JP7626419B2 - Porous network complex crystal for guest molecule analysis, method for preparing sample for crystal structure analysis, and method for determining molecular structure - Google Patents
Porous network complex crystal for guest molecule analysis, method for preparing sample for crystal structure analysis, and method for determining molecular structure Download PDFInfo
- Publication number
- JP7626419B2 JP7626419B2 JP2020112547A JP2020112547A JP7626419B2 JP 7626419 B2 JP7626419 B2 JP 7626419B2 JP 2020112547 A JP2020112547 A JP 2020112547A JP 2020112547 A JP2020112547 A JP 2020112547A JP 7626419 B2 JP7626419 B2 JP 7626419B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crystal
- pcn
- molecule
- analysis
- transition metal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Nitrogen Condensed Heterocyclic Rings (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Description
本発明は、ゲスト分子解析用の細孔性ネットワーク錯体結晶に関する。更に、前記細孔性ネットワーク錯体結晶を利用した結晶構造解析用試料の作製方法および分子構造決定方法に関する。 The present invention relates to a porous network complex crystal for guest molecule analysis. It also relates to a method for preparing a sample for crystal structure analysis and a method for determining a molecular structure using the porous network complex crystal.
金属イオンと有機配位子からなる細孔性ネットワーク錯体(PCN(Porous Coordination Network))は、溶媒を取り除いても構造を維持できる無限構造であり、その細孔を活用した技術が提案されている。例えば、細孔内のゲストの吸脱着に応じて可逆的に構造変化を起こすPCN(非特許文献1)、2,4,6-トリス(4-ピリジル)トリアジンの配位子とZnBr2とを組み合わせたPCN(非特許文献2,3)、トリピリジルヘキサアザフェナレネート(K+TPHAP-)の配位子とZnI2とを組み合わせたPCNが報告されている(非特許文献4)。また、本発明者らは、先般、2,4,6-トリス(3-ピリジル)ヘキサアザフェナレネートの配位子と塩化コバルト(II)、テレフタル酸を用いたPCNの合成例を報告した(非特許文献5)。 Porous coordination network complexes (PCNs) consisting of metal ions and organic ligands have an infinite structure that can maintain its structure even after the solvent is removed, and technologies utilizing the pores have been proposed. For example, PCNs that undergo reversible structural changes in response to the adsorption and desorption of guests in the pores (Non-Patent Document 1), PCNs combining 2,4,6-tris(4-pyridyl)triazine ligands with ZnBr2 (Non-Patent Documents 2 and 3), and PCNs combining tripyridylhexaazaphenalenate (K + TPHAP - ) ligands with ZnI2 have been reported (Non-Patent Document 4). In addition, the present inventors recently reported a synthesis example of PCN using 2,4,6-tris(3-pyridyl)hexaazaphenalenate ligands, cobalt(II) chloride, and terephthalic acid (Non-Patent Document 5).
PCNはゼオライトや活性炭と比較して非常に大きな表面積を有しており、構造のカスタマイズにより等構造を生成できることから、触媒担体・吸着・分離精製の分野において注目されている。また、ゲスト分子の解析に利用できるPCN結晶を提供できれば、特に、これまで解析が難しいとされてきた中分子(分子量が500~3000程度の分子)の解析が可能なPCN結晶を提供できれば、医薬品開発の飛躍的な加速化が期待できる。しかし、中分子をゲスト分子として取り込むためには、細孔径を大きくすることが求められる。また、解析精度向上のために、PCN結晶の構造的揺らぎを抑制することが望ましい。 Compared to zeolites and activated carbon, PCN has a very large surface area, and isostructures can be generated by customizing its structure, so it has attracted attention in the fields of catalyst support, adsorption, and separation and purification. Furthermore, if it were possible to provide PCN crystals that can be used to analyze guest molecules, and in particular if it were possible to provide PCN crystals that can analyze medium molecules (molecules with molecular weights of about 500 to 3000), which have been considered difficult to analyze until now, it is expected that pharmaceutical development will be dramatically accelerated. However, in order to incorporate medium molecules as guest molecules, it is necessary to increase the pore size. Furthermore, it is desirable to suppress structural fluctuations in PCN crystals in order to improve the accuracy of analysis.
なお、上記においてはゲスト分子として中分子を用いる場合について説明したが、分子量によらず同様の課題が生じ得る。 Note that, although the above describes the case where medium-sized molecules are used as guest molecules, similar issues can arise regardless of the molecular weight.
本発明は上記背景に鑑みてなされたものであり、細孔径が大きく、且つ構造的揺らぎを抑制できるゲスト分子解析用の細孔性ネットワーク錯体結晶、結晶構造解析用試料の作製方法および分子構造決定方法を提供することを第一の目的とする。また、解析用以外の用途にも利用できる細孔性ネットワーク錯体結晶を提供することを第二の目的とする。 The present invention has been made in view of the above background, and has as its first object to provide a porous network complex crystal for guest molecule analysis that has a large pore size and is capable of suppressing structural fluctuations, a method for preparing a sample for crystal structure analysis, and a method for determining a molecular structure. In addition, a second object is to provide a porous network complex crystal that can be used for purposes other than analysis.
本発明者らが鋭意検討を重ねたところ、以下の態様において、本発明の課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
[1]: ゲスト分子解析用の細孔性ネットワーク錯体結晶であって、
三次元ネットワーク構造を有し、ゲスト分子を内包する細孔が形成されており、
前記三次元ネットワーク構造は、三座配位子およびコネクター分子が遷移金属に配位されてなり、
前記三座配位子は、3-ピリジニル基の窒素原子がそれぞれ配位子として機能する下記一般式(I)で表される3分岐構造の化合物であり(但し、Wはヘテロ原子を含んでいてもよい芳香族基)、
前記3-ピリジニル基の軸の自由回転が抑制されたゲスト分子解析用の細孔性ネットワーク錯体結晶。
[2]: 前記遷移金属には、更に溶媒分子が配位しており、前記遷移金属と前記溶媒分子の配位結合は、前記遷移金属と前記三座配位子および前記遷移金属と前記コネクター分子の配位結合よりも弱い[1]に記載のゲスト分子解析用の細孔性ネットワーク錯体結晶。
[3]: 前記遷移金属は2価の金属である[1]または[2]に記載のゲスト分子解析用の細孔性ネットワーク錯体結晶。
[4]: 前記細孔は、ハニカム状の孔部と、前記ハニカム状の孔部同士を連通させる、当該ハニカム状の孔部よりもサイズの小さい孔部を含む[1]~[3]のいずれかに記載のゲスト分子解析用の細孔性ネットワーク錯体結晶。
[5]: 前記三座配位子が一般式(II)で表される[1]~[4]いずれかに記載のゲスト分子解析用の細孔性ネットワーク錯体結晶。
[7]: 解析対象化合物を溶媒に溶解した試料を用意し、
前記試料に、
[1]~[6]のいずれかに記載のゲスト分子解析用の細孔性ネットワーク錯体結晶を分散させ、
前記細孔性ネットワーク錯体結晶の細孔内に、前記解析対象化合物を取り込む結晶構造解析用試料の作製方法。
[8]: [7]に記載の結晶構造解析用試料の作製方法により得られた結晶構造解析用試料を用いて、結晶構造解析を行うことを特徴とする解析対象化合物の分子構造決定方法。
As a result of extensive investigations, the present inventors have found that the problems of the present invention can be solved in the following aspect, and have thus completed the present invention.
[1]: A porous network complex crystal for guest molecule analysis,
It has a three-dimensional network structure and has pores that contain guest molecules.
the three-dimensional network structure is formed by coordinating a tridentate ligand and a connector molecule to a transition metal;
The tridentate ligand is a compound having a three-branched structure represented by the following general formula (I) in which the nitrogen atoms of the 3-pyridinyl group each function as a ligand (wherein W is an aromatic group which may contain a heteroatom):
A porous network complex crystal for analyzing guest molecules in which the free rotation of the 3-pyridinyl group axis is restricted.
[2]: The porous network complex crystal for guest molecule analysis according to [1], wherein a solvent molecule is further coordinated to the transition metal, and the coordinate bond between the transition metal and the solvent molecule is weaker than the coordinate bonds between the transition metal and the tridentate ligand and between the transition metal and the connector molecule.
[3]: The porous network complex crystal for guest molecule analysis according to [1] or [2], wherein the transition metal is a divalent metal.
[4]: The porous network complex crystal for guest molecule analysis according to any one of [1] to [3], wherein the pores include honeycomb-shaped pores and pores that are smaller in size than the honeycomb-shaped pores and connect the honeycomb-shaped pores to each other.
[5]: The porous network complex crystal for guest molecule analysis according to any one of [1] to [4], wherein the tridentate ligand is represented by general formula (II):
[7]: Prepare a sample by dissolving the target compound in a solvent;
The sample is
Dispersing the porous network complex crystal for guest molecule analysis according to any one of [1] to [6];
A method for preparing a sample for crystal structure analysis, comprising incorporating the compound to be analyzed into the pores of the porous network complex crystal.
