトおよびその製造方法を提供することである。さらに、アントラセン様化合物が高密度に内包するゼオライト、とくにアントラセン様化合物数が1012/cm2以上内包されるゼオライトおよびその製造方法を提供することである。
In the molecular assembly of anthracene-like compounds, when the relative arrangement of the anthracene-like compounds is forcibly controlled, the interaction between the molecules can be expected to change, and new properties can be expressed. It can be expected to be used in different ways. Furthermore, in the molecular assembly of anthracene-like compounds, especially if a system in which the orientation of anthracene-like compound molecules having an anisotropic shape is controlled and one-dimensionally arranged at high density can be created, a one-dimensional arrangement is possible. Anthracene-like compound molecular aggregates are expected to be used as new molecular devices and wires due to changes in electron mobility based on π-π interactions between molecules.
Accordingly, an object of the present invention is to provide an anthracene-like compound molecular assembly having a substantially one-dimensional arrangement, and a substantially one-dimensionally arranged anthracene-like compound in which the relative arrangement between molecules is forcibly controlled. It is to provide a molecular assembly. Another object of the present invention is to provide a zeolite containing an anthracene-like compound molecular assembly that is substantially one-dimensionally arranged, and a method for producing the same, and to substantially control the relative arrangement between molecules. It is intended to provide a zeolite containing the anthracene-like compound molecular assembly and a method for producing the same. Furthermore, it is to provide a zeolite in which an anthracene-like compound is encapsulated at a high density, particularly a zeolite in which the number of anthracene-like compounds is 10 12 / cm 2 or more, and a method for producing the same.
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究する最中、特定のゼオライト単結晶を選択し、そのゼオライトとアントラセン様化合物分子を接触させて得られたアントラセン様化合物内包ゼオライトは、驚くべきことには、実質的に一次元配列しているアントラセン様化合物分子集合体を内包することを特徴とするゼオライトであること、また、可視光吸収および赤外線光吸収が、アントラセン様化合物分子集合体の配列方向に光の振動電場があるときに観察されるという知見を得た。本発明者らはこの知見に基づきさらに研究を重ね、ついに本発明を完成させた。 The inventors of the present invention, while intensively researching to solve the above-mentioned problems, are surprised by the anthracene-like compound-containing zeolite obtained by selecting a specific zeolite single crystal and contacting the zeolite with an anthracene-like compound molecule. What should be said is that it is a zeolite characterized by including an anthracene-like compound molecular assembly that is substantially one-dimensionally arranged, and that visible light absorption and infrared light absorption are anthracene-like compound molecular assembly. The observation was made that there was an oscillating electric field of light in the direction of the alignment. Based on this finding, the present inventors have made further studies and finally completed the present invention.
すなわち、請求項1の発明は、実質的に分子の長軸方向へ分子が一次元的配列しているベンゼン環が2〜5個縮環した直線的な形状の多核芳香族炭化水素の分子集合体を内包することを特徴とするAFI単結晶ゼオライトである。ここで、一次元配列している、の意味は、たとえば、下記実施例2のデータから描いたAFI結晶の一次元細孔中に存在する配列したアントラセン分子の模式図である図1が示すように、ゼオライト細孔内にアントラセン様化合物が分子の長軸方向へ一次元的に配列している状態を意味する。また、実質的に、の意味は、内包された化合物のほとんどが一次元配列していることを示すのであり、ごく一部の化合物は一次元配列していないことを示す。すべての化合物が完全に一次元配列していることが望ましいが、本発明で開示する技術では、すべての化合物が完全に一次元配列しているとはいえない場合があるし、ごく一部の化合物は一次元配列していなくとも、本発明の初期の目的を達成できるかぎり、そのような分子集合体は上記本発明の分子集合体に属することを示すのである。 