[8]: A method for determining the molecular structure of a compound to be analyzed, comprising carrying out crystal structure analysis using a sample for crystal structure analysis obtained by the method for preparing a sample for crystal structure analysis described in [7].
本発明によれば、細孔径が大きく、且つ構造的揺らぎを抑制できるゲスト分子解析用の細孔性ネットワーク錯体結晶、結晶構造解析用試料の作製方法および分子構造決定方法を提供できるという優れた効果を奏する。 The present invention has the excellent effect of providing a porous network complex crystal for guest molecule analysis that has a large pore size and can suppress structural fluctuations, a method for preparing a sample for crystal structure analysis, and a method for determining a molecular structure.
以下、本発明を適用した実施形態の一例について説明する。なお、本発明の趣旨に合致する限り、他の実施形態も本発明の範疇に含まれる。また、以降の図における各部のサイズや比率は、説明の便宜上のものであり、これに限定されるものではない。 Below, an example of an embodiment to which the present invention is applied is described. Note that other embodiments are also included within the scope of the present invention as long as they are consistent with the spirit of the present invention. Also, the size and proportions of each part in the following figures are for the convenience of explanation and are not intended to be limiting.
本実施形態に係るゲスト分子解析用の細孔性ネットワーク錯体(以下、PCNという)結晶は、三次元ネットワーク構造を有する。この三次元ネットワーク構造は、三座配位子およびコネクター分子が遷移金属に配位されてなる。また、PCN結晶には、ゲスト分子を内包する細孔が形成されている。 The porous network complex (hereinafter referred to as PCN) crystal for guest molecule analysis according to this embodiment has a three-dimensional network structure. This three-dimensional network structure is formed by coordinating a tridentate ligand and a connector molecule to a transition metal. In addition, the PCN crystal has pores that contain guest molecules.
三座配位子は、3-ピリジニル基の窒素原子がそれぞれ配位子として機能する下記一般式(I)で表される3分岐構造の化合物である。
三座配位子の3-ピリジニル基の窒素原子がそれぞれ遷移金属に配位され、当該配位によって、3-ピリジニル基の軸の自由回転が抑制されている。
The tridentate ligand is a compound having a three-branched structure represented by the following general formula (I) in which the nitrogen atoms of the 3-pyridinyl group each function as a ligand.
The nitrogen atoms of the 3-pyridinyl groups of the tridentate ligand are each coordinated to a transition metal, and the free rotation of the axis of the 3-pyridinyl group is restricted by the coordination.
コネクター分子は二座配位子であり、当該コネクター分子の重心と、前記二座配位子のそれぞれの配位子との成す角度を70~180°とする。ここでいう重心とは、コネクター分子の質量中心である。 The connector molecule is a bidentate ligand, and the angle between the center of gravity of the connector molecule and each ligand of the bidentate ligand is 70 to 180°. The center of gravity here refers to the center of mass of the connector molecule.
ところで、上記非特許文献2,3で開示したPCNに用いられる三座配位子は、2,5,8トリ(4’‐ピリジル)-1,3,4,6,7,9-ヘキサアザフェナレン(4-TPHAP-)であり,4-ピリジニル基を3つ有する3分岐構造の化合物である。この4-ピリジニル基の軸は図1(a)に示すように自由回転しており、同図に示すように対称性に優れる。そして、この4-ピリジニル基の窒素と遷移金属が配位したPCNにおいても、4-ピリジニル基の軸の自由回転自体は阻害されない。 Incidentally, the tridentate ligand used in the PCN disclosed in the above Non-Patent Documents 2 and 3 is 2,5,8-tri(4'-pyridyl)-1,3,4,6,7,9-hexaazaphenalene (4-TPHAP - ), which is a compound with a three-branched structure having three 4-pyridinyl groups. The axis of this 4-pyridinyl group rotates freely as shown in FIG. 1(a), and as shown in the same figure, the symmetry is excellent. Furthermore, even in PCN in which the nitrogen of this 4-pyridinyl group is coordinated with a transition metal, the free rotation of the axis of the 4-pyridinyl group itself is not inhibited.
これに対して、本実施形態で用いるPCN結晶の三座配位子は、一般式(I)に示すように3つの3-ピリジニル基を配位子とする3分岐構造の化合物である。この三座配位子は、図1(b)に示すように、3-ピリジニル基の軸の自由回転によりトポロジー的な構造の自由度が増す。換言すると、3-ピリジニル基を有する3分岐構造の三座配位子を用いることによって、対称性を低下させた構造を取り得る。 In contrast, the tridentate ligand of the PCN crystal used in this embodiment is a compound with a three-branched structure with three 3-pyridinyl groups as ligands, as shown in general formula (I). As shown in FIG. 1(b), this tridentate ligand increases the degree of freedom of the topological structure due to the free rotation of the axis of the 3-pyridinyl group. In other words, by using a tridentate ligand with a three-branched structure having a 3-pyridinyl group, a structure with reduced symmetry can be obtained.
また、本実施形態で用いるPCN結晶は、3-ピリジニル基の窒素と遷移金属の結合によって、ピリジニル基の軸の自由回転が阻害される。3-ピリジニル基の自由回転の抑制によって、4-ピリジニル基を有する3分岐構造の三座配位子を用いる場合よりも、動的運動を低減させることができる。その結果、ゲスト分子の解析精度向上効果、並びにこれまで解析が難しかったゲスト分子の解析を行うことが期待できる。加えて、3-ピリジニル基を有する3分岐構造の三座配位子を有するPCN結晶を用いることによって、細孔の開口径を広げることができる。 In addition, in the PCN crystal used in this embodiment, the free rotation of the axis of the pyridinyl group is inhibited by the bond between the nitrogen of the 3-pyridinyl group and the transition metal. By inhibiting the free rotation of the 3-pyridinyl group, it is possible to reduce dynamic movement more than when a tridentate ligand with a three-branched structure having a 4-pyridinyl group is used. As a result, it is expected that the analytical accuracy of guest molecules will be improved, and that it will be possible to analyze guest molecules that have been difficult to analyze until now. In addition, by using a PCN crystal having a tridentate ligand with a three-branched structure having a 3-pyridinyl group, the opening diameter of the pores can be widened.
三次元ネットワークの細孔は、三座配位子およびコネクター分子が遷移金属と配位結合を介して複数組み合わされて、規則的に形成される。細孔の形状は、用いる原料分子により変わり得る。好適な例として、ハニカム状の孔部と、このハニカム状の孔部同士を連通させる、当該ハニカム状の孔部よりもサイズの小さい孔部を含む態様が例示できる。三座配位子、コネクター分子および遷移金属の種類に応じて、細孔の開口径のサイズを容易に調整することができる。 The pores of the three-dimensional network are regularly formed by combining multiple tridentate ligands and connector molecules with the transition metal via coordinate bonds. The shape of the pores can vary depending on the raw material molecules used. A suitable example is an embodiment that includes honeycomb-shaped pores and pores that are smaller than the honeycomb-shaped pores and connect the honeycomb-shaped pores to each other. The opening size of the pores can be easily adjusted depending on the type of tridentate ligand, connector molecule, and transition metal.
三座配位子は、上記式(I)を満たし、3つの3-ピリジニル基の窒素原子をそれぞれ配位子とする化合物であり、コネクター分子および遷移金属と共にPCN結晶を形成できる化合物であればよく限定されないが、二次元ネットワークを形成するために実質的に平面形状の三座配位子を用いることが好ましい。また、三座配位子の3-ピリジニル基を頂点とする三角形型であることが好ましい。式(1)中のWは、π-π相互作用が可能な非局在化した芳香族平面であることが好ましい。三座配位子は一種単独で用いても二種以上を併用して用いてもよい。 The tridentate ligand is a compound that satisfies the above formula (I) and has three nitrogen atoms of the 3-pyridinyl groups as ligands, and is not limited as long as it can form a PCN crystal together with the connector molecule and the transition metal, but it is preferable to use a tridentate ligand that is substantially planar in shape to form a two-dimensional network. It is also preferable that the tridentate ligand is triangular with the 3-pyridinyl groups of the tridentate ligand as vertices. W in formula (1) is preferably a delocalized aromatic plane capable of π-π interactions. The tridentate ligand may be used alone or in combination of two or more types.
三座配位子の好適例として、一般式(II)で表される化合物を例示できる。
特に好適な三座配位子として、下記式から選択される化合物群から選ばれる化合物を例示できる。
遷移金属の種類は特に限定されない。具体例としては、銅、クロム、カドミウム、亜鉛、コバルトが例示できる。遷移金属の価数は特に限定されないが、PCN結晶の合成しやすさの観点からは2価であることが好ましい。遷移金属は複数種用いることも可能であるが、構造解析の簡易性の観点からは単独で用いることが好ましい。 The type of transition metal is not particularly limited. Specific examples include copper, chromium, cadmium, zinc, and cobalt. The valence of the transition metal is not particularly limited, but from the viewpoint of ease of synthesis of PCN crystals, it is preferable that the transition metal is divalent. It is possible to use multiple types of transition metals, but from the viewpoint of ease of structural analysis, it is preferable to use a single transition metal.
コネクター分子の配位子は、窒素原子、酸素原子、リン原子などのヘテロ原子が例示できる。窒素原子は、例えばアミノ基、ピリジニル基の窒素を用いることができる。酸素原子は、例えばカルボキシ基、カルボニル基、水酸基、ニトロ基の酸素を用いることができる。リン原子は、例えばフェニルホスフィン基のリンを用いることができる。コネクター分子の二座配位子のそれぞれの配位子と当該コネクター分子の重心との成す角度は、90°以上が好ましく、110°以上がより好ましく、140°以上が更に好ましく、160°以上が特に好ましい。 Examples of the ligand of the connector molecule include heteroatoms such as nitrogen atoms, oxygen atoms, and phosphorus atoms. The nitrogen atom can be, for example, the nitrogen of an amino group or a pyridinyl group. The oxygen atom can be, for example, the oxygen of a carboxy group, a carbonyl group, a hydroxyl group, or a nitro group. The phosphorus atom can be, for example, the phosphorus of a phenylphosphine group. The angle between each ligand of the bidentate ligand of the connector molecule and the center of gravity of the connector molecule is preferably 90° or more, more preferably 110° or more, even more preferably 140° or more, and particularly preferably 160° or more.
コネクター分子の好適例としては、下記化合物が例示できる。
本実施形態のPCN結晶は種々の形態を取り得る。図2にPCN結晶の構造単位の一例を、図3に、このPCN結晶の一部の構造図を示す。PCN結晶1の構造単位は、図2の例においては、4つの遷移金属3(Co2+)が、2つの三座配位子2と3つのコネクター分子4(テレフタル酸のカルボキシ基)に配位して形成されてなる。また、遷移金属は、2分子の溶媒分子5(DMF)が遷移金属に配位している。また、細孔は、図3の例においては、ハニカム状に配列され、六角形状の細孔6を有する三次元ネットワーク構造を有する。PCN結晶の安定性の観点からは、二次元ネットワークの六角形状の開口部は巨視的視点において六角形状であることが好ましい。 The PCN crystal of this embodiment can take various forms. FIG. 2 shows an example of a structural unit of a PCN crystal, and FIG. 3 shows a structural diagram of a part of this PCN crystal. In the example of FIG. 2, the structural unit of the PCN crystal 1 is formed by coordinating four transition metals 3 (Co 2+ ) with two tridentate ligands 2 and three connector molecules 4 (carboxy groups of terephthalic acid). In addition, two solvent molecules 5 (DMF) are coordinated to the transition metal. In the example of FIG. 3, the pores are arranged in a honeycomb shape and have a three-dimensional network structure having hexagonal pores 6. From the viewpoint of the stability of the PCN crystal, it is preferable that the hexagonal openings of the two-dimensional network are hexagonal from a macroscopic viewpoint.
更に、図2のPCN結晶においては、合成時に用いた溶媒分子であるDMF2分子が単位構造あたりコバルトイオンに配位している。このような単位結晶に取り込まれる溶媒分子は、遷移金属との結合が、遷移金属と三座配位子の配位結合、並びに遷移金属とコネクター分子の配位結合よりも弱いことが好ましい。このような溶媒分子を結晶構造単位に取り込むことにより、ゲスト分子を解析する際の構造の揺らぎを減少させ、解析精度を高める効果が期待できる。また、取り込むゲスト分子に応じて溶媒置換することも可能になり、解析対象を増加させることが期待できる。更に、細孔内部のこれらの溶媒分子を、解析上で確認することが可能となる。 Furthermore, in the PCN crystal of Figure 2, two DMF molecules, which are the solvent molecules used during synthesis, are coordinated to the cobalt ion per unit structure. The solvent molecules incorporated into such unit crystals preferably have a weaker bond with the transition metal than the coordinate bond between the transition metal and the tridentate ligand and the coordinate bond between the transition metal and the connector molecule. By incorporating such solvent molecules into the crystal structure unit, it is expected that the structural fluctuations when analyzing guest molecules will be reduced and the analytical accuracy will be improved. It will also be possible to replace the solvent depending on the guest molecule to be incorporated, which is expected to increase the number of objects to be analyzed. Furthermore, it will be possible to confirm these solvent molecules inside the pores through analysis.
図2のPCN結晶1のCo2+は、図5の部分拡大図に示すように、三座配位子の3-ピリジニル基の窒素原子およびテレフタル酸のカルボキシ基に配位する。この例においては、三座配位子の3-ピリジニル基のうちの2つは図4に示すように近接するように配置され、Co2+を介して1つのテレフタル酸により固定されている。このように、PCN結晶1の三座配位子2は対称性の低い構造で固定されている。3-ピリジニル基を用いることにより構造的な揺らぎを抑制し、フレームワーク構造を剛直化すると共に、構造の周期性を高め、結晶性を挙げることが可能となる。このため、構造解析に好適な結晶を提供できる。 As shown in the partially enlarged view of FIG. 5, the Co 2+ of the PCN crystal 1 in FIG. 2 is coordinated to the nitrogen atom of the 3-pyridinyl group of the tridentate ligand and the carboxyl group of the terephthalic acid. In this example, two of the 3-pyridinyl groups of the tridentate ligand are arranged close to each other as shown in FIG. 4, and are fixed by one terephthalic acid via Co 2+ . In this way, the tridentate ligand 2 of the PCN crystal 1 is fixed in a structure with low symmetry. By using the 3-pyridinyl group, it is possible to suppress structural fluctuation, rigidify the framework structure, increase the periodicity of the structure, and improve the crystallinity. For this reason, a crystal suitable for structural analysis can be provided.
コネクター分子の構造、三座配位子の構造を変更することにより、細孔の形状を調節することが可能である。ネットワーク構造を形成する原子のファンデルワールス半径の球で充填されていない細孔を立方体とみなしたときの体対角距離として表される細孔のサイズは、例えば、0.8~1.2nmである。細孔の開口部で切り口をつくり、その切り口を四角形とみなした時の短軸方向距離と定義されるPCN結晶の細孔の最大径は限定されないが、結晶構造解析用試料として利用する観点からは1.5~5.0nmであることが好ましい。より好ましくは2.0~5.0nmであり、更に好ましくは2.5~5.0nmある。細孔の開口径は、主として三座配位子の種類により決定される。二次元ネットワークの細孔の開口径のサイズを1.5nm以上とすることにより、例えば分子量が100~7000程度の分子の化合物を選択的に中空内に取り込むことができ、結晶構造解析をはじめとする種々の用途に応用することが可能となる。 The shape of the pores can be adjusted by changing the structure of the connector molecules and the structure of the tridentate ligand. The size of the pores, expressed as the body diagonal distance when the pores not filled with spheres of the van der Waals radius of the atoms forming the network structure are considered as cubes, is, for example, 0.8 to 1.2 nm. The maximum diameter of the pores of the PCN crystal, which is defined as the short axis distance when a cut is made at the opening of the pore and the cut is considered as a rectangle, is not limited, but from the viewpoint of using it as a sample for crystal structure analysis, it is preferably 1.5 to 5.0 nm. It is more preferably 2.0 to 5.0 nm, and even more preferably 2.5 to 5.0 nm. The opening diameter of the pores is mainly determined by the type of tridentate ligand. By making the opening diameter size of the pores of the two-dimensional network 1.5 nm or more, it is possible to selectively incorporate compounds with molecular weights of, for example, about 100 to 7000 into the hollow, making it possible to apply it to various uses including crystal structure analysis.
本実施形態に係るPCN結晶は、例えば医薬品やペプチド等の分子量の高いゲスト分子結晶構造解析用の結晶として好適である。また、図2に示したように、有機溶媒を配位子として有する結晶とすることにより、溶媒分子に対するゲスト分子の位置も解析できる。更に、この有機溶媒と遷移金属との結合を、三座配位子と遷移金属、並びにコネクター分子と遷移金属との配位結合よりも弱いものとすることにより、他の溶媒分子に置換する自由度を高めることができる。従って、ゲスト分子に応じてPCN結晶の細孔の環境場を調整することが可能となる。これらの効果より、結晶構造解析の精度を高めることが期待できる。 The PCN crystal according to this embodiment is suitable as a crystal for analyzing the crystal structure of guest molecules with high molecular weights, such as pharmaceuticals and peptides. In addition, as shown in FIG. 2, by forming a crystal having an organic solvent as a ligand, the position of the guest molecule relative to the solvent molecule can also be analyzed. Furthermore, by making the bond between this organic solvent and the transition metal weaker than the coordinate bond between the tridentate ligand and the transition metal, and between the connector molecule and the transition metal, the degree of freedom to replace it with other solvent molecules can be increased. Therefore, it is possible to adjust the environmental field of the pores of the PCN crystal according to the guest molecule. These effects are expected to improve the accuracy of crystal structure analysis.