That is, the invention of claim 1 is a molecular assembly of polynuclear aromatic hydrocarbons having a linear shape in which 2 to 5 benzene rings are condensed in a one-dimensional array substantially in the longitudinal direction of the molecule. It is an AFI single crystal zeolite characterized by enclosing the body. Here, the meaning of the one-dimensional arrangement is, for example, as shown in FIG. 1 which is a schematic diagram of arranged anthracene molecules present in the one-dimensional pores of the AFI crystal drawn from the data of Example 2 below. Furthermore, it means a state in which anthracene-like compounds are arranged one-dimensionally in the major axis direction of the molecule in the zeolite pores. Moreover, substantially means that most of the encapsulated compounds are arranged one-dimensionally, and a small part of the compounds are not arranged one-dimensionally. Although it is desirable that all the compounds are completely arranged in one dimension, in the technique disclosed in the present invention, it may not be said that all the compounds are arranged completely in one dimension. Even if the compounds are not one-dimensionally arranged, it indicates that such a molecular assembly belongs to the molecular assembly of the present invention as long as the initial object of the present invention can be achieved.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、実質的に一次元配列しているアントラセン様化合物分子集合体が高密度に内包する発明であり、その内包された化合物数が1012/cm2以上である発明が請求項3の発明である。また、その内包された化合物量がゼオライトに対して10重量%以下にすることができる。さらに、請求項1〜3のいずれかの発明において、ベンゼン環が2〜5個縮環した直線的な形状の多核芳香族炭化水素分子がナフタレン、アントラセン、ペンタセンから選ばれる多核芳香族炭化水素分子である発明が請求項4の発明である。 The invention of claim 2 is an invention in which the anthracene-like compound molecular assembly that is substantially one-dimensionally arranged in the invention of claim 1 is densely encapsulated , and the number of encapsulated compounds is 10 12 / cm 2. The invention of 2 or more is the invention of claim 3. Moreover, the amount of the encapsulated compound can be 10% by weight or less with respect to the zeolite. Furthermore, in the invention according to any one of claims 1 to 3, the polynuclear aromatic hydrocarbon molecule having a linear shape in which 2 to 5 benzene rings are condensed is selected from naphthalene, anthracene, and pentacene. invention is that an invention of claim 4.
請求項5の発明は、AFI単結晶ゼオライトにベンゼン環が2〜5個縮環した直線的な形状の多核芳香族炭化水素分子を接触させることを特徴とする実質的に分子の長軸方向へ分子が一次元配列しているアントラセン様化合物分子集合体を内包するAFI単結晶ゼオライトの製造方法である。接触させるアントラセン様化合物は気相であることが好ましい。請求項5の発明において、AFI単結晶ゼオライトとベンゼン環が2〜5個縮環した直線的な形状の多核芳香族炭化水素分子とを容器内に真空封入し、加熱する発明が請求項6の発明である。
The invention according to claim 5 is characterized in that a linear polynuclear aromatic hydrocarbon molecule in which 2 to 5 benzene rings are condensed is brought into contact with AFI single crystal zeolite, substantially in the major axis direction of the molecule. This is a method for producing an AFI single crystal zeolite including an anthracene-like compound molecular assembly in which molecules are one-dimensionally arranged. The anthracene-like compound to be contacted is preferably in the gas phase. In the invention of claim 5, a polynuclear aromatic hydrocarbon molecules of the linear shape AFI monocrystalline zeolite with a benzene ring has 2-5 Kochijimiwa vacuum sealed in a container, the invention is heating of claim 6 It is an invention.
以下に本発明を詳細に記述する。
本発明の1,2,4,5−テトラ置換ベンゼンあるいはベンゼン環が2〜5個縮環した直線的な形状の多核芳香族炭化水素は、下記の化合物をいう。1,2,4,5−テトラ置換ベンゼン。ここで、置換基はメチル基、エチル基、塩素原子、フッ素原子、アミノ基、カルボキシル基であり、同じ基で置換されている。ナフタレン、ベンゼン、アントラセン、テトラセン、ペンタセンであって、しかも縮環した結果直線的な形状を取る化合物。置換基を有するそれらの化合物。ここで、置換基は上記と同じである。また、置換基の位置は化合物が直線的な形状を取ることを妨げないように置換される。それら化合物の縮環内に所謂異種原子が存在する化合物。ここで、異種原子として窒素原子、酸素原子、硫黄原子がある。
具体的には、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、1,2,4,5-ベンゼンテトラカルボン酸、無水1,2,4,5-ベンゼンテトラカルボン酸(無水ピロメリット酸)、アクリジン、6,7−ベンゾキノリン、フェナジンなどを例示できる。
これらアントラセン様化合物は公知の方法により合成してもよいが、市販品を購入することにより、容易に入手することができる。
The present invention is described in detail below.
The 1,2,4,5-tetrasubstituted benzene or the linear polynuclear aromatic hydrocarbon in which 2 to 5 benzene rings are condensed refers to the following compounds. 1,2,4,5-tetrasubstituted benzene. Here, the substituent is a methyl group, an ethyl group, a chlorine atom, a fluorine atom, an amino group, or a carboxyl group, and is substituted with the same group. Naphthalene, benzene, anthracene, tetracene, pentacene, and a compound that takes a linear shape as a result of the condensed ring. Those compounds having a substituent. Here, the substituents are the same as described above. In addition, the position of the substituent is substituted so as not to prevent the compound from taking a linear shape. Compounds in which a so-called hetero atom exists in the condensed ring of these compounds. Here, there are a nitrogen atom, an oxygen atom, and a sulfur atom as the hetero atoms.
Specifically, naphthalene, anthracene, tetracene, pentacene, 1,2,4,5-benzenetetracarboxylic acid, 1,2,4,5-benzenetetracarboxylic anhydride (pyromellitic anhydride), acridine, 6, Examples thereof include 7-benzoquinoline and phenazine.
These anthracene-like compounds may be synthesized by a known method, but can be easily obtained by purchasing a commercial product.
本発明では、これらの分子が強制的に制御されていることが必要である。すなわち、ゼオライト細孔内にアントラセン様化合物が一次元的に配列して分子集合体を形成することが必要である。ここで、1,2,4,5−テトラ置換ベンゼンあるいはベンゼン環が2〜5個縮環した直線的な形状の多核芳香族炭化水素はその化合物が有するπ電子雲が互いに重なり合っていることが好ましい。そのような状態に置かれていると、1,2,4,5−テトラ置換ベンゼンあるいはベンゼン環が2〜5個縮環した直線的な形状の多核芳香族炭化水素の分子間のπ-π相互作用に基づく電子移動度の変化により、より優れた効果がもたらされるからである。 In the present invention, it is necessary that these molecules are forcibly controlled. That is, it is necessary that anthracene-like compounds are arranged one-dimensionally in the zeolite pores to form a molecular assembly. Here, 1,2,4,5-tetra-substituted benzene or a polynuclear aromatic hydrocarbon having a linear shape in which 2 to 5 benzene rings are condensed have π electron clouds of the compound overlapping each other. preferable. When placed in such a state, π-π between the molecules of 1,2,4,5-tetrasubstituted benzene or a polynuclear aromatic hydrocarbon having a linear shape in which 2 to 5 benzene rings are condensed. This is because a change in electron mobility based on the interaction provides a better effect.
本発明においてゼオライトとは、骨格構造の構成元素が、実質的にSi、Al、Oからなる結晶性マイクロポーラス物質をいう。ゼオライトとしてたとえば、結晶性アルミノシリケート、結晶性メタロシリケート、結晶性アルミノフォスフェートなどが例示され、アルミニウムなどの一部の元素がガリウム、鉄、チタン、ボロン、コバルト、クロム等の金属で置換されたものでもよいが、本発明ではそれらに限定されない。 In the present invention, the term “zeolite” refers to a crystalline microporous material whose constituent elements of the skeleton structure are substantially composed of Si, Al, and O. Examples of zeolite include crystalline aluminosilicate, crystalline metallosilicate, crystalline aluminophosphate, etc., and some elements such as aluminum are replaced with metals such as gallium, iron, titanium, boron, cobalt, chromium, etc. However, the present invention is not limited to these.
本発明では所期の目的を達成できるゼオライトであれば、どのようなゼオライトでも使用できるが、そのなかでも、一次元細孔を有するゼオライト結晶が好ましい。ここで、一次元細孔を有するゼオライトとは、結晶一個を任意の方位から眺めた場合に、結晶表面から裏面に向かって実質的に直線で貫通している内径が約1nm以下の細孔を少なくとも一つ有するゼオライトをいう。ここで実質的に直線で貫通とは、本発明の所期の目的を達成できる程度の直線で貫通ということを意味する。
本発明のゼオライトはいわゆる単結晶ゼオライトも好ましく用いられ、とくにMOR単結晶、LTL単結晶、AFI単結晶、MFI単結晶が好ましい。さらにはAFI単結晶がより好ましい。
ここで、上記単結晶は公知のものであり、たとえばAtlas
of Zeolite Structure types、17(1/2), W. M.