上記においては、解析用として用いる例を挙げたが、物質の精製処理や閉鎖空間での反応場としての応用にも好適である。また、ゼオライトなどに比べて表面積が格段に高いことから、吸着材、浄化用途などへの応用が期待できる。更に、有機物などをセンシングする用途、即ち化学センサ材料として利用できる。また、UV光などの外部刺激に対して、吸着しているゲスト分子を放出するドラッグデリバリーシステムなどへの応用が期待できる。 Although the above examples show its use for analysis, it is also suitable for applications such as refining substances and as a reaction field in closed spaces. In addition, since its surface area is significantly larger than that of zeolites, it can be used as an adsorbent or for purification purposes. It can also be used for sensing organic substances, i.e. as a chemical sensor material. It can also be used in drug delivery systems that release adsorbed guest molecules in response to external stimuli such as UV light.
(製造方法)
次に、PCN結晶の製造方法の一例について説明する。但し、本発明のPCN結晶の製造方法は以下の方法に限定されるものではない。
(Production method)
Next, an example of a method for producing PCN crystals will be described, although the method for producing PCN crystals of the present invention is not limited to the following method.
まず、三座配位子と、遷移金属または遷移金属化合物と、コネクター分子を容器に入れて加温し、ソルボサーマル法により合成することができる。これにより、自己組織化的にワンポット反応により細孔を有するPCN結晶を製造できる。PCNの合成後、洗浄を充分に行うことにより結晶が得られる。ソルボサーマル法に代えて、溶液拡散法、電気化学合成法、マイクロ波照射法、メカノケミカル合成法、超音波合成法によりPCNを合成してもよい。溶媒やその濃度、金属と配位子のモル比、温度、金属イオンを変えることにより種々のPCNを合成できる。 First, a tridentate ligand, a transition metal or transition metal compound, and a connector molecule are placed in a container and heated, and synthesis can be performed using the solvothermal method. This allows PCN crystals with pores to be produced by a one-pot reaction in a self-organizing manner. After synthesis of PCN, crystals can be obtained by thorough washing. Instead of the solvothermal method, PCN can also be synthesized using the solution diffusion method, electrochemical synthesis method, microwave irradiation method, mechanochemical synthesis method, or ultrasonic synthesis method. Various PCNs can be synthesized by changing the solvent and its concentration, the molar ratio of metal to ligand, temperature, and metal ions.
用いる三座配位子と遷移金属のモル比は、1:1~1:10、好ましくは1:1~1:5、より好ましくは1:1~1:3である。コネクター分子と遷移金属のモル比は、1:1~1:7、好ましくは1:1~1:5、より好ましくは1:1~1:3である。 The molar ratio of the tridentate ligand to the transition metal used is 1:1 to 1:10, preferably 1:1 to 1:5, and more preferably 1:1 to 1:3. The molar ratio of the connector molecule to the transition metal is 1:1 to 1:7, preferably 1:1 to 1:5, and more preferably 1:1 to 1:3.
用いる有機溶媒としては、三座配位子、遷移金属をそれぞれ均一に溶解できる溶媒であればよく、特に限定されない。溶媒としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、1,2-ジクロロベンゼン、メシチレン、ニトロベンゼン等の芳香族炭化水素類;ジメチルスルホキシド(DMSO)等のスルホキシド類;N,N-ジメチルホルムアミド等のアミド類;テトラヒドロフラン、1,2-ジメトキシエタン、1,4-ジオキサン等のエーテル類;メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類等が例示できる。溶媒は一種単独で用いても、二種以上を併用して用いてもよい。
これらの中でも、より収率よく本発明の細孔性ネットワーク錯体を合成することができることから、遷移金属化合物の溶媒として芳香族炭化水素類が好ましく、ニトロベンゼンがより好ましい。また、三座有機配位子の溶媒としては、芳香族炭化水素類、スルホキシド類が好ましく、スルホキシド類が特に好ましい。
The organic solvent used is not particularly limited as long as it can uniformly dissolve the tridentate ligand and the transition metal. Examples of the solvent include aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, chlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, mesitylene, and nitrobenzene; sulfoxides such as dimethyl sulfoxide (DMSO); amides such as N,N-dimethylformamide; ethers such as tetrahydrofuran, 1,2-dimethoxyethane, and 1,4-dioxane; alcohols such as methanol, ethanol, and isopropyl alcohol; and ketones such as acetone and methyl ethyl ketone. The solvent may be used alone or in combination of two or more.
Among these, aromatic hydrocarbons are preferred as the solvent for the transition metal compound, and nitrobenzene is more preferred, because the porous network complex of the present invention can be synthesized in a higher yield. Furthermore, aromatic hydrocarbons and sulfoxides are preferred as the solvent for the tridentate organic ligand, and sulfoxides are particularly preferred.
析出したPCN結晶は濾取により回収できる。PCN結晶の構造は、元素分析、IR、UV吸収スペクトル、可視光吸収スペクトル、X線単結晶構造解析等により確認できる。 The precipitated PCN crystals can be collected by filtration. The structure of the PCN crystals can be confirmed by elemental analysis, IR, UV absorption spectroscopy, visible light absorption spectroscopy, X-ray single crystal structure analysis, etc.
(結晶構造解析用試料の作製方法)
次に、本実施形態に係る結晶構造解析用試料の作製方法について説明する。本実施形態に係る結晶構造解析用試料の作製は、本実施形態のPCN結晶の細孔内に解析対象化合物を取り込み、当該化合物の構造解析用試料とするものである。
(Method of preparing a sample for crystal structure analysis)
Next, a method for preparing a sample for crystal structure analysis according to the present embodiment will be described. The preparation of the sample for crystal structure analysis according to the present embodiment involves incorporating a compound to be analyzed into the pores of the PCN crystal of the present embodiment, and using the compound as a sample for structure analysis.
まず、解析対象化合物を溶媒に溶解した試料を用意し、この試料に、本実施形態に係るPCN結晶を分散させる。そして、PCN結晶の細孔内に解析対象化合物を取り込み、溶媒を留去する工程等を経て作製される。 First, a sample is prepared by dissolving the compound to be analyzed in a solvent, and the PCN crystal according to this embodiment is dispersed in this sample. The compound to be analyzed is then incorporated into the pores of the PCN crystal, and the solvent is distilled off, etc., to produce the crystal.
解析対象化合物を含む混合物とPCN結晶を接触させ、解析対象化合物の分子をPCN結晶の細孔に取り込ませる方法としては、公知の方法により行うことが可能である。 The mixture containing the compound to be analyzed can be brought into contact with the PCN crystal and the molecules of the compound to be analyzed can be incorporated into the pores of the PCN crystal by a known method.
解析対象化合物は、PCN結晶の細孔に入り得る大きさのものである限り、特に限定されない。低分子化合物、医薬品等の中分子化合物、キラル化合物等の多岐にわたる化合物に適用できる。例えば、分子量50~7000程度の分子を解析できる。好適には、5000以下の化合物であることが好ましく、より好ましくは480~4000,特に好ましくは500~3000である。 The compounds to be analyzed are not particularly limited as long as they are of a size that can enter the pores of the PCN crystal. It can be applied to a wide variety of compounds, including low molecular weight compounds, medium molecular weight compounds such as pharmaceuticals, and chiral compounds. For example, molecules with a molecular weight of about 50 to 7000 can be analyzed. Compounds with a molecular weight of 5000 or less are preferable, with 480 to 4000 being more preferable, and 500 to 3000 being particularly preferable.
PCN結晶と、前記解析対象化合物を接触させる方法は特に限定されない。例えば、解析対象化合物の溶液を調製し、PCN結晶をこの溶液と接触させる方法や、解析対象化合物が液体又は気体である場合は、直接、PCN結晶を解析対象化合物と接触させる方法により解析対象化合物の分子をPCN結晶の細孔に取り込ませることができる。この中でも、より良質の結晶構造解析用試料が得られ易いことから、解析対象化合物の溶液を調製し、PCN結晶をこの溶液と接触させる方法が好ましい。 The method of contacting the PCN crystal with the target compound is not particularly limited. For example, a solution of the target compound may be prepared and the PCN crystal may be brought into contact with this solution, or, if the target compound is a liquid or gas, the molecules of the target compound may be incorporated into the pores of the PCN crystal by directly contacting the PCN crystal with the target compound. Among these, the method of preparing a solution of the target compound and contacting the PCN crystal with this solution is preferred because it is easier to obtain a higher quality sample for crystal structure analysis.