Meier, D. H. Olson, Ch. Baerlocher, Zeolites,1996の記載に詳細に説明されている。
In the present invention, any zeolite can be used as long as it can achieve the intended purpose. Among them, a zeolite crystal having a one-dimensional pore is preferable. Here, the zeolite having a one-dimensional pore means a pore having an inner diameter of about 1 nm or less that penetrates substantially straight from the crystal surface to the back surface when one crystal is viewed from an arbitrary orientation. A zeolite having at least one. Here, the term “through substantially straight” means to penetrate through a straight line that can achieve the intended purpose of the present invention.
As the zeolite of the present invention, so-called single crystal zeolite is also preferably used, and MOR single crystal, LTL single crystal, AFI single crystal, and MFI single crystal are particularly preferable. Furthermore, an AFI single crystal is more preferable.
Here, the single crystal is a known one, for example, Atlas.
of Zeolite Structure types, 17 (1/2), WM
This is described in detail in the description of Meier, DH Olson, Ch. Baerlocher, Zeolites, 1996.
本発明で用いるAFI結晶の模式図を図2に示す。ここでは、フレームワークの間に口径が0.73nmである細孔が形成されている。このAFI結晶のc軸方向の長さが100μm以上のものであると、さらに好ましい。
結晶の大きさなどは、光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡(SEM)などを用いて決定できる。
A schematic diagram of the AFI crystal used in the present invention is shown in FIG. Here, pores having a diameter of 0.73 nm are formed between the frameworks. More preferably, the length of the AFI crystal in the c-axis direction is 100 μm or more.
The size of the crystal can be determined using an optical microscope, a scanning electron microscope (SEM), or the like.
これらのゼオライトは天然のものでも、合成ゼオライトでも構わない。ゼオライトの組成が自由に制御できるという点で合成ゼオライトの方が好ましい。合成の方法は従来公知の方法が採用できる。また、市販品を購入してもよい。 These zeolites may be natural or synthetic zeolites. Synthetic zeolite is preferred in that the composition of the zeolite can be freely controlled. A conventionally known method can be adopted as a synthesis method. Moreover, you may purchase a commercial item.
本発明では、上記ゼオライトとアントラセンとを接触させ、一元的配向したアントラセン分子集合体が内包するゼオライトを製造する。該アントラセンはゼオライト内の細孔内に制御された状態で配向される。
ゼオライトとして上記AFI結晶を選択すると、口径が0.73nmである細孔にアントラセンが一元的配向して内包することになる。
In the present invention, the above zeolite and anthracene are brought into contact with each other to produce a zeolite encapsulated in a unitary oriented anthracene molecular assembly. The anthracene is oriented in a controlled manner within the pores in the zeolite.
When the AFI crystal is selected as the zeolite, anthracene is integrated and contained in pores having a diameter of 0.73 nm.
上記ゼオライトと接触させるアントラセンの量はアントラセンが内包される空間の量よりも過剰となるようにするとよい結果をもたらすことができる。また、アントラセンは結晶の形で反応容器内に加えることが望ましく、ゼオライトと接触するときには、昇華され、気体状となっていることが望ましい。
上記ゼオライトと接触させるアントラセンとは、公知の反応容器内に加え、不活性ガス雰囲気下、または減圧状態あるいは真空状態で接触させることが好ましい。この際、60〜130℃程度に加熱することが望ましい。反応時間は1時間〜2週間程度とする。
The amount of anthracene to be brought into contact with the zeolite may bring about a good result if the amount of anthracene is excessive with respect to the amount of space in which the anthracene is contained. Anthracene is preferably added to the reaction vessel in the form of crystals, and when it comes into contact with zeolite, it is preferably sublimated and gaseous.
The anthracene to be contacted with the zeolite is preferably contacted in an inert gas atmosphere, a reduced pressure state or a vacuum state in addition to a known reaction vessel. At this time, it is desirable to heat to about 60 to 130 ° C. The reaction time is about 1 hour to 2 weeks.
なお、使用するゼオライトは予めゼオライト中の結晶水及び合成時に使った有機物を除去することが望ましい。合成時の有機物は大気中にて約700℃にて加熱することにより、焼成除去でき、結晶水は10−2Pa以下の真空状態で通常200〜500℃で加熱することにより、除去することができる。 In addition, as for the zeolite to be used, it is desirable to remove beforehand the crystal water in zeolite and the organic substance used at the time of synthesis. The organic matter at the time of synthesis can be removed by baking by heating at about 700 ° C. in the atmosphere, and the crystal water can be removed by heating at 200 to 500 ° C. in a vacuum state of 10 −2 Pa or less. it can.