また、解析対象化合物を含む溶液を用いる場合や、解析対象化合物が液体である場合において、解析対象化合物を含む溶液等に前記単結晶を浸漬させる方法、前記単結晶をキャピラリーの中に詰めた後、解析対象化合物を含む溶液等を、そのキャピラリー内を通過させる方法等により、接触操作を行うことができる。 In addition, when a solution containing the target compound is used or when the target compound is liquid, the contact operation can be performed by immersing the single crystal in a solution containing the target compound, or by filling the single crystal into a capillary and then passing a solution containing the target compound through the capillary.
解析対象化合物を含む溶液の溶媒は、用いる単結晶を溶解せず、かつ、解析対象化合物を溶解するものであればよい。また、有機溶媒としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、1,2-ジクロロベンゼン、ニトロベンゼン、メシチレン等の芳香族炭化水素類;n-ブタン、n-ペンタン、n-ヘキサン、n-ヘプタン等の脂肪族炭化水素類;シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン等の脂環式炭化水素類;アセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル類;ジメチルスルホキシド(DMSO)等のスルホキシド類;N,N-ジメチルホルムアミド、n-メチルピロリドン等のアミド類;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,2-ジメトキシエタン、1,4-ジオキサン等のエーテル類;メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、1,2-ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類;酢酸メチル、酢酸エチル、乳酸エチル、プロピオン酸エチル等のエステル類;水;等が挙げられる。溶媒は一種単独または二種以上を併用して用いることができる。 The solvent of the solution containing the target compound may be any solvent that does not dissolve the single crystal used and dissolves the target compound. Examples of organic solvents include aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, chlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, nitrobenzene, and mesitylene; aliphatic hydrocarbons such as n-butane, n-pentane, n-hexane, and n-heptane; alicyclic hydrocarbons such as cyclopentane, cyclohexane, and cycloheptane; nitriles such as acetonitrile and benzonitrile; sulfoxides such as dimethyl sulfoxide (DMSO); amides such as N,N-dimethylformamide and n-methylpyrrolidone; ethers such as diethyl ether, tetrahydrofuran, 1,2-dimethoxyethane, and 1,4-dioxane; alcohols such as methanol, ethanol, and isopropyl alcohol; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, and cyclohexanone; halogenated hydrocarbons such as dichloromethane, chloroform, carbon tetrachloride, and 1,2-dichloroethane; esters such as methyl acetate, ethyl acetate, ethyl lactate, and ethyl propionate; and water. The solvents can be used alone or in combination of two or more.
解析対象化合物と本実施形態に係るPCN結晶の接触時間は特に限定されないが、通常、数分~数日である。化合物によっては、適宜、接触時間をより短時間化、または長時間化することが可能である。接触温度は例えば-30~200℃の範囲とすることができ、特に限定されない。解析対象化合物の取扱容易な温度で接触させることが好ましい。 The contact time between the compound to be analyzed and the PCN crystal of this embodiment is not particularly limited, but is usually several minutes to several days. Depending on the compound, the contact time can be shortened or lengthened as appropriate. The contact temperature can be in the range of, for example, -30 to 200°C, and is not particularly limited. It is preferable to contact the compound to be analyzed at a temperature at which it is easy to handle.
結晶構造解析用試料は、PCN結晶の細孔内に、解析対象化合物の分子が取り込まれてなるものである。細孔の開口径のサイズより、解析対称化合物は細孔内に規則的に配列されることになる。なお、ここでいう規則的に配列されるとは、解析対象化合物の分子が、結晶構造解析によって構造を決定することができる程度に細孔内に取り込まれていることをいう。 A sample for crystal structure analysis is one in which molecules of the compound to be analyzed are incorporated into the pores of a PCN crystal. Due to the size of the opening diameter of the pores, the compound to be analyzed is arranged regularly within the pores. Regularly arranged here means that the molecules of the compound to be analyzed are incorporated into the pores to an extent that their structure can be determined by crystal structure analysis.
結晶構造解析用試料は、解析対象化合物の分子構造を決定することができるものであればよく、PCN結晶のすべての細孔内に解析対象化合物の分子が取り込まれている必要はない。解析対象化合物の分子構造は、上記結晶構造解析用試料を用いて、解析対象化合物の結晶構造解析を行うことにより決定される。構造解析は、X線回折、中性子線回折等を利用できる。結晶構造解析用試料の作製方法により得られた結晶構造解析用試料を用いて、結晶構造解析を行うことで、解析対象化合物の分子構造を決定することができる。 The sample for crystal structure analysis may be one that can determine the molecular structure of the compound to be analyzed, and it is not necessary that the molecules of the compound to be analyzed are incorporated into all of the pores of the PCN crystal. The molecular structure of the compound to be analyzed is determined by performing crystal structure analysis of the compound to be analyzed using the above-mentioned sample for crystal structure analysis. X-ray diffraction, neutron diffraction, etc. can be used for the structure analysis. The molecular structure of the compound to be analyzed can be determined by performing crystal structure analysis using the sample for crystal structure analysis obtained by the method for preparing a sample for crystal structure analysis.
[実施例]
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
[Example]
The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.
(実験例1)
[2,5,8トリ(3’‐ピリジル)-1,3,4,6,7,9-ヘキサアザフェナレンカリウム(3-TPHAPK)の合成]
3-アミジノピリジン塩酸塩4.1g(26.0mmol)とカリウムトリシアノメチド0.86g(6.7mmol)を乳鉢で良くかきまぜた後、耐圧容器に移し180℃で20時間加熱した。得られた黒色固体を乳鉢に移しすりつぶして粒径を小さくした後、蒸留水300cm3を加え、3時間室温で撹拌し、ろ過を行った。その後、酢酸エチルを用いて不純物を有機層が無色になるまで抽出した。そして、ロータリーエバポレーターを用いて水層を乾固させた。得られた褐色固体を5M塩酸に飽和溶液となるよう溶解させた。その後、5M水酸化カリウム水溶液を少しずつ滴下し、固体の析出が止まるまで加えた。析出した固体をろ過した。得られた固体をメタノールに溶解させ、アセトンをその三倍量以上加え、ろ過した後、ろ液を減圧下乾固することにより、黄土色粉末286mg(0.65mol、収率:9%)を得た。
(Experimental Example 1)
[Synthesis of 2,5,8-tri(3'-pyridyl)-1,3,4,6,7,9-hexaazaphenalene potassium (3-TPHAPK)]
4.1 g (26.0 mmol) of 3-amidinopyridine hydrochloride and 0.86 g (6.7 mmol) of potassium tricyanomethide were thoroughly mixed in a mortar, then transferred to a pressure vessel and heated at 180° C. for 20 hours. The obtained black solid was transferred to a mortar and ground to reduce the particle size, then 300 cm 3 of distilled water was added, stirred at room temperature for 3 hours, and filtered. Then, impurities were extracted using ethyl acetate until the organic layer became colorless. Then, the aqueous layer was dried using a rotary evaporator. The obtained brown solid was dissolved in 5 M hydrochloric acid to a saturated solution. Then, 5 M aqueous potassium hydroxide solution was added dropwise until the precipitation of solids stopped. The precipitated solid was filtered. The obtained solid was dissolved in methanol, acetone was added in an amount three times the amount, filtered, and the filtrate was dried under reduced pressure to obtain 286 mg (0.65 mol, yield: 9%) of ocher powder.
NMRおよび元素分析結果は以下の通りであり、式(VI)に示す化合物が得られたことを確認した。
calcd. (%) for C 22.7 H 23.08 KN 9 O 4.84 (=C 22 H 12 N 9 K (CH 4 O) 0.70 (H 2 O) 4.14 ): C, 50.63; H,4.32; N,23.41;. Found: C, 50.63; H,4.09; N, 23.41.
The results of NMR and elemental analysis are as follows, and it was confirmed that the compound represented by formula (VI) was obtained.
calcd. (%) for C 22.7 H 23.08 KN 9 O 4.84 (=C 22 H 12 N 9 K (CH 4 O) 0.70 (H 2 O) 4.14 ): C, 50.63; H,4.32; N,23.41;. Found: C, 50.63; H,4.09; N, 23.41.
[PCNの合成]
次いで、上記3-KTPHAP15.8mg(35.82μmol)、テレフタル酸(BDC)17.9mg(107.7μmol)、塩化コバルト(II)25.1mg(193.3μmol)を耐圧容器の中に入れ、脱水DMFを10cm3入れて80℃で7日間反応させることにより赤紫色結晶45.1mg(17.5μmol)を得た。収率は97.7%であった。
元素分析結果を以下に示す。
calcd (%) for Co4C98.45H140.15N32.55(= Co4C92H92N26O16(C3H7NO)2.15(H2O)16.55): C, 45.96; H,5.49; N,15.33;. Found: C, 45.96; H, 5.49; N, 15.55.
[Synthesis of PCN]
Next, 15.8 mg (35.82 μmol) of the above 3-KTPHAP, 17.9 mg (107.7 μmol) of terephthalic acid (BDC), and 25.1 mg (193.3 μmol) of cobalt (II) chloride were placed in a pressure-resistant vessel, and 10 cm3 of dehydrated DMF was added and reacted at 80° C. for 7 days to obtain 45.1 mg (17.5 μmol) of reddish purple crystals. The yield was 97.7%.
The results of the elemental analysis are shown below.
calcd (%) for Co4C98.45H140.15N32.55(= Co4C92H92N26O16(C3H7NO)2.15(H2O)16.55): C, 45.96; H,5.49; N,15.33;. Found: C, 45.96; H, 5.49; N, 15.55.
[PCN結晶の構造]
図6に、実施例1に係るPCN結晶の粉末X線プロファイルを示す。図6(a)に実施例1に係るPCN結晶のX線プロファイルを、図6(b)に実施例1のPCN結晶を乳鉢で粉砕した後のX線プロファイルを、図6(c)にシミュレーションによるX線プロファイルを示す。図6(a)においては、単結晶のまま測定を行ったため、選択配向を起こし、相対強度が単結晶のシミュレーションと異なる部分があると考えられる。一方、図6(b)においては、20°のピークが小さくなり、シミュレーションに近いグラフとなることを確認した。また、図6(b)の結果より高い純度でPCN結晶が得られていると推測できる。
[PCN crystal structure]
FIG. 6 shows the powder X-ray profile of the PCN crystal according to Example 1. FIG. 6(a) shows the X-ray profile of the PCN crystal according to Example 1, FIG. 6(b) shows the X-ray profile after the PCN crystal of Example 1 was crushed in a mortar, and FIG. 6(c) shows the X-ray profile by simulation. In FIG. 6(a), the measurement was performed as a single crystal, so it is considered that there is a part where the relative intensity is different from the simulation of the single crystal due to the selective orientation. On the other hand, in FIG. 6(b), it was confirmed that the peak at 20° is small and the graph is close to the simulation. It can also be inferred that the PCN crystal is obtained with a higher purity than the result of FIG. 6(b).
実施例1に係るX線構造解析から得られるPCN結晶の単位構造図を図2に、また、実施例1のPCN結晶の電子顕微鏡写真を図7に示す。実施例1のPCN結晶中の3-TPHAP(2,5,8トリ(3’‐ピリジル)-1,3,4,6,7,9-ヘキサアザフェナレン)は、図4に示すように、3-ピリジニル基が対称性の低い配置で固定されており、PCN結晶の構造のトポロジーは3,6-cであった。この3,6-cのトポロジーは過去に報告例がないPCN結晶である。 Figure 2 shows a unit structure diagram of the PCN crystal obtained from the X-ray structure analysis in Example 1, and Figure 7 shows an electron microscope photograph of the PCN crystal of Example 1. As shown in Figure 4, 3-TPHAP (2,5,8-tri(3'-pyridyl)-1,3,4,6,7,9-hexaazaphenalene) in the PCN crystal of Example 1 has a 3-pyridinyl group fixed in a low symmetry arrangement, and the topology of the PCN crystal structure is 3,6-c. This 3,6-c topology has not been reported in any PCN crystals before.
図8~図10に、実施例1のPCN結晶の分子配列を説明するための構造図を示す。図8は、PCN結晶をc軸方向(テレフタル酸の長軸方向)からみた構造図であり、図9は、図8において3-TPHAPを隠した構造図、即ち、c軸方向からみた構造図である。図10は、PCN結晶から3-TPHAPを隠し、b軸方向(3-TPHAPの積層方向)における構造図(上面図)である。これらの図より、PCN結晶においてコネクター分子であるテレフタル酸(BDC)とコバルトイオンはハニカム構造の二次元シートを形成しており、その間に3-TPHAPが架橋して3次元構造が構築されていることがわかる。テレフタル酸と結合する2つのCo2+は10.4Åの距離であり、三座配位子の3-ピリジニル基の窒素原子間の距離と概ね一致することを確認した。 8 to 10 show structural diagrams for explaining the molecular arrangement of the PCN crystal of Example 1. FIG. 8 is a structural diagram of the PCN crystal viewed from the c-axis direction (long axis direction of terephthalic acid), and FIG. 9 is a structural diagram in which 3-TPHAP is hidden in FIG. 8, that is, a structural diagram viewed from the c-axis direction. FIG. 10 is a structural diagram (top view) in the b-axis direction (stacking direction of 3-TPHAP) with 3-TPHAP hidden from the PCN crystal. From these figures, it can be seen that in the PCN crystal, the connector molecule terephthalic acid (BDC) and cobalt ions form a two-dimensional sheet with a honeycomb structure, and 3-TPHAP is crosslinked between them to construct a three-dimensional structure. It was confirmed that the distance between the two Co 2+ ions bound to terephthalic acid is 10.4 Å, which is roughly the same as the distance between the nitrogen atoms of the 3-pyridinyl group of the tridentate ligand.
実施例1のPCN結晶の細孔径は、最大開口径が8.3×12.5Åであり、空隙率は48.8%であった。更に、コバルトイオンにDMFが配位しており、このDMFがPCN結晶において規則正しく整列していることを確認できた。DMFが配位していることにより、ゲスト分子の解析を容易に行うことができるというメリットがある。このDMFは、単位結晶構造中に4分子含まれており、相対的に遷移金属との結合が弱い部位である。このため、単位結晶構造からDMFを他の溶媒に置換させたり、DMFを熱により除去したりすることが可能である。 The pore size of the PCN crystal in Example 1 was 8.3 x 12.5 Å in maximum opening size, and the porosity was 48.8%. Furthermore, it was confirmed that DMF was coordinated to the cobalt ions, and that this DMF was regularly aligned in the PCN crystal. The coordination of DMF has the advantage that it makes it easy to analyze guest molecules. Four molecules of DMF are contained in the unit crystal structure, and this is a site with relatively weak bonds to the transition metal. For this reason, it is possible to replace DMF with other solvents from the unit crystal structure, or to remove DMF by heat.
実施例1のPCN結晶は、図5に示すように、Co2+が非対称に配位していること、置換活性な配位子であるDMFは互いに隣り合っていることを確認した。Co2+とDMF1との距離は2.0962Åであり、Co2+とDMF2との距離は2.1230Åであった。この結果より、2つのDMFの配位結合の強度に差があることがわかる。このうちDMF2は結合長が長いので、より弱い結合であると考えられる。 As shown in Figure 5, it was confirmed that the PCN crystal of Example 1 has Co2 + coordinated asymmetrically, and that the DMFs, which are exchange-labile ligands, are adjacent to each other. The distance between Co2 + and DMF1 was 2.0962 Å, and the distance between Co2 + and DMF2 was 2.1230 Å. This result shows that there is a difference in the strength of the coordinate bond between the two DMFs. Of these, DMF2 has a longer bond length, so it is considered to be a weaker bond.
図11は、実施例1のPCN結晶の一つのCo2+に配位する片方のDMFを水に変えたPCN結晶の構造図である。Co2+とDMFの距離は2.102Åであり、Co2+と水の距離は2.57Åであった。また、実施例1のPCN結晶のX線構造解析により求まった構造を表1に示す。なお、括弧内の数値はその表中の数値に対する統計的誤差を表す。 11 is a structural diagram of a PCN crystal in which one of the DMFs coordinated to Co 2+ in one of the PCN crystals of Example 1 is replaced with water. The distance between Co 2+ and DMF is 2.102 Å, and the distance between Co 2+ and water is 2.57 Å. The structure of the PCN crystal of Example 1 determined by X-ray structural analysis is shown in Table 1. The values in parentheses indicate statistical errors for the values in the table.
図12に、実施例1に係るPCN結晶のTG-DTAのプロファイルを示す。同図より、400℃程度まで安定な結晶であることを確認した。100℃までは表面と細孔内の溶媒であるDMFが脱離し、その後200℃付近で配位したDMFが脱離すると考えられる。また、400℃付近にて配位しているコネクター分子が脱離すると考えられる。 12 shows the TG-DTA profile of the PCN crystal according to Example 1. From the figure, it was confirmed that the crystal was stable up to about 400 ° C. It is believed that DMF, which is the solvent on the surface and in the pores, is desorbed up to 100 ° C, and then the coordinated DMF is desorbed around 200 ° C. It is also believed that the coordinated connector molecule is desorbed around 400 ° C.