本発明で製造された実質的に一次元配列していることを特徴とするアントラセン様化合物、あるいは実質的に一次元配列しているアントラセン様化合物分子集合体を内包することを特徴とするゼオライトでは、内包するアントラセン様化合物の量は多いという特徴がある。たとえば、AFI結晶を用いたときには、その結晶内の細孔では1012/cm2〜1014/cm2もの高密度で存在することができる。また、ゼオライトに対して10wt%程度となるよう存在させることができる。また、本発明では、個々の一次元集合体を構成するアントラセン分子の線密度は1.2x107/cmとなるよう存在させることもできる。これはアントラセン分子が互いに接触、もしくは重なりあう程度となることを意味する。
それゆえ、アントラセン様化合物の分子間のπ-π相互作用に基づく電子移動度の変化により、新規分子デバイス、配線としての利用が期待される。
なお、上記線密度は、ゼオライト結晶の細孔のc軸方向の単位長さあたりの、ゼオライト結晶の細孔に内包されているアントラセン様化合物の分子数を意味する。
この線密度は、測定されたアントラセン様化合物の重量比からアントラセン様化合物の単位胞あたりに含まれる構成分子数(モル比)を算出し、更にゼオライトの一次元細孔と平行方向のゼオライト格子定数で割り算を行うことにより、線密度を確定することができる。
また、ゼオライト結晶が有する全ての一次元細孔がアントラセン様化合物分子で満たされており、アントラセン様化合物の分子集合体を形成するという考えに基づくと、アントラセン様化合物の分子集合体の面密度は、ゼオライト結晶の一次元細孔の面密度と等しいといえる。
In the zeolite produced by the present invention, characterized in that the anthracene-like compound characterized by substantially one-dimensional arrangement, or the anthracene-like compound molecular assembly that is substantially one-dimensionally arranged is contained. The amount of the anthracene-like compound encapsulated is large. For example, when an AFI crystal is used, the pores in the crystal can exist at a high density of 10 12 / cm 2 to 10 14 / cm 2 . Moreover, it can exist so that it may become about 10 wt% with respect to a zeolite. In the present invention, the linear density of anthracene molecules constituting individual one-dimensional aggregates may be 1.2 × 10 7 / cm. This means that the anthracene molecules are in contact with each other or overlap each other.
Therefore, changes in electron mobility based on π-π interactions between molecules of anthracene-like compounds are expected to be used as new molecular devices and wires.
The linear density means the number of molecules of the anthracene-like compound encapsulated in the zeolite crystal pores per unit length in the c-axis direction of the zeolite crystal pores.
The linear density is calculated from the measured weight ratio of the anthracene-like compound to the number of constituent molecules (molar ratio) contained per unit cell of the anthracene-like compound, and the zeolite lattice constant in the direction parallel to the one-dimensional pore of the zeolite. The line density can be determined by dividing by.
Also, based on the idea that all one-dimensional pores of zeolite crystals are filled with anthracene-like compound molecules and form an anthracene-like compound molecular aggregate, the surface density of the anthracene-like compound molecular aggregate is It can be said that it is equal to the surface density of the one-dimensional pores of the zeolite crystal.
本発明によれば、実質的に一次元配列していることを特徴とする1,2,4,5−テトラ置換ベンゼンあるいはベンゼン環が2〜5個縮環した直線的な形状の多核芳香族炭化水素分子集合体を容易に製造することができる。この集合体は分子間の相対的配置を強制的に制御されており、分子聞の相互作用が変化するので、ミクロなデバイスを構築することができる。すなわち、一次元配列したアントラセン分子集合体をゼオライト結晶中に作製することにより、マクロな電極接続も可能となる。さらに、そのゼオライトの長さが100μm以上のものであると、電極接続等が可能となり、マイクロデバイスとしての利用が可能となる。 According to the present invention, a polynuclear aromatic having a linear shape in which 2 to 5, 1,2,4,5-tetrasubstituted benzene or benzene rings are condensed, characterized by being substantially one-dimensionally arranged. A hydrocarbon molecular assembly can be easily produced. In this assembly, the relative arrangement between molecules is forcibly controlled, and the interaction between molecules changes, so that a micro device can be constructed. That is, a one-dimensionally arrayed anthracene molecular assembly is produced in a zeolite crystal, so that a macro electrode connection is possible. Furthermore, when the length of the zeolite is 100 μm or more, electrode connection or the like is possible, and use as a microdevice becomes possible.