[ゲスト分子の解析]
(実施例2)
次に、実施例1に係るPCN結晶を用いて結晶構造解析用試料を作製した。まず、実施例1のPCN結晶をDMFにより3回洗浄した。その後、DMFを溶媒とするアントラセン飽和溶液にPCN結晶を加え、PCN結晶へのアントラセンの包接を行った。4日経過後、単結晶X線構造解析(シンクロトロンPAL-2D)により構造解析を行った。
[Guest molecule analysis]
Example 2
Next, a sample for crystal structure analysis was prepared using the PCN crystal according to Example 1. First, the PCN crystal of Example 1 was washed three times with DMF. Then, the PCN crystal was added to a saturated solution of anthracene using DMF as a solvent, and anthracene was included in the PCN crystal. After four days, the structure was analyzed by single crystal X-ray structure analysis (Synchrotron PAL-2D).
図13に、実施例1に係るPCN結晶に対して、アントラセンをゲスト分子として取り込んだときのX線構造解析による構造図を示す。また、この実施例2のPCN結晶のX線構造解析により求まった構造を表2に示す。なお、括弧内の数値はその表中の数値に対する統計的誤差を表す。 Figure 13 shows a structural diagram obtained by X-ray structural analysis when anthracene was incorporated as a guest molecule into the PCN crystal of Example 1. The structure obtained by X-ray structural analysis of the PCN crystal of Example 2 is shown in Table 2. The values in parentheses indicate the statistical error for the values in the table.
図13より明らかなように、PCN結晶とアントラセンの間の水素結合、CH・・・πのような相互作用は確認されなかった。これは、アントラセン分子は溶媒DMFに溶媒和された状態で取り込まれていることを意味する。このように、PCN結晶の構造に由来する相互作用の影響を緩和して、ゲスト分子の解析を行うことができるという優れた効果を有している。 As is clear from Figure 13, no interactions such as hydrogen bonds or CH...π were observed between the PCN crystals and anthracene. This means that the anthracene molecules are incorporated in a solvated state in the solvent DMF. In this way, it has the excellent effect of mitigating the influence of interactions resulting from the structure of the PCN crystals and enabling the analysis of guest molecules.
(実施例3)
実施例1に係るPCN結晶にヨウ素を取り込んだ実施例の一例について説明する。0.25mMのヨウ素を溶解させたDMF溶液を3cm3量り取り、この中にPCN結晶1.7mgを加えた。そのヨウ素吸着の結果、即ち、吸収スペクトルの経時変化のプロファイルを図14(a)に示す。時間が経過するにつれて、DMF-ヨウ素会合体の吸収が減っていくことから、PCN結晶にヨウ素が取り込まれていることがわかる。
Example 3
An example of an embodiment in which iodine was incorporated into the PCN crystal according to Example 1 will be described. 3 cm3 of DMF solution in which 0.25 mM iodine was dissolved was weighed out, and 1.7 mg of PCN crystal was added thereto. The result of iodine adsorption, that is, the profile of the change over time in the absorption spectrum, is shown in FIG. 14(a). As time passes, the absorption of the DMF-iodine association decreases, which indicates that iodine has been incorporated into the PCN crystal.
次に、ヨウ素のDMF溶液にPCN結晶を充分加えたサンプルに紫外光を照射した。その結果、図15に示すように、UV照射時間の増加につれて,ヨウ素-DMFの会合体のピークが増えることが確認された。これは、PCN結晶が入っていないヨウ素含有DMF溶液では起きなかったことであり、PCN結晶に取り込まれたヨウ素が紫外光により細孔から放出されたことを示唆するものである。 Next, a sample in which sufficient PCN crystals had been added to a DMF solution of iodine was irradiated with UV light. As a result, as shown in Figure 15, it was confirmed that the peak of the iodine-DMF association increased with increasing UV irradiation time. This did not occur in the iodine-containing DMF solution that did not contain PCN crystals, suggesting that the iodine incorporated in the PCN crystals was released from the pores by the UV light.
紫外光照射によるPCN結晶からのヨウ素の放出の後、紫外光照射をオフすることにより、再びPCN結晶へのヨウ素取り込みが確認された。また、ヨウ素のPCN結晶内への吸着速度は、初回に比べて殆ど変化していないことを確認した。これらの結果より、紫外光照射によって、PCN結晶の細孔性が変わらずに保たれており、細孔性を保ちながらヨウ素の放出・包接を紫外線により制御できることがわかる。 After iodine was released from the PCN crystals by UV light irradiation, iodine was again observed to be taken up by the PCN crystals by turning off the UV light irradiation. It was also confirmed that the rate at which iodine was adsorbed into the PCN crystals had hardly changed compared to the initial time. These results show that UV light irradiation maintained the porosity of the PCN crystals unchanged, and that the release and inclusion of iodine can be controlled by UV light while maintaining porosity.
(実施例4)
実施例1に係るPCN結晶にトリフェニレンを取り込んだ実施例の一例について説明する。まず、実施例1のPCN結晶を酢酸エチルに浸し溶媒交換を行った。その後、酢酸エチルを溶媒とするトリフェニレン飽和溶液にPCN結晶を加え、PCN結晶へのアントラセンの包接を行った。7日経過後、単結晶X線構造解析により構造解析を行った。
Example 4
An example of an embodiment in which triphenylene was incorporated into the PCN crystal according to Example 1 will be described. First, the PCN crystal of Example 1 was immersed in ethyl acetate to exchange the solvent. Then, the PCN crystal was added to a triphenylene saturated solution in which ethyl acetate was used as a solvent, and anthracene was included in the PCN crystal. After 7 days, the structure was analyzed by single crystal X-ray structure analysis.
図16より明らかなように、PCN結晶とトリフェニレンの間の水素結合、CH・・・πのような相互作用は確認されなかった。これは、トリフェニレン分子は溶媒酢酸エチルに溶媒和された状態で取り込まれていることを意味する。このように、PCN結晶の構造に由来する相互作用の影響を緩和して、ゲスト分子の解析を行うことができるという優れた効果を有している。 As is clear from Figure 16, no interactions such as hydrogen bonds or CH...π were observed between the PCN crystals and triphenylene. This means that the triphenylene molecules are incorporated in a solvated state in the solvent ethyl acetate. In this way, it has the excellent effect of mitigating the influence of interactions resulting from the structure of the PCN crystals and enabling the analysis of guest molecules.
(実施例5)
実施例1に係るPCN結晶に中分子であるカルタミンを取り込んだ実施例の一例について説明する。まず、DMFを0.9μL、水を0.1μL混合した溶液にカルタミン約0.8mgを溶解させた。その後、実施例1のPCN結晶を保存溶媒であるDMFと共に加えることにより、PCN結晶へのカルタミンの包接を行った。7日経過後、単結晶X線構造解析により構造解析を行った。
Example 5
An example of an embodiment in which carthamin, a medium molecule, was incorporated into the PCN crystal according to Example 1 will be described. First, about 0.8 mg of carthamin was dissolved in a solution containing 0.9 μL of DMF and 0.1 μL of water. Then, the PCN crystal according to Example 1 was added together with DMF, a storage solvent, to thereby effect inclusion of carthamin in the PCN crystal. After 7 days, the structure was analyzed by single crystal X-ray structure analysis.
図17より明らかなように、PCN結晶が溶媒和状態を捕捉することができるため、中分子サイズの構造解析が可能となった。
1 PCN結晶
2 三座配位子
3 遷移金属
4 コネクター分子
5 溶媒分子
6 細孔
1 PCN crystal 2 Tridentate ligand 3 Transition metal 4 Connector molecule 5 Solvent molecule 6 Pore
Claims (8)
前記細孔性ネットワーク錯体結晶は、三座配位子、コネクター分子および遷移金属を含み、
前記三座配位子は、3-ピリジニル基の窒素原子がそれぞれ配位子として機能する下記一般式(II)で表される3分岐構造の化合物であり、
前記コネクター分子は二座配位子であり、前記二座配位子のそれぞれの配位子と当該コネクター分子の重心との成す角度が110~180°であり、
4つの前記遷移金属が、2つの前記三座配位子と3つの前記コネクター分子に配位して形成されてなる構造単位を有し、
前記三座配位子および前記コネクター分子が前記遷移金属と配位結合を介して規則的に形成された三次元ネットワーク構造を有し、当該三次元ネットワーク構造内に、ゲスト分子を内包する、中空を有する細孔が形成されており、
前記遷移金属が、銅、クロム、カドミウム、亜鉛およびコバルトから選択され、
前記3-ピリジニル基の窒素と前記遷移金属の結合によって、当該3-ピリジニル基の軸の自由回転が抑制されたゲスト分子解析用の細孔性ネットワーク錯体結晶。
The porous network complex crystal comprises a tridentate ligand, a connector molecule, and a transition metal;
The tridentate ligand is a compound having a three-branched structure represented by the following general formula (II) in which the nitrogen atoms of the 3-pyridinyl group each function as a ligand:
the connector molecule is a bidentate ligand, and each ligand of the bidentate ligand forms an angle with the center of gravity of the connector molecule of 110 to 180°;
The present invention has a structural unit formed by four of the transition metals being coordinated to two of the tridentate ligands and three of the connector molecules,
a three-dimensional network structure is formed regularly between the tridentate ligand and the connector molecule and the transition metal via coordinate bonds, and hollow pores are formed in the three-dimensional network structure, and the guest molecules are contained therein;
the transition metal is selected from copper, chromium, cadmium, zinc and cobalt;
A porous network complex crystal for guest molecule analysis in which the free rotation of the axis of the 3-pyridinyl group is restricted by the bond between the nitrogen of the 3-pyridinyl group and the transition metal .