以下に、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。本発明はこれらの実施例になんら限定されない。
(参考例1)
(ゼオライト結晶の合成)
アルミナゾル(固形分10重量%:川研ファインケミカル社製)、シリカゾル(固形分40重量%:触媒化成社製)、リン酸(85重量%水溶液:和光純薬工業社製)、トリエチルアミン(TEA)(99重量%水溶液:和光純薬工業社製)、脱イオン水を、酸化物表記で、Al2O3:P2O5:SiO2:TEA:H2O=1:1.03:x:1.55:750(モル比)となるように混合し、水熱合成用オートクレーブに導入した。xの値は0〜0.3の値を取りうる。密封した後、190℃にて7日静置した。その結果、x=0では、化学組成がAl12P12O48であり、x=0.3では、化学組成がAl11.8P11.1Si1.1O48組成のAFI結晶(c軸方向:100μm)を得た。
水熱合成により得られたAFI結晶の品質は粉末X線回折パターンの測定により、不純物の混入は認められず、ほぼ純粋であることを確認した。このX線回折パターンの測定結果と走査電子顕微鏡観察(図4)とを併せ、六角柱状の物質はそれぞれAFI構造を取る単結晶であることが分かった。
X線粉末回折パターン測定装置はRINT-2550V(理学電気製)を用いた。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. The present invention is not limited to these examples.
(Reference Example 1)
(Synthesis of zeolite crystals)
Alumina sol (solid content 10% by weight: manufactured by Kawaken Fine Chemical Co., Ltd.), silica sol (solid content 40% by weight: manufactured by Catalyst Kasei Co., Ltd.), phosphoric acid (85% by weight aqueous solution: manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), triethylamine (TEA) ( 99% by weight aqueous solution: manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), deionized water, expressed in oxide notation, Al 2 O 3 : P 2 O 5 : SiO 2 : TEA: H 2 O = 1.1.03: x: It mixed so that it might become 1.55: 750 (molar ratio), and it introduced into the autoclave for hydrothermal synthesis. The value of x can take a value from 0 to 0.3. After sealing, it was allowed to stand at 190 ° C. for 7 days. As a result, when x = 0, the chemical composition is Al 12 P 12 O 48 , and when x = 0.3, the AFI crystal having the chemical composition Al 11.8 P 11.1 Si 1.1 O 48 (c Axial direction: 100 μm) was obtained.
The quality of the AFI crystal obtained by hydrothermal synthesis was confirmed to be almost pure by the measurement of the powder X-ray diffraction pattern with no contamination of impurities. Combining the measurement result of this X-ray diffraction pattern and observation with a scanning electron microscope (FIG. 4), it was found that each hexagonal columnar substance is a single crystal having an AFI structure.
As the X-ray powder diffraction pattern measuring apparatus, RINT-2550V (manufactured by Rigaku Denki) was used.
(実施例1〜3)1次元配列内包ゼオライトの製造
上記参考例で得たAFI結晶を700℃で大気中にて48時間加熱し、有機アミンを焼成除去した。更にこの有機アミンを除去した
AFI 結晶を10-2 Pa 以下の真空状態で400℃に加熱、この状態を2時間保持することでゼオライト中の水分子を除去した。
このAFI結晶50mgを大気に触れさせることなくアントラセン結晶(和光純薬工業社製)9mgと混合した後、ガラス管に真空封入した上で、100℃にて10日間加熱する。アントラセン分子は昇華し、AFI結晶の一次元細孔内に吸着され、一次元配列したアントラセン分子集合体がゼオライト細孔内に形成された。
このゼオライトのアントラセン分子の吸着量は8重量%であった。また、アントラセン分子の線密度は1x107/cmであった。
これらの結果から、アントラセン分子が互いに接触、もしくは重なりあう程度となっているということができる。
(Examples 1 to 3) Production of one-dimensionally encapsulated zeolite The AFI crystals obtained in the above Reference Example were heated at 700 ° C. in the air for 48 hours to calcinate and remove the organic amine. Further, the AFI crystal from which the organic amine had been removed was heated to 400 ° C. in a vacuum state of 10 −2 Pa or less, and this state was maintained for 2 hours to remove water molecules in the zeolite.
50 mg of this AFI crystal is mixed with 9 mg of anthracene crystal (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) without being exposed to the atmosphere, and then sealed in a glass tube and heated at 100 ° C. for 10 days. Anthracene molecules sublimated and adsorbed in the one-dimensional pores of the AFI crystal, and a one-dimensional array of anthracene molecular aggregates was formed in the zeolite pores.
The adsorption amount of the anthracene molecule of this zeolite was 8% by weight. Moreover, the linear density of the anthracene molecule was 1 × 10 7 / cm.
From these results, it can be said that the anthracene molecules are in contact with each other or overlap each other.
アントラセン分子を内包するゼオライト単結晶を図4に示す。
使用機器
走査型顕微鏡:S−4500(日立製作所製)
A zeolite single crystal encapsulating anthracene molecules is shown in FIG.
Equipment used Scanning microscope: S-4500 (manufactured by Hitachi, Ltd.)
アントラセンの吸着量は CHN-ガスクロマトグラフ分析法で測定した。
使用機器は次のとおりである。
型式:EA1110 (CE INSTRUMENTS社製)
The amount of adsorbed anthracene was measured by CHN-gas chromatographic analysis.
The equipment used is as follows.
Model: EA1110 (manufactured by CE INSTRUMENTS)
参考例で合成したときは無色透明であったAFI結晶に着色が生じた。この着色は光学顕微鏡による透過観察において、強い異方性があることが示された。
E//cとすると、結晶は黒に近い暗緑色を呈し、一方、E⊥cではほぼ透明に近い色合いであった。
When synthesized in the reference example, the AFI crystal, which was colorless and transparent, was colored. This coloring was shown to have strong anisotropy in transmission observation with an optical microscope.
Assuming E // c, the crystal had a dark green color close to black, while E⊥c had a color almost transparent.
アントラセン分子を内包するゼオライト単結晶に光を照射し、光子エネルギーと吸光度の関係を光の電場方向に分離して測定した。その結果を図5に示した。その結果から、E//c方向においてのみ、可視、及び赤外に光吸収が生じた。一方、E⊥cにおいては、可視・赤外に吸収が見られない代わり、3.0-3.8
eVに見られる振動構造状の複数の光吸収ピークはまさしく、孤立したアントラセン分子の内部遷移であるπ-π*と解釈されているそれと一致する。これらのことから、分子が図1に書かれたように互いに斜め平行に配列し、アントラセン分子が有するπ電子が隣接分子のπ電子と若干重なるために生じた光遷移と解釈できた。
使用機器は自作の偏光顕微分光装置(特許出願中)によった。
The zeolite single crystal encapsulating the anthracene molecule was irradiated with light, and the relationship between photon energy and absorbance was measured separately in the direction of the electric field of the light. The results are shown in FIG. As a result, light absorption occurred in the visible and infrared regions only in the E // c direction. On the other hand, in E⊥c, there is no absorption in visible and infrared, but 3.0-3.8
The multiple vibrational absorption peaks seen in eV are exactly the same as that interpreted as π-π * , which is the internal transition of an isolated anthracene molecule. From these facts, the molecules were arranged obliquely parallel to each other as shown in FIG. 1, and it was possible to interpret this as an optical transition caused by the π electrons of the anthracene molecule slightly overlapping with the π electrons of the adjacent molecules.
The equipment used was a self-made polarization microspectroscope (patent pending).
以上の結果から、ゼオライト結晶に内包されたアントラセン分子が互いに接触、もしくは重なりあう程度となっており、一次元配列したアントラセン分子間の相互作用が十分に発揮しているということができる。 From the above results, it can be said that the anthracene molecules included in the zeolite crystals are in contact with each other or overlap each other, and the interaction between the one-dimensionally arranged anthracene molecules is sufficiently exhibited.
Claims (6)
The method for producing a single crystal zeolite according to claim 5, wherein the AFI single crystal zeolite and a polynuclear aromatic hydrocarbon having a linear shape in which 2 to 5 benzene rings are condensed are vacuum-sealed in a container and heated.
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