The porous network complex crystal for guest molecule analysis according to any one of claims 1 to 4, wherein the connector molecule is a bidentate ligand selected from the group consisting of the following compounds (VI):
前記試料に、
請求項1~6のいずれか1項に記載のゲスト分子解析用の細孔性ネットワーク錯体結晶を分散させ、
前記細孔性ネットワーク錯体結晶の細孔内に、前記解析対象化合物を取り込む結晶構造解析用試料の作製方法。 Prepare a sample by dissolving the target compound in a solvent.
The sample is
Dispersing the porous network complex crystal for guest molecule analysis according to any one of claims 1 to 6;
A method for preparing a sample for crystal structure analysis, comprising incorporating the compound to be analyzed into the pores of the porous network complex crystal.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020112547A JP7626419B2 (en) | 2020-06-30 | 2020-06-30 | Porous network complex crystal for guest molecule analysis, method for preparing sample for crystal structure analysis, and method for determining molecular structure |
| JP2025006237A JP2025069197A (en) | 2020-06-30 | 2025-01-16 | Porous coordination network crystal for guest molecule analysis, and method for determining molecular structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020112547A JP7626419B2 (en) | 2020-06-30 | 2020-06-30 | Porous network complex crystal for guest molecule analysis, method for preparing sample for crystal structure analysis, and method for determining molecular structure |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2025006237A Division JP2025069197A (en) | 2020-06-30 | 2025-01-16 | Porous coordination network crystal for guest molecule analysis, and method for determining molecular structure |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022011418A JP2022011418A (en) | 2022-01-17 |
| JP7626419B2 true JP7626419B2 (en) | 2025-02-04 |
Family
ID=80148225
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020112547A Active JP7626419B2 (en) | 2020-06-30 | 2020-06-30 | Porous network complex crystal for guest molecule analysis, method for preparing sample for crystal structure analysis, and method for determining molecular structure |
| JP2025006237A Pending JP2025069197A (en) | 2020-06-30 | 2025-01-16 | Porous coordination network crystal for guest molecule analysis, and method for determining molecular structure |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2025006237A Pending JP2025069197A (en) | 2020-06-30 | 2025-01-16 | Porous coordination network crystal for guest molecule analysis, and method for determining molecular structure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (2) | JP7626419B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2025069197A (en) * | 2020-06-30 | 2025-04-30 | 国立大学法人東京科学大学 | Porous coordination network crystal for guest molecule analysis, and method for determining molecular structure |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024048758A1 (en) | 2022-09-02 | 2024-03-07 | 国立大学法人東京工業大学 | Porous network complex, method for producing sample for crystal structure analysis and method for determining molecular structure |
| WO2025182975A1 (en) * | 2024-02-29 | 2025-09-04 | 国立大学法人東京科学大学 | Novel compound, microporous network complex, method for producing sample for crystal structure analysis, and method for determining molecular structure |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016143872A1 (en) | 2015-03-10 | 2016-09-15 | 国立大学法人東京大学 | Single crystal of porous compound, method for assessing quality of single crystal, method for preparing solution including compound to be analyzed, method for producing crystal structure analysis sample, and method for determining molecular structure of compound to be analyzed |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6925050B2 (en) * | 2017-03-01 | 2021-08-25 | 国立大学法人 東京大学 | Method of identifying molecular structure |
| JP7626419B2 (en) * | 2020-06-30 | 2025-02-04 | 国立大学法人東京科学大学 | Porous network complex crystal for guest molecule analysis, method for preparing sample for crystal structure analysis, and method for determining molecular structure |
-
2020
- 2020-06-30 JP JP2020112547A patent/JP7626419B2/en active Active
-
2025
- 2025-01-16 JP JP2025006237A patent/JP2025069197A/en active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016143872A1 (en) | 2015-03-10 | 2016-09-15 | 国立大学法人東京大学 | Single crystal of porous compound, method for assessing quality of single crystal, method for preparing solution including compound to be analyzed, method for producing crystal structure analysis sample, and method for determining molecular structure of compound to be analyzed |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| KIM,J. et al.,Structural Investigation of Chemiresistive Sensing Mechanism in Redox-Active Porous Coordination Network,Inorganic Chemistry,2017年,Vol.56, No.15,p.8735-8738 |
| NAKANISHI,K. et al.,Do Anionic π Molecules Aggregate in Solution? A Case Study with Multi-interactive Ligands and Network Formation,Chemistry - A European Journal,2019年,Vol.25, No.66,p.15182-15188 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2025069197A (en) * | 2020-06-30 | 2025-04-30 | 国立大学法人東京科学大学 | Porous coordination network crystal for guest molecule analysis, and method for determining molecular structure |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2025069197A (en) | 2025-04-30 |
| JP2022011418A (en) | 2022-01-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yao et al. | Mesoporous assembly of aluminum molecular rings for iodine capture | |
| JP2025069197A (en) | Porous coordination network crystal for guest molecule analysis, and method for determining molecular structure | |
| Liang et al. | Organo-macrocycle-containing hierarchical metal–organic frameworks and cages: design, structures, and applications | |
| Gandara-Loe et al. | Understanding the opportunities of metal–organic frameworks (MOFs) for CO 2 capture and gas-phase CO 2 conversion processes: a comprehensive overview | |
| Thompson et al. | Hybrid zeolitic imidazolate frameworks: controlling framework porosity and functionality by mixed-linker synthesis | |
| Sargazi et al. | A systematic study on the use of ultrasound energy for the synthesis of nickel–metal organic framework compounds | |
| Portoles-Gil et al. | Crystalline curcumin bioMOF obtained by precipitation in supercritical CO2 and structural determination by electron diffraction tomography | |
| Arabbaghi et al. | Zn-MOF: an efficient drug delivery platform for the encapsulation and releasing of Imatinib Mesylate | |
| Ghomshehzadeh et al. | A new pillared Cd-organic framework as adsorbent of organic dyes and as precursor of CdO nanoparticles | |
| Abbasi et al. | Influence of the ultrasound-assisted synthesis of Cu–BTC metal–organic frameworks nanoparticles on uptake and release properties of rifampicin | |
| Lopez-Periago et al. | Metal–organic frameworks precipitated by reactive crystallization in supercritical CO2 | |
| KR20160134644A (en) | Mesoscopic materials comprised of ordered superlattices of microporous metal-organic frameworks | |
| Ebrahimi et al. | Facile synthesis of a new metal-organic framework of copper (II) by interface reaction method, characterization, and its application for removal of Malachite Green | |
| Endo et al. | Crystalline porous frameworks based on double extension of metal–organic and covalent organic linkages | |
| Zhang et al. | Microwave-assisted, Ni-induced fabrication of hollow ZIF-8 nanoframes for the knoevenagel reaction | |
| US20120003475A1 (en) | Synthesis Methodology to Produce Nano Metal Organic Framework Crystals | |
| Shee et al. | Hexacoordinated Sn (IV) porphyrin‐based square‐grid frameworks exhibiting selective uptake of CO2 over N2 | |
| CN111215032B (en) | A kind of rapid preparation method of MOF material | |
| Hashemi et al. | A new lead (II) nanoporous three-dimensional coordination polymer: pore size effect on iodine adsorption affinity | |
| Lin et al. | An ultrastable {SiNb18O54}-based hybrid polyoxoniobate framework for selective removal of crystal violet from aqueous solution and proton-conduction | |
| Zhang et al. | Syntheses, structures, gas adsorption and reversible iodine adsorption of two porous Cu (II) MOFs | |
| Lin et al. | Synergistically enhanced capture of perfluorooctanoic acid using a novel dual metal-organic framework adsorbent | |
| JP2016160256A (en) | Porous polymer compound, separation method of separation target compound, single crystal, preparation method of crystal structure analysis sample, and determination method of molecular structure of analysis target compound | |
| Zhang et al. | Two dimensional coordination polymers based on 3, 5-di (1H-imidazol-1-yl) pyridine and their fluorescence properties | |
| EP2347821B1 (en) | Gas adsorbing material, precursor of the gas adsorbing material, and process for producing gas adsorbing material |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230525 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240730 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240930 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20241217 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20250116 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7626419 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |