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JP7730631B2 - Porous organic cages for quantum sieves - Google Patents
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JP7730631B2 - Porous organic cages for quantum sieves - Google Patents

Porous organic cages for quantum sieves

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JP7730631B2 JP2020182365A JP2020182365A JP7730631B2 JP 7730631 B2 JP7730631 B2 JP 7730631B2 JP 2020182365 A JP2020182365 A JP 2020182365A JP 2020182365 A JP2020182365 A JP 2020182365A JP 7730631 B2 JP7730631 B2 JP 7730631B2
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特許法第30条第2項適用 Science,Vol.366,Issue 6465,pp.613-620,AAASApplication of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act Science, Vol. 366, Issue 6465, pp. 613-620,AAAS

本発明は、標的混合物から、1つ又は複数の標的物質を、1つ又は複数の非標的物質より優先的に収着する方法に関する。特に、多孔性有機ケージ(POC)は、重水素同位体(例えば二原子ジュウテリウム)を、軽い同位体(二原子プロチウム)より選択的に収着するために、水素同位体の混合物の量子ふるいに運用され得る。 The present invention relates to a method for preferentially sorbing one or more target substances over one or more non-target substances from a target mixture. In particular, porous organic cages (POCs) can be used as quantum sieves for mixtures of hydrogen isotopes to selectively sorb heavy hydrogen isotopes (e.g., diatomic deuterium) over lighter isotopes (e.g., diatomic protium).

本発明者又は共同発明者による先行開示に関する陳述
Liu Mら、Barely porous organic cages for hydrogen isotope separation. Science. 2019年、366(6465):613~620. doi:10.1126/science.aax7427は、参照により本明細書によって組み込まれ(補足資料を含む)、AIA 35 U.S.C. 102(b)(1)(A)に従って、本発明者又は共同発明者によってなされた先行開示である。
STATEMENT REGARDING PRIOR DISCLOSURE BY THE INVENTOR OR ANY CO-INVENTORS
Liu M et al., Barely porous organic cages for hydrogen isotope separation. Science. 2019, 366(6465):613-620. doi:10.1126/science.aax7427 is hereby incorporated by reference (including any supplemental material) and is a prior disclosure made by the present inventor or a co-inventor pursuant to AIA 35 U.S.C. 102(b)(1)(A).

ジュウテリウム(D)及びトリチウム(T)は、核融合炉に動力を供給して、将来的にクリーンエネルギーを作り出すことができる水素の同位体(H)である。ジュウテリウムは、今般価値のある化学物質でもあり、例えば、減速材として、非放射性同位体トレーサーとして、また、中性子散乱実験に使用される。これらの用途は、天然存在度が低い(0.0156mol%)ため、高価な高純度のジュウテリウムを必要とする。したがって、水素を含有する原材料に由来するジュウテリウムの富化は、重要な工業プロセスである。トリチウムは、典型的には、リチウムから生成される(原子炉において、リチウム-6の中性子活性化により)が、D2は、一般的に、重水の電気分解により生成され、ガードラー-スルフィド法を使用して、又は、24Kにて低温蒸留法により抽出される。いずれのプロセスも、複数の富化工程が必要とされるため、コストがかかり、エネルギーを大量に消費する。ジュウテリウムをH2/D2ガス混合物から精製する魅力的な代替手段は、D2を微孔床で選択的に吸着することである。ナノ多孔性固体を使用した動的量子ふるい(KQS)は、Beenakkerらにより最初に提案された。KQSの効果は、水素分子と閉じ込め空間との大きさにおける差が、分子水素の熱的ドブロイ波長と同等である場合に顕著になる。量子ふるいは、D2/H2のようなガス状同位体混合物を分離するために開発されたが、好適な多孔性固体を特定するのは難易度が高い。これは、KQSが、超微細孔の開口部(およそ3Å)を必要とするためであり、この開口部により、典型的には細孔体積が低い材料が得られ、したがって、D2吸着容量が低いと、そのようなプロセスはスケール変換が困難になる。類似した選択性/容量トレードオフ、又は、膜の場合は選択性/パーミアンストレードオフが、KQSに関与しない幅広い他のガスの分離で観察される。 Deuterium (D) and tritium (T) are isotopes of hydrogen (H) that could power nuclear fusion reactors and potentially produce clean energy. Deuterium is also a valuable chemical, used, for example, as a moderator, a non-radioactive isotope tracer, and in neutron scattering experiments. These applications require expensive, high-purity deuterium due to its low natural abundance (0.0156 mol%). Therefore, enrichment of deuterium from hydrogen-containing raw materials is an important industrial process. Tritium is typically produced from lithium (by neutron activation of lithium-6 in a nuclear reactor), while D2 is commonly produced by electrolysis of heavy water and extracted using the Girdler-sulfide process or by cryogenic distillation at 24 K. Both processes are costly and energy-intensive due to the multiple enrichment steps required. An attractive alternative for purifying deuterium from H2 / D2 gas mixtures is the selective adsorption of D2 in a microporous bed. Dynamic quantum sieving (KQS) using nanoporous solids was first proposed by Beenakker et al. The effect of KQS becomes significant when the difference in size between the hydrogen molecule and the confining space is comparable to the thermal de Broglie wavelength of molecular hydrogen. Quantum sieving has been developed for separating gaseous isotope mixtures such as D2 / H2 , but identifying suitable porous solids has proven challenging. This is because KQS requires ultrafine pore openings (approximately 3 Å), which typically result in materials with low pore volumes. Therefore, the low D2 adsorption capacity makes such processes difficult to scale. Similar selectivity/capacity tradeoffs, or in the case of membranes, selectivity/permeance tradeoffs, are observed in the separation of a wide range of other gases that do not involve KQS.

炭素、ゼオライト、金属有機骨格(MOF)、共有結合性有機骨格(COF)及び2D結晶を含む様々な多孔性材料が、水素同位体の分離のために研究されている。MOF及びCOFは、結晶性、並びに合成で調整可能な細孔径及び官能基のため、更に注目を集めている。しかし、MOF又はCOFを用いても、KQSに必要とされる群を抜いて微細なレベルの細孔径を調整することは、難易度が高い。例えば、MOFでは、細孔の開口部を調整するための一般的なストラテジーは、有機リンカーにおけるフェニレン環数の体系的増加又は減少により、個別の増大/減少は、およそ2.8Å、つまり、KQSに必要なサイズコントロールより粗くなる。 Various porous materials, including carbon, zeolites, metal-organic frameworks (MOFs), covalent organic frameworks (COFs), and 2D crystals, have been investigated for hydrogen isotope separation. MOFs and COFs have attracted increasing attention due to their crystallinity and synthetically tunable pore size and functional groups. However, even with MOFs or COFs, it is difficult to achieve the exceptionally fine pore size required for KQS. For example, in MOFs, a common strategy for tailoring pore openings is by systematically increasing or decreasing the number of phenylene rings in the organic linker, with each individual increase/decrease being approximately 2.8 Å, a coarser size control than required for KQS.

Liu Mら、Barely porous organic cages for hydrogen isotope separation. Science. 2019年、366(6465):613~620. doi:10.1126/science.aax7427Liu M et al. Barely porous organic cages for hydrogen isotope separation. Science. 2019, 366(6465):613-620. doi:10.1126/science.aax7427 Advanced Organic Chemistry、Jerry March著、第4版、Wiley Interscience、131~133頁、1992年Advanced Organic Chemistry, by Jerry March, 4th edition, Wiley Interscience, pp. 131-133, 1992. 「Advanced Organic Chemistry」、第4版、J. March、John Wiley and Sons、New York、2001年、第4章"Advanced Organic Chemistry," 4th ed., J. March, John Wiley and Sons, New York, 2001, Chapter 4 Hasell, T.、Cooper, A. Porous organic cages: soluble, modular and molecular pores. Nat Rev Mater 1、16053(2016年).https://doi.org/10.1038/natrevmats.2016.53Hasell, T., Cooper, A. Porous organic cages: soluble, modular and molecular pores. Nat Rev Mater 1, 16053 (2016). https://doi.org/10.1038/natrevmats.2016.53 www.ccdc.cam.ac.uk/data_request/cif.www.ccdc.cam.ac.uk/data_request/cif. https://www.cp2k.org/https://www.cp2k.org/ http://gle4md.org/http://gle4md.org/http://gle4md.org/http://gle4md.org/ M. Ravichandran、P. R. Ramya、S. Sankar Ganesh、K. Ramesh Naidu及びM. M. Rajput、「Optimization of Indigenously Developed Column for the Separation and Analysis of All the Six Hydrogen Isotopic Combinations in Elemental form using Gas Chromatograph」、BARC NEWSLETTER、2016年1月~2月、23~26頁、ISSN 0976-2108M. Ravichandran, P. R. Ramya, S. Sankar Ganesh, K. Ramesh Naidu and M. M. Rajput, “Optimization of Indigenously Developed Column for the Separation and Analysis of All the Six Hydrogen Isotopic Combinations in Elemental form using Gas Chromatograph”, BARC NEWSLETTER, January-February 2016, pp. 23-26, ISSN 0976-2108 K. Kotoh及びM. Tanaka及びY. Nakamura及びT. Sakamoto及びY. Asakura及びT. Uda及びT. Sugiyama、「Experimental Verification of Hydrogen Isotope Separation by Pressure Swing Adsorption」、Fusion Science and Technology、第54巻、第2号、2008年、411~414頁、https://doi.org/10.13182/FST08-A1842K. Kotoh, M. Tanaka, Y. Nakamura, T. Sakamoto, Y. Asakura, T. Uda, and T. Sugiyama, "Experimental Verification of Hydrogen Isotope Separation by Pressure Swing Adsorption," Fusion Science and Technology, Vol. 54, No. 2, 2008, pp. 411-414, https://doi.org/10.13182/FST08-A1842 Jones, J. T.、Hasell, T.、Wu, X.、Bacsa, J.、Jelfs, K. E.、Schmidtmann, M.、Chong, S. Y.、Adams, D. J.、Trewin, A.、Schiffman, F.、Cora, F.、Slater, B.、Steiner, A.、Day, G. M.、Cooper, A. I. Nature 2011年、474、367頁Jones, J. T., Hasell, T., Wu, X., Bacsa, J., Jelfs, K. E., Schmidtmann, M., Chong, S. Y., Adams, D. J., Trewin, A., Schiffman, F., Cora, F., Slater, B., Steiner, A., Day, G. M., Cooper, A. I. Nature 2011, 474, 367 pages

したがって、本発明の目的は、従来技術に固有の問題の少なくとも1つに取り組むことである。 Accordingly, it is an object of the present invention to address at least one of the problems inherent in the prior art.

本発明の別の目的は、従来技術で提示されているものに対する代替解決法を提供することであり、例えば、核融合、又は、重水素同位体が重要な役割を果たす他の用途における進歩を促進する代替アプローチを提供することを含む。 Another object of the present invention is to provide alternative solutions to those presented in the prior art, including, for example, providing alternative approaches to facilitate advances in nuclear fusion or other applications where deuterium isotopes play a key role.

本発明の別の目的は、非標的物質(例えば水素)よりも、特定の標的物質(例えばジュウテリウム)の高度に選択的な収着を達成するように、厳密に正しい細孔径の提供を可能とする材料及び/又は合成方法論を提供することである。 Another object of the present invention is to provide materials and/or synthesis methodologies that allow for the provision of precisely the right pore size to achieve highly selective sorption of a particular target substance (e.g., deuterium) over a non-target substance (e.g., hydrogen).

本発明の別の目的は、好ましくは任意の合成経路の終了に向けて、当該標的物質(好ましくは標的ガス)に対する理想的な細孔径を備えるように微調整することが可能である材料を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a material that can be fine-tuned to have an ideal pore size for the target substance (preferably a target gas), preferably towards the end of any synthetic route.

本発明の別の目的は、製造が簡単な材料を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a material that is easy to manufacture.

本発明の別の目的は、例えば、十分に可溶性にして、プラントでの簡便な取扱いを可能にすることにより(バルク転送を含む)、加工及び/又は取扱いが簡単な材料を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a material that is easy to process and/or handle, for example, by being sufficiently soluble to allow for convenient handling in a plant (including bulk transfer).

本発明の別の目的は、効率的に、かつ高い収率で生成できる材料を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a material that can be produced efficiently and with high yields.

本発明の別の目的は、高純度の標的物質、例えば高純度のジュウテリウムを提供することである。 Another object of the present invention is to provide a highly pure target substance, such as highly pure deuterium.

本発明の別の目的は、核融合反応から排気物質をリサイクルする手段を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a means for recycling exhaust materials from a nuclear fusion reaction.

本発明の別の目的は、標的物質に対して選択的なだけではなく、過剰な収着容量又は標的物質の取込量を低下させすぎることなく選択的でもある材料を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a material that is not only selective for a target substance, but that is selective without excessive sorption capacity or excessive reduction in target substance uptake.

本発明の別の目的は、前述の目的の2つ以上、好ましくは3つ以上に取り組むことである。 Another object of the present invention is to address two or more, preferably three or more, of the aforementioned objectives.

本発明の1つ又は複数の目的は、本発明のある態様を定義し、以下に概説されている解決法によって取り組まれる。本明細書の他の箇所で記載されているそのような態様の詳細な実施形態は、本発明の態様として等しく再定義され得ることは認識される。 One or more objects of the present invention define certain aspects of the present invention and are addressed by the solutions outlined below. It is recognized that specific embodiments of such aspects described elsewhere in this specification may equally be redefined as aspects of the present invention.

優先的に収着する方法
本発明の態様によれば、標的物質及び非標的物質を含む、それらから本質的になる、又はそれらからなる標的混合物から、1つ又は複数の標的物質を、1つ又は複数の非標的物質より優先的に収着する方法であって、標的混合物と、収着化合物を含む、それから本質的になる、又はそれからなる収着組成物を接触させることを含む方法が提供される。
Methods for Preferential Sorption According to an aspect of the present invention, there is provided a method for preferentially sorbing one or more target substances over one or more non-target substances from a target mixture comprising, consisting essentially of, or consisting of target substances and non-target substances, the method comprising contacting the target mixture with a sorption composition comprising, consisting essentially of, or consisting of a sorption compound.

本発明の態様によれば、標的物質及び非標的物質を含む、それらから本質的になる、又はそれらからなる標的混合物から、1つ又は複数の標的物質を、1つ又は複数の非標的物質より優先的に収着する方法であって、標的混合物と、収着化合物及び共結晶化化合物を含む、それらから本質的になる、又はそれらからなる収着組成物を接触させることを含む方法が提供される。 According to an aspect of the present invention, there is provided a method for preferentially sorbing one or more target substances over one or more non-target substances from a target mixture comprising, consisting essentially of, or consisting of target substances and non-target substances, the method comprising contacting the target mixture with a sorption composition comprising, consisting essentially of, or consisting of a sorption compound and a co-crystallized compound.

本発明の態様によれば、標的物質及び非標的物質を含む、それらから本質的になる、又はそれらからなる標的混合物から、1つ又は複数の標的物質を、1つ又は複数の非標的物質より優先的に収着する方法であって、標的混合物と、収着化合物を含む、それから本質的になる、又はそれからなる収着組成物を含む収着デバイスを接触させることを含む方法が提供される。 According to an aspect of the present invention, there is provided a method for preferentially sorbing one or more target substances over one or more non-target substances from a target mixture comprising, consisting essentially of, or consisting of target substances and non-target substances, the method comprising contacting the target mixture with a sorption device containing a sorption composition comprising, consisting essentially of, or consisting of a sorption compound.

本発明の態様によれば、標的物質及び非標的物質を含む、それらから本質的になる、又はそれらからなる標的混合物から、1つ又は複数の標的物質を、1つ又は複数の非標的物質より優先的に収着する方法であって、標的混合物と、収着化合物及び共結晶化化合物を含む、それらから本質的になる、又はそれらからなる収着組成物を含む収着デバイスを接触させることを含む方法が提供される。 According to an aspect of the present invention, there is provided a method for preferentially sorbing one or more target substances over one or more non-target substances from a target mixture comprising, consisting essentially of, or consisting of target substances and non-target substances, the method comprising contacting the target mixture with a sorption device containing a sorption composition comprising, consisting essentially of, or consisting of a sorption compound and a co-crystallized compound.

前述の方法及び以下に記載されている任意の関連した方法は、標的物質及び/又は非標的物質のいずれかを製造する方法、抽出する方法、精製する方法、分離する方法、又は除去する方法で使用され得る。したがって、以下の本発明の更なる態様が生じる。 The foregoing methods, and any related methods described below, may be used in methods for producing, extracting, purifying, separating, or removing either target and/or non-target substances. Accordingly, the following further aspects of the invention arise:

製造、抽出、精製、分離及び除去する方法
本発明の態様によれば、1つ又は複数の標的物質を製造する方法、抽出する方法又は精製する方法であって、本明細書で定義されている優先的に収着する方法を行うことを含む、方法が提供される。そのような方法は、例えば、収着組成物における標的物質の収着後に、収着組成物を、非標的物質から分離することにより非標的物質を除去する工程を含み得る。そのような方法は、例えば、最も好ましくは非標的物質の除去後に、標的物質を収着組成物から脱離させることにより、標的物質を収着組成物から回収、抽出又は単離する工程を含み得る。
Methods for Production, Extraction, Purification, Separation, and Removal According to aspects of the present invention, there are provided methods for producing, extracting, or purifying one or more target substances, comprising performing a preferential sorption method as defined herein. Such methods may include, for example, removing the non-target substances by separating the sorption composition from the non-target substances after sorption of the target substances in the sorption composition. Such methods may include, for example, recovering, extracting, or isolating the target substances from the sorption composition by desorbing the target substances from the sorption composition, most preferably after removal of the non-target substances.

本発明の態様によれば、1つ又は複数の非標的物質を製造する方法、抽出する方法又は精製する方法であって、本明細書で定義されている優先的に収着する方法を行うことを含む、方法が提供される。そのような方法は、収着組成物に収着されている標的物質を伴う収着組成物を、例えば、非標的物質との接触により収着組成物を除去することで、非標的物質から分離することを含み得る。方法は、優先的に収着する方法を繰り返すこと、及び任意選択で、1回又は複数回の、任意の更なる方法の工程(例えば収着組成物を、非標的物質から分離すること)を含み得る。この方法で、好適には、「標的物質」は、標的物質及び非標的物質を含む、それらから本質的になる、又はそれらからなる標的混合物から、実際に選択的に除去される。 Aspects of the present invention provide methods for producing, extracting, or purifying one or more non-target substances, the methods comprising performing a preferential sorption method as defined herein. Such methods may include separating the sorption composition with the target substances sorbed thereto from the non-target substances, e.g., by removing the sorption composition by contact with the non-target substances. The methods may include repeating the preferential sorption method and, optionally, one or more additional method steps (e.g., separating the sorption composition from the non-target substances). In this method, preferably, the "target substances" are indeed selectively removed from a target mixture comprising, consisting essentially of, or consisting of the target substances and non-target substances.

本発明の態様によれば、標的物質及び1つ又は複数の非標的物質を含む、それらから本質的になる、又はそれらからなる標的混合物から、1つ又は複数の標的物質を除去する方法であって、本明細書で定義されている優先的に収着する方法を行うことを含む、方法が提供される。そのような方法は、標的物質の除去を最大限にするために繰り返し行われ得る。そのような方法は、例えば、放射性トリチウムを放射能汚染水から除去することが望ましい場合に特に有用であり、好適には、前記水に電気分解を施して、ガス状水素同位体を生成させ、これに次いで該当方法を施す。したがって、本発明の別の態様は、トリチウムを、放射能汚染水から除去する方法であって、電気分解された水に対して前述の除去する方法を行うことを含む、方法を提供する。 According to an aspect of the present invention, there is provided a method for removing one or more target substances from a target mixture comprising, consisting essentially of, or consisting of the target substances and one or more non-target substances, comprising performing a preferential sorption method as defined herein. Such a method may be performed repeatedly to maximize removal of the target substances. Such a method is particularly useful, for example, when it is desired to remove radioactive tritium from radioactively contaminated water, preferably by subjecting the water to electrolysis to produce gaseous hydrogen isotopes, which are then subjected to the method. Accordingly, another aspect of the present invention provides a method for removing tritium from radioactively contaminated water, comprising subjecting the electrolyzed water to the aforementioned removal method.

本発明の態様によれば、1つ又は複数の標的物質を、1つ又は複数の非標的物質から分離する方法であって、本明細書で定義されている優先的に収着する方法を行うことを含む、方法が提供される。そのような方法は、好適には、処理された標的混合物を、収着組成物に収着されている標的物質を伴う収着組成物から分離する工程を含み得る。そのような方法は、最も好ましくは非標的物質の除去後に、例えば標的物質を収着組成物から脱離させることにより、標的物質を収着組成物から回収、抽出又は単離する工程を含み得る。そのような方法は、非標的物質を回収、抽出又は単離する工程を含み得る。 According to an aspect of the present invention, there is provided a method for separating one or more target substances from one or more non-target substances, the method comprising performing a preferential sorption method as defined herein. Such a method may suitably include separating the treated target mixture from the sorption composition with the target substances sorbed to the sorption composition. Such a method may most preferably include, after removal of the non-target substances, recovering, extracting, or isolating the target substances from the sorption composition, for example, by desorbing the target substances from the sorption composition. Such a method may include recovering, extracting, or isolating the non-target substances.

本発明の態様によれば、量子ふるいの方法であって、標的物質及び非標的物質を含む、それらから本質的になる、又はそれらからなる標的混合物から、1つ又は複数の標的物質を、1つ又は複数の非標的物質より選択的にふるい分けることを含み、標的混合物と(又はそれを介して)、収着化合物、及び任意選択で共結晶化化合物を含む、それらから本質的になる、又はそれらからなる収着組成物を接触させる(又は通過させる)ことを含む、方法が提供される。 According to an aspect of the present invention, there is provided a quantum sieving method comprising selectively sieving one or more target materials over one or more non-target materials from a target mixture comprising, consisting essentially of, or consisting of target materials and non-target materials, the method comprising contacting (or passing) a sorption composition comprising, consisting essentially of, or consisting of a sorption compound and, optionally, a co-crystallized compound with (or through) the target mixture.

水素同位体に特異的な方法
本発明の態様によれば、標的物質及び非標的物質を含む、それらから本質的になる、又はそれらからなる標的混合物から、1つ又は複数の標的物質を、1つ又は複数の非標的物質より優先的に収着する方法であって、標的混合物と収着組成物(又は収着組成物を含む収着デバイスと)を接触させることを含む方法が提供され、収着組成物は、収着化合物、及び任意選択で共結晶化化合物を含み、それらから本質的になり、又はそれらからなり、
標的混合物は、H2、D2、T2、HD、HT及びDTからなる群から選択される2つ以上を含む、それらから本質的になる、又はそれらからなり、
標的物質は、H2、D2、T2、HD、HT及びDTからなる群から選択され、
非標的物質が、標的物質を排除するという条件で、非標的物質は、H2、D2、T2、HD、HT及びDTからなる群から選択される。
Hydrogen Isotope Specific Methods According to aspects of the present invention, there is provided a method for preferentially sorbing one or more target materials over one or more non-target materials from a target mixture comprising, consisting essentially of, or consisting of target materials and non-target materials, the method comprising contacting the target mixture with a sorption composition (or with a sorption device comprising a sorption composition), wherein the sorption composition comprises, consists essentially of, or consists of a sorption compound, and optionally a co-crystallized compound;
the target mixture comprises, consists essentially of, or consists of two or more selected from the group consisting of H2 , D2 , T2 , HD, HT, and DT;
the target substance is selected from the group consisting of H2, D2 , T2 , HD, HT, and DT;
The non-target substance is selected from the group consisting of H2 , D2 , T2 , HD, HT, and DT, provided that the non-target substance excludes the target substance.

本発明の態様によれば、動的量子ふるい(KQS)の方法であって、最も好ましくは2つ以上の水素同位体を含む混合物で、本明細書で定義されている優先的に収着する方法を行うことを含む方法が提供される。 According to an aspect of the present invention, there is provided a dynamic quantum sieving (KQS) method, most preferably comprising performing a preferential sorption method as defined herein on a mixture containing two or more hydrogen isotopes.

標的混合物は、核融合反応からの産物であり得る、又はそれを含み得る。したがって、方法は、ジュウテリウム及び/又はトリチウムを含有する分子の抽出物は、前述の方法を経由して核融合プロセスへの投入物として次いで再使用できるため、核融合の排気をリサイクルする方法であり得る。 The target mixture may be or may include products from a nuclear fusion reaction. Thus, the method may be a method of recycling fusion exhaust, as the extract of deuterium and/or tritium-containing molecules may then be reused as input to the fusion process via the methods described above.

核融合に適用する方法
本発明の態様によれば、核融合を行う方法であって、本発明の方法の1つを行うことにより(好適には、1つ若しくは複数の標的物質、又は、そこから得られる1つ若しくは複数の非標的物質、好適には1つ若しくは複数の標的物質、好適にはジュウテリウム、及び任意選択でトリチウムも単離することにより)、及び任意選択で、1つ又は複数の更なる核融合投入材料(例えばトリチウム、任意選択で、本発明のものに対する代替方法を経由して取得可能)を得ることにより、また、少なくとも1つの核融合投入材料を、任意選択で、1つ又は複数の更なる核融合投入材料と共に用いて、核融合を行うことにより、少なくとも1つの核融合投入材料を得ることを含む、方法が提供される。任意選択で、とりわけ、リサイクルした排気物質を用いて核融合を行う場合、少なくとも1つの核融合投入材料は、例えば、好適には、H2、D2、T2、HD、HT及びDTからなる群から選択される2つ以上の水素種を含む核融合排気物質に対して本発明の方法の1つを行うことにより得られる。排気物質は、ヘリウムを更に含み得る。
Methods Applied to Nuclear Fusion According to an aspect of the present invention, there is provided a method for performing nuclear fusion, comprising obtaining at least one fusion input material by performing one of the methods of the present invention (preferably by isolating one or more target materials or one or more non-target materials obtained therefrom, preferably one or more target materials, preferably deuterium and optionally also tritium), and optionally obtaining one or more further fusion input materials (e.g., tritium, optionally obtainable via an alternative method to that of the present invention), and performing nuclear fusion using the at least one fusion input material, optionally together with the one or more further fusion input materials. Optionally, particularly when performing nuclear fusion using recycled exhaust material, the at least one fusion input material is obtained, for example, by performing one of the methods of the present invention on fusion exhaust material containing two or more hydrogen species, preferably selected from the group consisting of H2, D2 , T2 , HD, HT, and DT. The exhaust material may further comprise helium.

化合物
本発明の態様によれば、収着化合物が提供される。収着化合物は、好適には多孔性有機ケージである。
Compounds According to an aspect of the present invention, there is provided a sorption compound, which is preferably a porous organic cage.

本発明の態様によれば、収着化合物を製造する方法が提供される。 According to an aspect of the present invention, a method for producing a sorption compound is provided.

本発明の態様によれば、共結晶化化合物が提供される。共結晶化化合物は、好適には多孔性有機ケージである。 According to an aspect of the present invention, a co-crystallized compound is provided. The co-crystallized compound is preferably a porous organic cage.

共結晶
本発明の態様によれば、共結晶が提供される。共結晶は、好適には、収着化合物及び共結晶化化合物の両方を含む、又はそれらからなる。好ましくは、収着化合物は、共結晶化化合物とは、別々かつ独特な化合物又は分子である。しかし、共結晶は、共結晶化化合物(又はその誘導体)に共有結合で結び付いた収着化合物(又はその誘導体)を含む共有結合で結び付いた収着-共結晶化合物を含み得ることが想定される。
Co-crystals are provided according to an embodiment of the present invention. The co-crystals suitably comprise or consist of both a sorption compound and a co-crystallized compound. Preferably, the sorption compound is a separate and distinct compound or molecule from the co-crystallized compound. However, it is envisioned that the co-crystals may comprise covalently bound sorption-co-crystallized compounds, including a sorption compound (or a derivative thereof) covalently bound to a co-crystallized compound (or a derivative thereof).

好適には、収着化合物及び共結晶化化合物のいずれも多孔性であり、共結晶化化合物は、収着化合物より大きい細孔を有する。好適には、収着化合物及び共結晶化化合物は、共結晶化する。 Preferably, both the sorption compound and the co-crystallized compound are porous, with the co-crystallized compound having larger pores than the sorption compound. Preferably, the sorption compound and the co-crystallized compound co-crystallize.

本発明の態様によれば、共結晶を製造する方法が提供される。方法は、好適には、収着化合物及び共結晶化化合物を共結晶化することを含む。 According to an aspect of the present invention, there is provided a method for producing a co-crystal. The method preferably comprises co-crystallizing a sorption compound and a co-crystallization compound.

組成物
本発明の態様によれば、収着化合物を含む収着組成物が提供される。収着組成物は、いくつかの実施形態では、収着化合物からなり得る、又はそれから本質的になり得る。
Compositions According to aspects of the present invention, there is provided a sorption composition comprising a sorption compound. The sorption composition, in some embodiments, can consist of or consist essentially of the sorption compound.

本発明の態様によれば、収着化合物及び共結晶化化合物を含む収着組成物が提供される。収着組成物は、いくつかの実施形態では、収着化合物及び共結晶化化合物からなり得る、又はそれらから本質的になり得る。 According to aspects of the present invention, a sorption composition is provided that includes a sorption compound and a co-crystallized compound. In some embodiments, the sorption composition can consist of, or consist essentially of, the sorption compound and the co-crystallized compound.

本発明の態様によれば、共結晶組成物が提供される。共結晶組成物は、好適には、本明細書で定義されている共結晶を含む、又はそれからなる。収着組成物は、共結晶組成物であり得る。 According to an aspect of the present invention, a cocrystal composition is provided. The cocrystal composition preferably comprises or consists of a cocrystal as defined herein. The sorption composition may be a cocrystal composition.

収着デバイス
本発明の態様によれば、本明細書で定義されている収着組成物(又は共結晶組成物)を含む収着デバイスが提供される。収着デバイスは、濾過又はスクラビングデバイスであり得る。収着デバイスは、収着組成物又は共結晶組成物を含むカートリッジであり得る。収着デバイスは、より大きい装置の中に組み込まれ得る。収着デバイスは、収着組成物を含むカートリッジ又はカラムであり得る(好適にはコンパクト化した形態で)。収着デバイスは、収着組成物を含む、又はそれからなる膜又はフィルムであり得る。
Sorption Devices According to aspects of the present invention, there is provided a sorption device comprising a sorption composition (or co-crystal composition) as defined herein. The sorption device can be a filtration or scrubbing device. The sorption device can be a cartridge comprising the sorption composition or the co-crystal composition. The sorption device can be incorporated into a larger apparatus. The sorption device can be a cartridge or column comprising the sorption composition (preferably in compacted form). The sorption device can be a membrane or film comprising or consisting of the sorption composition.

本発明の態様によれば、本明細書で定義されている収着組成物を含む動的量子ふるい(KQS)が提供される。 According to an aspect of the present invention, there is provided a dynamic quantum sieve (KQS) comprising a sorption composition defined herein.

標的ガスに対する収着化合物を微調整する方法
本発明の態様によれば、標的物質及び非標的物質を含む、それらから本質的になる、又はそれらからなる標的混合物から、1つ又は複数の標的物質を、1つ又は複数の非標的物質より優先的に収着する方法であって、
収着化合物は、1個又は複数の官能基化可能な基を有する内部空洞を含む多孔性有機ケージである、予め官能基化された収着化合物を調製すること
任意選択で、保護基を有する内部空洞内の官能基化可能な基を、すべてではないが一部保護すること、1個又は複数の保護されていない官能基化可能な基を官能基化すること、保護基で保護されている官能基化可能な基を脱保護すること、及び任意選択で、その後、1個又は複数の保護されていない官能基化可能な基を更に官能基化することにより、収着化合物の内部空洞を化学的に修飾する(後官能基化する)こと、並びに
収着組成物は、収着化合物、及び任意選択で共結晶化化合物を含む、それらから本質的になる、又はそれらからなる、標的混合物と収着組成物(又は収着組成物を含むデバイス)を接触させることを含む、方法が提供される。
Method for Fine-Tuning Sorption Compounds for a Target Gas According to an aspect of the present invention, there is provided a method for preferentially sorbing one or more target substances over one or more non-target substances from a target mixture comprising, consisting essentially of, or consisting of target substances and non-target substances, the method comprising:
A method is provided that includes preparing a pre-functionalized sorption compound, wherein the sorption compound is a porous organic cage comprising an interior cavity with one or more functionalizable groups; optionally protecting some, but not all, of the functionalizable groups in the interior cavity with protecting groups, functionalizing one or more unprotected functionalizable groups, deprotecting the protected functionalizable groups with protecting groups, and optionally thereafter chemically modifying (post-functionalizing) the interior cavity of the sorption compound by further functionalizing one or more unprotected functionalizable groups; and contacting the sorption composition (or a device comprising the sorption composition) with a target mixture, wherein the sorption composition comprises, consists essentially of, or consists of the sorption compound, and optionally a co-crystallization compound.

他の態様及び特徴
本発明の態様によれば、動的量子ふるいに使用するための収着化合物、共結晶化化合物、収着組成物、共結晶、共結晶組成物、又は収着デバイスが提供される。
Other Aspects and Features According to aspects of the present invention, there is provided a sorption compound, co-crystallized compound, sorption composition, co-crystal, co-crystal composition, or sorption device for use in a dynamic quantum sieve.

本発明のある詳細な態様に関係して記載されている、任意選択の、好適な、及び好ましい特徴を含む、ある特徴は、相容れない場合を除き、本発明のある他の態様の、任意選択の、好適な、及び好ましい特徴を含む特徴でもあり得る。 A feature, including an optional, preferred, and preferred feature, described in connection with one particular aspect of the invention may also be a feature, including an optional, preferred, and preferred feature, of any other aspect of the invention, except where incompatible.

本発明をよりよく理解するために、また、同実施形態がどのように実施されるかを示すために、ここで、例として、以下の概略的図面に言及する。 For a better understanding of the present invention and to show how embodiments thereof may be carried into effect, reference will now be made, by way of example, to the following schematic drawings:

図1は極小細孔の有機ケージを使用した動的量子ふるいを示す。(A)内部ケージ空洞を修飾するための保護-官能基化-脱保護ストラテジーを示すスキーム。(B)Aにおけるスキームに対応する修飾したケージの完全な合成経路。FT、AT、ET及びPTは、ジアミン基がホルムアルデヒド、アセトン、エタナール(アセトアルデヒド)及びプロピオンアルデヒドに連結している生成物を表し、x及びyは、異なる考えられる連結基(x=E、F及びy=A、E、P)を表す。(C)各系に対して計算した細孔の限定包絡線と共に利用可能な空洞(着色)を示す、修飾したケージの代表的な単結晶構造、(D)結晶構造、プローブ半径=2.0Å(30)に基づいてVOIDOOにより計算される、異なるガス(ヒストグラム、左軸)及び単一の修飾ケージのケージ空洞体積(右軸)に対するガス吸着性の要約。 Figure 1 shows a dynamic quantum sieve using ultrasmall-pore organic cages. (A) Scheme illustrating the protection-functionalization-deprotection strategy for modifying the interior cage cavity. (B) Complete synthetic route for the modified cage corresponding to the scheme in A. FT, AT, ET, and PT represent products in which the diamine group is linked to formaldehyde, acetone, ethanal (acetaldehyde), and propionaldehyde, respectively. x and y represent different possible linking groups (x = E, F and y = A, E, P). (C) Representative single crystal structures of modified cages showing the available cavity (colored) along with the calculated pore limit envelope for each system. (D) Summary of gas adsorption for different gases (histogram, left axis) and the cage cavity volume (right axis) of a single modified cage, calculated by VOIDOO based on the crystal structure and probe radius = 2.0 Å (30).

図2は極小細孔の有機ケージを使用した動的量子ふるいを示す。(A)6ET-RCC3での細孔の限定包絡線。画像(挿入図)は、利用可能なケージ空洞(着色)を伴う6ET-RCC3の単結晶構造を示す。(B)異なる温度における6ET-RCC3の水素吸着(塗りつぶし)及び脱離(白抜き)等温線。(C)異なる曝露温度にて、30min固定した曝露時間(texp)にわたる、10mbar 1:1 D2/H2同位体混合物への曝露後に得られた6ET-RCC3の昇温脱離スペクトル(TDS)。曝露温度にて排出後の脱離スペクトルを、0.1K/sの加熱速度で測定した。(D)CC3、6FT-RCC3及び6ET-RCC3に対し、30Kでの曝露時間の関数としてのD2/H2選択性及びガス取込量。 Figure 2 shows dynamic quantum sieves using ultrasmall-pore organic cages. (A) Pore confinement envelope for 6ET-RCC3. The image (inset) shows the single-crystal structure of 6ET-RCC3 with the available cage cavity (colored). (B) Hydrogen adsorption (filled) and desorption (open) isotherms for 6ET-RCC3 at different temperatures. (C) Temperature-programmed desorption spectra (TDS) of 6ET-RCC3 obtained after exposure to a 10 mbar 1:1 D2 / H2 isotope mixture for a fixed exposure time (t exp ) of 30 min at different exposure temperatures. Desorption spectra after evacuation at the exposure temperature were measured at a heating rate of 0.1 K/s. (D) D2 / H2 selectivity and gas uptake as a function of exposure time at 30 K for CC3, 6FT-RCC3, and 6ET-RCC3.

図3はD2/H2分離性能を向上させる共結晶の形成を示す。(A)左:2つのケージ間のキラル認識により形成して、単一の材料において、容量及び選択性を統合した共結晶Cocryst1を示すスキーム。中央:黄色で示されている細孔チャネルを有するCocryst1の結晶構造を単純化した表示。右:単結晶構造のCocryst1。(B)異なる温度におけるCocryst1のH2及びD2の吸着(塗りつぶし)及び脱離(白抜き)等温線。(C)異なる温度での圧力の関数としてのD2/H2等温線比。(D)異なる曝露温度(Texp)での、及び30minの固定した曝露時間(texp)にわたる、10mbar 1:1 H2/D2同位体混合物への曝露後に得られたCocryst1でのTDS。(E)30K(赤色)、40K(青色)及び50K(緑色)での、texpの関数としてのD2/H2選択性。(F)30Kでの異なる曝露時間にわたる、10mbar 1:1 H2/D2同位体混合物への曝露後に得られたCocryst1でのTDS。(G)30Kにおけるtexpの関数としての相当量の吸着されたH2(黒色)、D2(赤色)、及び選択性(青色)。 Figure 3 shows the formation of a cocrystal that improves D2 / H2 separation performance. (A) Left: Scheme showing the cocrystal Cocryst1, formed through chiral recognition between two cages to combine capacity and selectivity in a single material. Center: Simplified representation of the crystal structure of Cocryst1, with the pore channels shown in yellow. Right: Single crystal structure of Cocryst1. (B) H2 and D2 adsorption (filled) and desorption (open) isotherms for Cocryst1 at different temperatures. (C) D2 / H2 isotherm ratio as a function of pressure at different temperatures. (D) TDS for Cocryst1 obtained after exposure to a 10 mbar 1:1 H2 / D2 isotope mixture at different exposure temperatures (T exp ) and for a fixed exposure time (t exp ) of 30 min. (E) D 2 /H 2 selectivity as a function of t exp at 30 K (red), 40 K (blue), and 50 K (green). (F) TDS on Cocryst1 obtained after exposure to 10 mbar 1:1 H 2 /D 2 isotope mixture for different exposure times at 30 K. (G) Equivalents of adsorbed H 2 (black), D 2 (red), and selectivity (blue) as a function of t exp at 30 K.

図4は様々な多孔性材料での水素同位体KQS選択性及び吸着容量の要約を示す。リストは、炭素(Takeda 3A(40))、MOF(MFU-4(18、40)、MOF-5(40)、IFP(41))、COF(Py@COF-1(42)、ゼオライト5A(16)及び多孔性有機ケージ(CC3、6FT-CC3、6ET-CC3、Cocryst1)を含む。KQS吸着剤の実用性は、選択性及び容量の組合せであり、これに基づき、ケージ共結晶は、最も有望な性能をここで示す。 Figure 4 shows a summary of hydrogen isotope KQS selectivity and adsorption capacity for various porous materials. The list includes carbon (Takeda 3A (40)), MOFs (MFU-4 (18, 40), MOF-5 (40), IFP (41)), COFs (Py@COF-1 (42)), zeolite 5A (16), and porous organic cages (CC3, 6FT-CC3, 6ET-CC3, Cocryst1). The utility of KQS adsorbents lies in the combination of selectivity and capacity, and based on this, cage cocrystals show the most promising performance here.

図5は多孔性有機ケージによる、水素同位体分離の機構を洞察するシミュレーションを示す。それぞれ6ET-RCC3(A)、Cocryst1(B)及びCC3(C)で、2個の隣接したケージ分子の質量の中心間に拡散した、単一のH2又はD2分子のシミュレーションした自由エネルギープロファイル(A~C)。自由エネルギープロファイルは、それぞれの結晶構造を使用して、拡散経路で計算した。関与している2つの該当ケージ分子のみがここに示されている。Aにおける拡散経路は、2個のメチル基を有する6ET-RCC3ケージウィンドウ(左ケージ)、及び1個のメチル基を有する第2の6ET-RCC3ケージウィンドウ(右ケージ)を通過する; Bにおける拡散経路は、1個のメチル基を有する6ET-RCC3ケージウィンドウ(左ケージ)及び隣接したCC3ケージウィンドウ(右ケージ)を通過する。灰色、白色及び青色原子は、炭素、水素及び窒素をそれぞれ表し、ケージ分子内側の細孔スペースは、直径2.2Åの球形プローブにより画定され、赤色で着色されている。予測される等モルH2/D2混合物の競合吸着(D~F)。PIMDシミュレーション(G~I)により、単一の、単離した6ET-RCC3ケージでの、D2/H2選択性及びガス拡散が予測される(シミュレーションの詳細については以下の計算方法を参照されたい)。(G)量子H2分子の輸送のための遷移状態。PIMDシミュレーションにおける全32例のレプリカのオーバーレイを伴う単一のスナップ写真が示されており、これは、核量子ゆらぎを例証する。追加された半透明の赤色ドットは、100例の遷移状態の配置から得られたH2分子輸送のゆらぎを描く。(H)観察された実験のD2/H2選択性と比較した、温度の関数としてのケージ内側におけるH2を上回るD2の相対的母集団対ガス相におけるもの。(I)50Kにて単離した6ET-RCC3分子のウィンドウを通って拡散する、量子H2(黒色)又は量子D2(赤色)の単一の分子に対する、自由エネルギープロファイル。H及びIにおける誤差の定義は、「経路積分分子の動的シミュレーション及び自由エネルギーの計算」というサブタイトルの計算方法セクションで示されている。 Figure 5 shows simulations that provide insight into the mechanism of hydrogen isotope separation by porous organic cages. Simulated free energy profiles (A–C) of a single H2 or D2 molecule diffusing between the centers of mass of two adjacent cage molecules for 6ET-RCC3 (A), Cocryst1 (B), and CC3 (C), respectively. The free energy profiles were calculated for the diffusion path using the respective crystal structures. Only the two relevant cage molecules involved are shown here. In A, the diffusion path passes through a 6ET-RCC3 cage window with two methyl groups (left cage) and a second 6ET-RCC3 cage window with one methyl group (right cage); in B, the diffusion path passes through a 6ET-RCC3 cage window with one methyl group (left cage) and the adjacent CC3 cage window (right cage). Gray, white, and blue atoms represent carbon, hydrogen, and nitrogen, respectively. The pore space inside the cage molecule is defined by a spherical probe with a diameter of 2.2 Å and colored red. Predicted competitive adsorption of an equimolar H2/D2 mixture (D–F). PIMD simulations (G–I) predict D2 / H2 selectivity and gas diffusion in a single, isolated 6ET-RCC3 cage (see Computational Methods below for simulation details). (G) Transition state for transport of quantum H2 molecules. A single snapshot with an overlay of all 32 replicas in the PIMD simulation is shown, illustrating nuclear quantum fluctuations. Added semitransparent red dots depict fluctuations in H2 molecule transport obtained from 100 transition state configurations. (H) Relative population of D2 over H2 inside the cage versus that in the gas phase as a function of temperature, compared to the observed experimental D2 / H2 selectivity. (I) Free energy profile for a single molecule of quantum H 2 (black) or quantum D 2 (red) diffusing through a window of isolated 6ET-RCC3 molecules at 50 K. Definitions of the errors in H and I are given in the Computational Methods section subtitled "Path-integral molecular dynamics simulations and free energy calculations."

図6は6ET-RCC3(A)、Cocryst1(B)及びCC3(C)で、等モルD2/H2混合物の競合吸着シミュレーションを使用して計算した、予測されるD2/H2選択性を示す図である(AからC)。同様に、5種の独立したシミュレーションを行って、平均取込量を予測し、エラーバーを決定した。 Figure 6 shows the predicted D2/H2 selectivity calculated using competitive adsorption simulations of equimolar D2/H2 mixtures for 6ET-RCC3 (A), Cocryst1 (B), and CC3 (C) (A to C). Similarly, five independent simulations were performed to predict the average uptake and determine the error bars.

内部ケージ空洞を修飾するための保護-官能基化-脱保護ストラテジーを示すスキーム。Scheme showing the protection-functionalization-deprotection strategy for modifying the interior cage cavity. Aにおけるスキームに対応する修飾したケージの完全な合成経路。FT、AT、ET及びPTは、ジアミン基がホルムアルデヒド、アセトン、エタナール(アセトアルデヒド)及びプロピオンアルデヒドに連結している生成物を表し、x及びyは、異なる考えられる連結基(x=E、F及びy=A、E、P)を表す。Complete synthetic route of the modified cages corresponding to the scheme in A. FT, AT, ET, and PT represent products in which the diamine group is linked to formaldehyde, acetone, ethanal (acetaldehyde), and propionaldehyde, and x and y represent the different possible linking groups (x = E, F and y = A, E, P). 各系に対して計算した細孔の限定包絡線と共に利用可能な空洞(着色)を示す、修飾したケージの代表的な単結晶構造。Representative single crystal structures of the modified cages showing the available cavities (colored) along with the pore limiting envelope calculated for each system. 結晶構造、プローブ半径=2.0Å(30)に基づいてVOIDOOにより計算される、異なるガス(ヒストグラム、左軸)及び単一の修飾ケージのケージ空洞体積(右軸)に対するガス吸着性の要約。Summary of gas adsorption for different gases (histogram, left axis) and cage cavity volume (right axis) of a single modified cage, calculated by VOIDOO based on the crystal structure, probe radius = 2.0 Å (30). 6ET-RCC3での細孔の限定包絡線。画像(挿入図)は、利用可能なケージ空洞(着色)を伴う6ET-RCC3の単結晶構造を示す。Confinement envelope of the pore in 6ET-RCC3. The image (inset) shows the single crystal structure of 6ET-RCC3 with the available cage cavity (colored). 異なる温度における6ET-RCC3の水素吸着(塗りつぶし)及び脱離(白抜き)等温線。Hydrogen adsorption (solid) and desorption (open) isotherms of 6ET-RCC3 at different temperatures. 異なる曝露温度にて、30min固定した曝露時間(texp)にわたる、10mbar 1:1 D2/H2同位体混合物への曝露後に得られた6ET-RCC3の昇温脱離スペクトル(TDS)。曝露温度にて排出後の脱離スペクトルを、0.1K/sの加熱速度で測定した。Temperature-programmed desorption spectra (TDS) of 6ET-RCC3 obtained after exposure to a 10 mbar 1:1 D2 / H2 isotope mixture for a fixed exposure time (t exp ) of 30 min at different exposure temperatures. Desorption spectra after ejection at the exposure temperature were measured at a heating rate of 0.1 K/s. CC3、6FT-RCC3及び6ET-RCC3に対し、30Kでの曝露時間の関数としてのD2/H2選択性及びガス取込量。D 2 /H 2 selectivity and gas uptake as a function of exposure time at 30 K for CC3, 6FT-RCC3 and 6ET-RCC3. 左:2つのケージ間のキラル認識により形成して、単一の材料において、容量及び選択性を統合した共結晶Cocryst1を示すスキーム。中央:黄色で示されている細孔チャネルを有するCocryst1の結晶構造を単純化した表示。右:単結晶構造のCocryst1。Left: Scheme showing the cocrystal Cocryst1 formed through chiral recognition between two cages, combining capacity and selectivity in a single material. Center: Simplified representation of the crystal structure of Cocryst1 with the pore channel shown in yellow. Right: Single crystal structure of Cocryst1. 異なる温度におけるCocryst1のH2及びD2の吸着(塗りつぶし)及び脱離(白抜き)等温線。Adsorption (filled) and desorption (open) isotherms of H2 and D2 for Cocryst1 at different temperatures. 異なる温度での圧力の関数としてのD2/H2等温線比。D 2 /H 2 isotherm ratio as a function of pressure at different temperatures. 異なる曝露温度(Texp)での、及び30minの固定した曝露時間(texp)にわたる、10mbar 1:1 H2/D2同位体混合物への曝露後に得られたCocryst1でのTDS。TDS for Cocryst1 obtained after exposure to 10 mbar 1:1 H2 / D2 isotope mixture at different exposure temperatures ( Texp ) and for a fixed exposure time ( texp ) of 30 min. 30K(赤色)、40K(青色)及び50K(緑色)での、texpの関数としてのD2/H2選択性。 D2 / H2 selectivity as a function of t exp at 30K (red), 40K (blue) and 50K (green). 30Kでの異なる曝露時間にわたる、10mbar 1:1 H2/D2同位体混合物への曝露後に得られたCocryst1でのTDS。TDS in Cocryst1 obtained after exposure to 10 mbar 1:1 H 2 /D 2 isotope mixture at 30 K for different exposure times. 30Kにおけるtexpの関数としての相当量の吸着されたH2(黒色)、D2(赤色)、及び選択性(青色)。Equivalent adsorbed H 2 (black), D 2 (red), and selectivity (blue) as a function of t exp at 30 K. 様々な多孔性材料での水素同位体KQS選択性及び吸着容量の要約を示す図である。リストは、炭素(Takeda 3A(40))、MOF(MFU-4(18、40)、MOF-5(40)、IFP(41))、COF(Py@COF-1(42)、ゼオライト5A(16)及び多孔性有機ケージ(CC3、6FT-CC3、6ET-CC3、Cocryst1)を含む。KQS吸着剤の実用性は、選択性及び容量の組合せであり、これに基づき、ケージ共結晶は、最も有望な性能をここで示す。Figure 1 shows a summary of hydrogen isotope KQS selectivity and adsorption capacity for various porous materials. The list includes carbon (Takeda 3A (40)), MOFs (MFU-4 (18, 40), MOF-5 (40), IFP (41)), COFs (Py@COF-1 (42)), zeolite 5A (16), and porous organic cages (CC3, 6FT-CC3, 6ET-CC3, Cocryst1). The utility of KQS adsorbents lies in the combination of selectivity and capacity, and based on this, the cage cocrystals show the most promising performance here. 6ET-RCC3(A)で、2個の隣接したケージ分子の質量の中心間に拡散した、単一のH2又はD2分子のシミュレーションした自由エネルギープロファイル。Simulated free energy profile of a single H 2 or D 2 molecule diffused between the centers of mass of two adjacent cage molecules in 6ET-RCC3(A). Cocryst1(B)で、2個の隣接したケージ分子の質量の中心間に拡散した、単一のH2又はD2分子のシミュレーションした自由エネルギープロファイル。Simulated free energy profile of a single H2 or D2 molecule diffused between the centers of mass of two adjacent cage molecules in Cocryst1 (B). CC3(C)で、2個の隣接したケージ分子の質量の中心間に拡散した、単一のH2又はD2分子のシミュレーションした自由エネルギープロファイル。In CC3(C), simulated free energy profiles of a single H 2 or D 2 molecule diffused between the centers of mass of two adjacent cage molecules. 予測される等モルH2/D2混合物の競合吸着。Predicted competitive adsorption of equimolar H2/D2 mixtures. 予測される等モルH2/D2混合物の競合吸着。Predicted competitive adsorption of equimolar H2/D2 mixtures. 予測される等モルH2/D2混合物の競合吸着。Predicted competitive adsorption of equimolar H2/D2 mixtures. 量子H2分子の輸送のための遷移状態。Transition state for transport of quantum H2 molecules. 観察された実験のD2/H2選択性と比較した、温度の関数としてのケージ内側におけるH2を上回るD2の相対的母集団対ガス相におけるもの。Relative population of D 2 over H 2 inside the cage versus that in the gas phase as a function of temperature compared to the observed experimental D 2 /H 2 selectivity. 50Kにて単離した6ET-RCC3分子のウィンドウを通って拡散する、量子H2(黒色)又は量子D2(赤色)の単一の分子に対する、自由エネルギープロファイル。Free energy profile for a single molecule of quantum H 2 (black) or quantum D 2 (red) diffusing through the window of an isolated 6ET-RCC3 molecule at 50K. 6ET-RCC3で、等モルD2/H2混合物の競合吸着シミュレーションを使用して計算した、予測されるD2/H2選択性を示す。Figure 1 shows the predicted D2/H2 selectivity calculated using competitive adsorption simulations of equimolar D2/H2 mixtures on 6ET-RCC3. Cocryst1で等モルD2/H2混合物の競合吸着シミュレーションを使用して計算した、予測されるD2/H2選択性を示す。Predicted D2/H2 selectivities calculated using competitive adsorption simulations of equimolar D2/H2 mixtures on Cocryst1 are shown. CC3で、等モルD2/H2混合物の競合吸着シミュレーションを使用して計算した、予測されるD2/H2選択性を示す。The predicted D2/H2 selectivity calculated using competitive adsorption simulations of equimolar D2/H2 mixtures is shown for CC3.

定義
特に定めのない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用される以下の用語は、以下に明記されている以下の意味を有する。
DEFINITIONS Unless otherwise specified, the following terms used in the specification and claims have the following meanings, as specified below.

特に定めのない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用される以下の用語は、以下に明記されている以下の意味を有する。 Unless otherwise specified, the following terms used in this specification and claims have the following meanings as specified below.

本明細書の説明及び特許請求の範囲を通じて、「含む」及び「含有する」という語及びそれらの変形は、「含むが、それらに限定されない」を意味し、これらは、他の部分、添加物、成分、整数又は工程を排除するように意図されていない(また、排除しない)。本明細書の説明及び特許請求の範囲を通じて、単数形は、文脈上特に必要でない限り、複数形を包含する。特に、不定冠詞が使用される場合、明細書は、文脈上特に必要でない限り、複数並びに単数を想定すると理解されるべきである。 Throughout the description and claims of this specification, the words "comprise" and "contain" and variations thereof mean "including, but not limited to," and are not intended to (and do not) exclude other moieties, additives, ingredients, integers, or steps. Throughout the description and claims of this specification, the singular includes the plural unless the context otherwise requires. In particular, when the indefinite article is used, the specification should be understood to contemplate the plural as well as the singular unless the context otherwise requires.

本発明の詳細な態様、実施形態又は実施例に関連して記載されている特徴、整数、特性、化合物、化学部分又は基は、相容れない場合を除き、本明細書に記載されている他の態様、実施形態又は実施例のいずれかに適用可能と理解されるべきである。本明細書(添付の特許請求の範囲、要約書及び図面のいずれかを含む)で開示されている特徴すべて、及び/又は、そのように開示された任意の方法又はプロセスの工程すべては、そのような特徴及び/又は工程の少なくとも一部が、相互排除される組合せを除いて、任意の組合せで組み合わせることができる。本発明は、先述の実施形態のいずれかの詳細に制約されない。本発明は、本明細書(添付の特許請求の範囲、要約書及び図面のいずれかを含む)で開示されている特徴のある新規なもの1つ、若しくはある新規な組合せに及び、又は、そのように開示されたある方法若しくはプロセスの工程のいずれかの新規なもの、若しくはある新規な組合せに及ぶ。 Any feature, integer, property, compound, chemical moiety, or group described in connection with a particular aspect, embodiment, or example of the invention is to be understood as applicable to any other aspect, embodiment, or example described herein, except where inconsistent. All features disclosed in this specification (including any accompanying claims, abstract, and drawings), and/or all steps of any method or process so disclosed, may be combined in any combination, except where at least some of such features and/or steps are mutually exclusive. The invention is not limited to the details of any of the foregoing embodiments. The invention extends to any novel single feature, or any novel combination of features, or any novel combination of method or process steps so disclosed, disclosed in this specification (including any accompanying claims, abstract, and drawings).

読者は、本出願に関連して、本明細書と同時に、又はそれより前に出願され、本明細書と公衆の閲覧に供される論文及び文書すべてに注目されたく、そのような論文及び文書すべての内容は、参照により本明細書に組み込まれる。 The reader is directed to all articles and documents related to this application, filed contemporaneously with or prior to this application, and open to public inspection herewith, the contents of all such articles and documents being incorporated herein by reference.

誤解を避けるために、「背景技術」という見出しの下の本明細書で以前に開示されている情報は、本発明に関連性があり、本発明の本開示の一部として読むべきであることをここに述べる。 For the avoidance of doubt, it is hereby stated that the information previously disclosed herein under the heading "Background Art" is relevant to the present invention and should be read as part of this disclosure of the present invention.

特に定めのない限り、本明細書における「平均」値へのある言及は、中間値に関連するように意図されている。 Unless otherwise specified, any reference herein to an "average" value is intended to relate to the mean value.

組成物が、複数の規定された原料(任意選択で規定量の濃度で)を含むといわれる場合、前記組成物は、任意選択で、規定されたもの以外の追加の原料を含み得る。しかし、ある実施形態では、複数の規定された原料を含むといわれる組成物は、実際に、規定された原料すべてから本質的になり得る、又は、それからなり得る。 When a composition is said to contain multiple specified ingredients (optionally in specified amounts and concentrations), the composition may optionally contain additional ingredients other than those specified. However, in some embodiments, a composition said to contain multiple specified ingredients may actually consist essentially of, or consist of, all of the specified ingredients.

本明細書では、組成物が、特定の成分「から本質的になる」といわれる場合、前記組成物は、好適には、前記成分を少なくとも70wt%、好適にはそれを少なくとも90wt%、好適にはそれを少なくとも95wt%、最も好適にはそれを少なくとも99wt%を含む。好適には、特定の成分「から本質的になる」といわれる組成物は、1つ又は複数の微量不純物を除外して、前記成分からなる。 As used herein, when a composition is said to "consist essentially of" a particular component, the composition preferably comprises at least 70 wt% of that component, preferably at least 90 wt% of it, preferably at least 95 wt% of it, and most preferably at least 99 wt% of it. Preferably, a composition said to "consist essentially of" a particular component consists of that component, excluding one or more trace impurities.

ある組成物の特定の成分の量又は濃度が、質量パーセンテージ(wt%又は%w/w)と指定されている場合、前記質量パーセンテージは、組成物全体の合計質量と比較した、前記成分の質量に対するパーセンテージを指す。組成物の全成分の質量パーセンテージの総計は、合計100wt%になることは当業者により理解される。しかし、すべての成分が列挙されていない場合(例えば、組成物が、1つ又は複数の特定の成分「を含む」といわれる場合)、質量パーセンテージのバランスは、任意選択で、指定されていない原料(例えば希釈剤、例として水、又は他の必須ではないが好適な添加剤)により100wt%までになり得る。最も好適には、規定された原料のwt%の総計は、100wt%を超えず、そのようになるある組合せのwt%は、定義により排除される。 When the amount or concentration of a particular component of a composition is specified as a weight percentage (wt% or % w/w), the weight percentage refers to the weight percentage of that component compared to the total weight of the entire composition. It will be understood by those skilled in the art that the total weight percentages of all components of a composition add up to 100 wt%. However, if not all components are listed (e.g., if a composition is said to "comprise" one or more specific components), the balance of the weight percentage can optionally be made up to 100 wt% by unspecified ingredients (e.g., diluents, e.g., water, or other optional but suitable additives). Most preferably, the total weight percentages of the specified components does not exceed 100 wt%, and any resulting wt% combinations are excluded by definition.

「実質的に含まない」という用語は、組成物のある成分に関係して使用される(例えば「化合物Xを実質的に含まない組成物」)場合、前記成分が本質的に添加されていない組成物を指す。組成物が、ある成分を「実質的に含まない」場合、前記組成物は、好適には、前記成分のわずか0.001wt%、好適には前記成分のわずか0.0001wt%、好適にはわずか0.00001wt%、好適にはわずか0.000001wt%、好適にはそのわずか 0.0000001wt%、最も好適にはわずか0.0001パーツパービリオン(質量に対して)を含む。 The term "substantially free," when used in reference to a component of a composition (e.g., "a composition substantially free of compound X"), refers to a composition to which essentially no such component has been added. When a composition is "substantially free" of a component, the composition preferably contains no more than 0.001 wt% of the component, preferably no more than 0.0001 wt% of the component, preferably no more than 0.00001 wt%, preferably no more than 0.000001 wt%, preferably no more than 0.0000001 wt%, and most preferably no more than 0.0001 parts per billion (by mass) of the component.

「完全に含まない」という用語は、組成物のある成分に関係して使用される(例えば「化合物Xを完全に含まない組成物」)場合、前記成分を含有しない組成物を指す。 The term "completely free," when used in reference to a component of a composition (e.g., "a composition completely free of compound X"), refers to a composition that is free of said component.

好適には、特に定めのない限り、圧力及び/又は温度に左右され得る材料のパラメーター(例えばpH、pKa、大きさ)又は状態(例えば液体、ガス)が言及される場合、好適には、そのような言及は、更なる明示なしで標準的な室温及び圧力(SATP)における前記パラメーターを指す。SATPは、298.15K(25℃、77°F)の温度及び100kPa(14.504psi、0.987atm)の絶対圧力である。 Preferably, unless otherwise specified, when a parameter (e.g., pH, pKa, size) or state (e.g., liquid, gas) of a material that may be affected by pressure and/or temperature is referred to, such reference preferably refers to said parameter at standard room temperature and pressure (SATP) without further specification. SATP is a temperature of 298.15 K (25°C, 77°F) and an absolute pressure of 100 kPa (14.504 psi, 0.987 atm).

本明細書では、特に定めのない限り、すべての化学名は、IUPAC定義に従って定義され得る。 In this specification, all chemical names may be defined according to IUPAC definitions unless otherwise specified.

本明細書の「炭化水素」という用語は、当業界で十分に理解され、炭素及び水素のみを含有する化合物を指す。「ヒドロカルビル」という用語は、一般的には、任意の脂肪族、非環式又は環式(アリールを含む)炭化水素基を指し、好適にはヘテロ原子を伴わない。そのような化合物は、とりわけ、アルカン、アルケン、アルキン、アレーン及びそれらの環式のものを含む。「炭化水素」という用語は、アントラセン、ナフタレン、ベンゼン及び/又はそれらの誘導体(例えばトルエン)を含む。 As used herein, the term "hydrocarbon" is well understood in the art and refers to compounds containing only carbon and hydrogen. The term "hydrocarbyl" generally refers to any aliphatic, acyclic, or cyclic (including aryl) hydrocarbon group, preferably without heteroatoms. Such compounds include, among others, alkanes, alkenes, alkynes, arenes, and their cyclic counterparts. The term "hydrocarbon" includes anthracene, naphthalene, benzene, and/or their derivatives (e.g., toluene).

本明細書の「カルボシクリル」、「炭素環」又は「炭素環式」という用語は、一般的に、非芳香族環系中に3から10個の環炭素原子(すなわち(3~10C) カルボシクリル)を有し、ヘテロ原子が0個の、非芳香族環式炭化水素基のラジカルを指す。好適には、カルボシクリル基は、(3~nC)シクロアルキル及び(3~nC)シクロアルケニルを含む。模範的な実施形態は、シクロブチル、シクロブテニル、シクロペンチル、シクロペンテニル、シクロヘキシル、シクロヘキセニル、シクロヘキサジエニル、シクロヘプチル、シクロヘプテニル、シクロヘプタジエニル、シクロヘプタトリエニル、シクロオクチル、シクロオクテニル、ビシクロ[2.2.1]ヘプタニル、ビシクロ[2.2.2]オクタニル等を含む。 As used herein, the terms "carbocyclyl," "carbocycle," or "carbocyclic" generally refer to the radical of a non-aromatic cyclic hydrocarbon group having 3 to 10 ring carbon atoms (i.e., (3-10C) carbocyclyl) in a non-aromatic ring system and zero heteroatoms. Suitable carbocyclyl groups include (3-nC) cycloalkyl and (3-nC) cycloalkenyl. Exemplary embodiments include cyclobutyl, cyclobutenyl, cyclopentyl, cyclopentenyl, cyclohexyl, cyclohexenyl, cyclohexadienyl, cycloheptyl, cycloheptenyl, cycloheptadienyl, cycloheptatrienyl, cyclooctyl, cyclooctenyl, bicyclo[2.2.1]heptanyl, bicyclo[2.2.2]octanyl, and the like.

本明細書の「マクロシクリル」、「大環」又は「大環式」という用語は、当業界で周知の大環式環を指す。そのような大環式環は、好適には環式高分子又は分子の高分子環式部分である。好適には、大環式環は、環内に9個以上の原子を有する。好適には、大環式環は、3個以上の内部電子対供与原子を有する。大環式環は、好適には、中心金属種(例えばMg2+)に配位することができる環式分子である。例は、ポルフィリンが挙げられる。 As used herein, the terms "macrocyclyl," "macrocycle," or "macrocyclic" refer to macrocyclic rings known in the art. Such macrocyclic rings are preferably cyclic polymers or polymeric cyclic portions of molecules. Preferably, macrocyclic rings have 9 or more atoms in the ring. Preferably, macrocyclic rings have 3 or more internal electron pair donor atoms. Preferably, macrocyclic rings are cyclic molecules that can coordinate to a central metal species (e.g., Mg2+). Examples include porphyrins.

本明細書の「炭水化物」という用語は、当業界で十分に理解され、炭素、水素及び酸素のみを含有する化合物を指す。そのような化合物は、エステル、ケトン、アルデヒド、糖等を含む。 As used herein, the term "carbohydrate" is well understood in the art and refers to compounds containing only carbon, hydrogen, and oxygen. Such compounds include esters, ketones, aldehydes, sugars, and the like.

本明細書では、「アルキル」という用語は、直鎖及び分岐鎖アルキル基の両方を含む。個々のアルキル基、例えば「プロピル」への言及は、直鎖のものにのみ特異的であり、個々の分岐鎖アルキル基への言及、例えば「イソプロピル」は、分岐鎖のものにのみ特異的である。例えば、「(1~6C)アルキル」は、(1~4C)アルキル、(1~3C)アルキル、プロピル、イソプロピル及びt-ブチルを含む。同様の慣例が、他の基にも適用され、例えば「フェニル(1~6C)アルキル」は、フェニル(1~4C)アルキル、ベンジル、1-フェニルエチル及び2-フェニルエチルを含む。 As used herein, the term "alkyl" includes both straight-chain and branched-chain alkyl groups. References to individual alkyl groups, such as "propyl," are specific for the straight-chain version only, and references to individual branched-chain alkyl groups, such as "isopropyl," are specific for the branched-chain version only. For example, "(1-6C)alkyl" includes (1-4C)alkyl, (1-3C)alkyl, propyl, isopropyl, and t-butyl. A similar convention applies to other groups, for example, "phenyl(1-6C)alkyl" includes phenyl(1-4C)alkyl, benzyl, 1-phenylethyl, and 2-phenylethyl.

単体で、又は接頭辞として使用される「(m~nC)」又は「(m~nC)基」という用語は、mからn個の炭素原子を有する任意の基を指す。 The term "(m-nC)" or "(m-nC) group" used alone or as a prefix refers to any group having m to n carbon atoms.

「アルキレン」、「アルケニレン」又は「アルキニレン」基は、2個の他の化学基の間に位置し、それを接続するように作用するアルキル、アルケニル又はアルキニル基である。したがって、「(1~6C)アルキレン」は、1から6個の炭素原子の直鎖状飽和二価炭化水素基、又は、3から6個の炭素原子の分岐飽和二価炭化水素基、例えば、メチレン、エチレン、プロピレン、2-メチルプロピレン、ペンチレンを意味する。 An "alkylene," "alkenylene," or "alkynylene" group is an alkyl, alkenyl, or alkynyl group that is positioned between and serves to connect two other chemical groups. Thus, "(1-6C)alkylene" means a linear saturated divalent hydrocarbon radical of 1 to 6 carbon atoms or a branched saturated divalent hydrocarbon radical of 3 to 6 carbon atoms, e.g., methylene, ethylene, propylene, 2-methylpropylene, pentylene.

「(2~6C)アルケニレン」は、少なくとも1つの二重結合を含有する、2から6個の炭素原子の直鎖状二価炭化水素基、又は、3から6個の炭素原子の分岐二価炭化水素基、例えばエテニレン、2,4-ペンタジエニレンを意味する。 "(2-6C)alkenylene" means a linear divalent hydrocarbon group of 2 to 6 carbon atoms containing at least one double bond, or a branched divalent hydrocarbon group of 3 to 6 carbon atoms, e.g., ethenylene, 2,4-pentadienylene.

「(2~6C)アルキニレン」は、少なくとも1つの三重結合を含有する、2から6個の炭素原子の直鎖状二価炭化水素基、又は3から6個の炭素原子の分岐二価炭化水素基、例えば、エチニレン、プロピニレン及びブチニレンを意味する。 "(2-6C)alkynylene" means a linear divalent hydrocarbon radical of 2 to 6 carbon atoms or a branched divalent hydrocarbon radical of 3 to 6 carbon atoms containing at least one triple bond, e.g., ethynylene, propynylene, and butynylene.

「(3~8C)シクロアルキル」は、3から8個の炭素原子を含有する炭化水素環、例えば、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル又はビシクロ[2.2.1]ヘプチルを意味する。 "(3-8C)cycloalkyl" means a hydrocarbon ring containing 3 to 8 carbon atoms, for example, cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl, or bicyclo[2.2.1]heptyl.

「(3~8C)シクロアルケニル」は、少なくとも1つの二重結合を含有する炭化水素環、例えば、シクロブテニル、シクロペンテニル、シクロヘキセニル又はシクロヘプテニル、例として3-シクロヘキセン-1-イル又はシクロオクテニルを意味する。 "(3-8C)Cycloalkenyl" means a hydrocarbon ring containing at least one double bond, for example, cyclobutenyl, cyclopentenyl, cyclohexenyl, or cycloheptenyl, e.g., 3-cyclohexen-1-yl or cyclooctenyl.

「(3~8C)シクロアルキル-(1~6C)アルキレン」は、(1~6C)アルキレン基に共有結合で付着した(3~8C)シクロアルキル基を意味し、このいずれも本明細書で定義されている。 "(3-8C)cycloalkyl-(1-6C)alkylene" means a (3-8C)cycloalkyl group covalently attached to a (1-6C)alkylene group, both of which are defined herein.

「ハロ」という用語は、フルオロ、クロロ、ブロモ及びヨードを指す。 The term "halo" refers to fluoro, chloro, bromo, and iodo.

「ヘテロシクリル」、「ヘテロ環式」又は「ヘテロ環」という用語は、非芳香族飽和又は部分的飽和単環式、縮合、架橋又はスピロ二環式ヘテロ環式環系を意味する。ヘテロシクリルという用語は、一価の種及び二価の種の両方を含む。単環式ヘテロ環式環は、約3から12個(好適には3から7個)の環原子と、環内の窒素、酸素又は硫黄から選択される1から5(好適には1、2又は3)個のヘテロ原子を含有する。二環式ヘテロ環は、環内に7から17員の原子、好適には7から12員の原子を含有する。二環式ヘテロ環は、約7から約17個の環原子、好適には7から12個の環原子を含有する。二環式ヘテロ環式環は、縮合、スピロ又は架橋環系であり得る。ヘテロ環式基の例は、環式エーテル、例えばオキシラニル、オキセタニル、テトラヒドロフラニル、ジオキサニル及び置換環式エーテルを含む。窒素を含有するヘテロ環は、例えば、アゼチジニル、ピロリジニル、ピペリジニル、ピペラジニル、テトラヒドロトリアジニル、テトラヒドロピラゾリルを含む。典型的な硫黄含有ヘテロ環は、テトラヒドロチエニル、ジヒドロ-1,3-ジチオール、テトラヒドロ-2H-チオピラン及びヘキサヒドロチエピンを含む。他のヘテロ環は、ジヒドロ-オキサチオリル、テトラヒドロ-オキサゾリル、テトラヒドロ-オキサジアゾリル、テトラヒドロジオキサゾリル、テトラヒドロ-オキサチアゾリル、ヘキサヒドロトリアジニル、テトラヒドロ-オキサジニル、モルホリニル、チオモルホリニル、テトラヒドロピリミジニル、ジオキソリニル、オクタヒドロベンゾフラニル、オクタヒドロベンズイミダゾリル及びオクタヒドロベンゾチアゾリルを含む。硫黄を含有するヘテロ環では、SO又はSO2基を含有する酸化された硫黄ヘテロ環も含まれる。例は、テトラヒドロチエニル及びチオモルホリニルのスルホキシド及びスルホン形態、例えばテトラヒドロチエン1,1-ジオキシド及びチオモルホリニル1,1-ジオキシドを含む。1又は2個のオキソ(=O)又はチオキソ(=S)置換基を保有するヘテロシクリル基の好適な値(value)は、例えば、2-オキソピロリジニル、2-チオキソピロリジニル、2-オキソイミダゾリジニル、2-チオキソイミダゾリジニル、2-オキソピペリジニル、2,5-ジオキソピロリジニル、2,5-ジオキソイミダゾリジニル又は2,6-ジオキソピペリジ
ニルである。詳細なヘテロシクリル基は、窒素、酸素又は硫黄から選択される1、2又は3個のヘテロ原子を含有する飽和単環式3から7員環ヘテロシクリル、例えばアゼチジニル、テトラヒドロフラニル、テトラヒドロピラニル、ピロリジニル、モルホリニル、テトラヒドロチエニル、テトラヒドロチエニル1,1-ジオキシド、チオモルホリニル、チオモルホリニル1,1-ジオキシド、ピペリジニル、ホモピペリジニル、ピペラジニル又はホモピペラジニルである。当業者が認識するように、任意のヘテロ環は、任意の好適な原子を経由して、例えば炭素又は窒素原子を経由して、別の基に結び付き得る。しかし、本明細書におけるピペリジノ又はモルホリノへの言及は、環窒素を経由して結び付くピペリジン-1-イル又はモルホリン-4-イル環を指す。
The terms "heterocyclyl,""heterocyclic," or "heterocycle" refer to non-aromatic saturated or partially saturated monocyclic, fused, bridged, or spiro bicyclic heterocyclic ring systems. The term heterocyclyl includes both monovalent and divalent species. Monocyclic heterocyclic rings contain about 3 to 12 (preferably 3 to 7) ring atoms and 1 to 5 (preferably 1, 2, or 3) heteroatoms selected from nitrogen, oxygen, or sulfur in the ring. Bicyclic heterocycles contain 7 to 17 member atoms, preferably 7 to 12 member atoms, in the ring. Bicyclic heterocycles contain about 7 to about 17 ring atoms, preferably 7 to 12 ring atoms. Bicyclic heterocyclic rings can be fused, spiro, or bridged ring systems. Examples of heterocyclic groups include cyclic ethers, such as oxiranyl, oxetanyl, tetrahydrofuranyl, dioxanyl, and substituted cyclic ethers. Nitrogen-containing heterocycles include, for example, azetidinyl, pyrrolidinyl, piperidinyl, piperazinyl, tetrahydrotriazinyl, and tetrahydropyrazolyl. Typical sulfur-containing heterocycles include tetrahydrothienyl, dihydro-1,3-dithiol, tetrahydro-2H-thiopyran, and hexahydrothiepin. Other heterocycles include dihydrooxathiolyl, tetrahydrooxazolyl, tetrahydrooxadiazolyl, tetrahydrodioxazolyl, tetrahydrooxathiazolyl, hexahydrotriazinyl, tetrahydrooxazinyl, morpholinyl, thiomorpholinyl, tetrahydropyrimidinyl, dioxolinyl, octahydrobenzofuranyl, octahydrobenzimidazolyl, and octahydrobenzothiazolyl. Sulfur-containing heterocycles also include oxidized sulfur heterocycles containing SO or SO groups. Examples include the sulfoxide and sulfone forms of tetrahydrothienyl and thiomorpholinyl, such as tetrahydrothienyl 1,1-dioxide and thiomorpholinyl 1,1-dioxide. Suitable values of heterocyclyl groups bearing one or two oxo (=O) or thioxo (=S) substituents are, for example, 2-oxopyrrolidinyl, 2-thioxopyrrolidinyl, 2-oxoimidazolidinyl, 2-thioxoimidazolidinyl, 2-oxopiperidinyl, 2,5-dioxopyrrolidinyl, 2,5-dioxoimidazolidinyl or 2,6-dioxopiperidinyl. Particular heterocyclyl groups are saturated monocyclic 3- to 7-membered heterocyclyls containing 1, 2, or 3 heteroatoms selected from nitrogen, oxygen, or sulfur, such as azetidinyl, tetrahydrofuranyl, tetrahydropyranyl, pyrrolidinyl, morpholinyl, tetrahydrothienyl, tetrahydrothienyl 1,1-dioxide, thiomorpholinyl, thiomorpholinyl 1,1-dioxide, piperidinyl, homopiperidinyl, piperazinyl, or homopiperazinyl. As those skilled in the art will recognize, any heterocycle can be linked to another group via any suitable atom, for example, via a carbon or nitrogen atom. However, reference herein to piperidino or morpholino refers to a piperidin-1-yl or morpholin-4-yl ring linked via the ring nitrogen.

「架橋環系」は、2つの環が、2個超の原子を共有する環系を意味し、例えば、Advanced Organic Chemistry、Jerry March著、第4版、Wiley Interscience、131~133頁、1992年を参照されたい。架橋ヘテロシクリル環系の例は、アザ-ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、2-オキサ-5-アザビシクロ[2.2.1]ヘプタン、アザ-ビシクロ[2.2.2]オクタン、アザ-ビシクロ[3.2.1]オクタン及びキヌクリジンを含む。 "Bridged ring system" means a ring system in which two rings share more than two atoms; see, for example, Advanced Organic Chemistry, Jerry March, 4th Edition, Wiley Interscience, pp. 131-133, 1992. Examples of bridged heterocyclyl ring systems include aza-bicyclo[2.2.1]heptane, 2-oxa-5-azabicyclo[2.2.1]heptane, aza-bicyclo[2.2.2]octane, aza-bicyclo[3.2.1]octane, and quinuclidine.

「ヘテロシクリル(1~6C)アルキル」は、(1~6C)アルキレン基に共有結合で付着するヘテロシクリル基を意味し、そのいずれも本明細書で定義されている。 "Heterocyclyl(1-6C)alkyl" means a heterocyclyl group covalently attached to a (1-6C)alkylene group, both of which are defined herein.

「ヘテロアリール」又は「ヘテロ芳香族」という用語は、窒素、酸素又は硫黄から選択される1個又は複数の(例えば1~4、特に 1、2又は3個の)ヘテロ原子を組み込む芳香族単、二又は多環式環を意味する。ヘテロアリールという用語は、一価種及び二価種の両方を含む。ヘテロアリール基の例は、5から12環員、より一般的には5から10環員を含有する単環式及び二環式基である。ヘテロアリール基は、例えば、5-若しくは6-員単環式環、又は9-若しくは10-員二環式環、例えば縮合した5及び6員環、又は2つの縮合した6員環から形成される二環式構造であり得る。各環は、典型的には、窒素、硫黄及び酸素から選択される約4個までのヘテロ原子を含有し得る。典型的には、ヘテロアリール環は、3個までのヘテロ原子、より一般的には2個までの、例えば単一のヘテロ原子を含有する。一実施形態では、ヘテロアリール環は、少なくとも1個の環窒素原子を含有する。ヘテロアリール環における窒素原子は、イミダゾール若しくはピリジンのケースでは、塩基性であり得、又は、インドール若しくはピロール窒素のケースでは、本質的に非塩基性であり得る。一般に、ヘテロアリール基に存在する塩基性窒素原子の数は、環のいくつかのアミノ基置換基を含めて、5個未満である。 The term "heteroaryl" or "heteroaromatic" refers to an aromatic mono-, bi-, or polycyclic ring incorporating one or more (e.g., 1 to 4, particularly 1, 2, or 3) heteroatoms selected from nitrogen, oxygen, or sulfur. The term heteroaryl includes both monovalent and divalent species. Examples of heteroaryl groups are monocyclic and bicyclic groups containing 5 to 12 ring members, more typically 5 to 10 ring members. A heteroaryl group can be, for example, a 5- or 6-membered monocyclic ring, or a 9- or 10-membered bicyclic ring, e.g., fused 5- and 6-membered rings, or a bicyclic structure formed from two fused 6-membered rings. Each ring can contain up to about four heteroatoms, typically selected from nitrogen, sulfur, and oxygen. Typically, a heteroaryl ring contains up to three heteroatoms, more typically up to two, e.g., a single heteroatom. In one embodiment, a heteroaryl ring contains at least one ring nitrogen atom. The nitrogen atoms in the heteroaryl ring can be basic, as in the case of imidazole or pyridine, or essentially non-basic, as in the case of indole or pyrrole nitrogens. Generally, the number of basic nitrogen atoms present in a heteroaryl group, including any amino group substituents on the ring, is less than five.

ヘテロアリールの例は、フリル、ピロリル、チエニル、オキサゾリル、イソオキサゾリル、イミダゾリル、ピラゾリル、チアゾリル、イソチアゾリル、オキサジアゾリル、チアジアゾリル、トリアゾリル、テトラゾリル、ピリジル、ピリダジニル、ピリミジニル、ピラジニル、1,3,5-トリアゼニル、ベンゾフラニル、インドリル、イソインドリル、ベンゾチエニル、ベンゾオキサゾリル、ベンズイミダゾリル、ベンゾチアゾリル、ベンゾチアゾリル、インダゾリル、プリニル、ベンゾフラザニル、キノリル、イソキノリル、キナゾリニル、キノキサリニル、シンノリニル、プテリジニル、ナフチリジニル、カルバゾリル、フェナジニル、ベンズイソキノリニル、ピリドピラジニル、チエノ[2,3-b]フラニル、2H-フロ[3,2-b]-ピラニル、5H-ピリド[2,3-d]-o-オキサジニル、1H-ピラゾロ[4,3-d]-オキサゾリル、4H-イミダゾ[4,5-d]チアゾリル、ピラジノ[2,3-d]ピリダジニル、イミダゾ[2,1-b]チアゾリル、イミダゾ[1,2-b][1,2,4]トリアジニルを含む。「ヘテロアリール」は、少なくとも1つの環が、芳香族環であり、他の環の1つ又は複数が、非芳香族、飽和又は部分的飽和環であるが、但し、少なくとも1つの環が、窒素、酸素又は硫黄から選択される1個又は複数のヘテロ原子を含有する、部分的芳香族二又は多環式環系もカバーする。部分的芳香族ヘテロアリール基の例は、例えば、テトラヒドロイソキノリニル、テトラヒドロキノリニル、2-オキソ-1,2,3,4-テトラヒドロキノリニル、ジヒドロベンズチエニル、ジヒドロベンズフラニル、2,3-ジヒドロ-ベンゾ[1,4]ジオキシニル、ベンゾ[1,3]ジオキソリル、2,2-ジオキソ-1,3-ジヒドロ-2-ベンゾチエニル、4,5,6,7-テトラヒドロベンゾフラニル、インドリニル、1,2,3,4-テトラヒドロ-1,8-ナフチリジニル、1,2,3,4-テトラヒドロピリド[2,3-b]ピラジニル及び3,4-ジヒドロ-2H-ピリド[3,2-b][1,4]オキサジニルを含む。 Examples of heteroaryl include furyl, pyrrolyl, thienyl, oxazolyl, isoxazolyl, imidazolyl, pyrazolyl, thiazolyl, isothiazolyl, oxadiazolyl, thiadiazolyl, triazolyl, tetrazolyl, pyridyl, pyridazinyl, pyrimidinyl, pyrazinyl, 1,3,5-triazenyl, benzofuranyl, indolyl, isoindolyl, benzothienyl, benzoxazolyl, benzimidazolyl, benzothiazolyl, benzothiazolyl, indazolyl, purinyl, benzofurazanyl, quinolyl, and isoquinoline. These include aryl, quinazolinyl, quinoxalinyl, cinnolinyl, pteridinyl, naphthyridinyl, carbazolyl, phenazinyl, benzisoquinolinyl, pyridopyrazinyl, thieno[2,3-b]furanyl, 2H-furo[3,2-b]-pyranyl, 5H-pyrido[2,3-d]-o-oxazinyl, 1H-pyrazolo[4,3-d]-oxazolyl, 4H-imidazo[4,5-d]thiazolyl, pyrazino[2,3-d]pyridazinyl, imidazo[2,1-b]thiazolyl, and imidazo[1,2-b][1,2,4]triazinyl. "Heteroaryl" also covers partially aromatic bi- or polycyclic ring systems in which at least one ring is aromatic and one or more of the other rings are non-aromatic, saturated or partially saturated, provided that at least one ring contains one or more heteroatoms selected from nitrogen, oxygen or sulfur. Examples of partially aromatic heteroaryl groups include, for example, tetrahydroisoquinolinyl, tetrahydroquinolinyl, 2-oxo-1,2,3,4-tetrahydroquinolinyl, dihydrobenzthienyl, dihydrobenzfuranyl, 2,3-dihydro-benzo[1,4]dioxinyl, benzo[1,3]dioxolyl, 2,2-dioxo-1,3-dihydro-2-benzothienyl, 4,5,6,7-tetrahydrobenzofuranyl, indolinyl, 1,2,3,4-tetrahydro-1,8-naphthyridinyl, 1,2,3,4-tetrahydropyrido[2,3-b]pyrazinyl, and 3,4-dihydro-2H-pyrido[3,2-b][1,4]oxazinyl.

5員環ヘテロアリール基の例は、ピロリル、フラニル、チエニル、イミダゾリル、フラザニル、オキサゾリル、オキサジアゾリル、オキサトリアゾリル、イソオキサゾリル、チアゾリル、イソチアゾリル、ピラゾリル、トリアゾリル及びテトラゾリル基を含むが、それらに限定されない。 Examples of 5-membered heteroaryl groups include, but are not limited to, pyrrolyl, furanyl, thienyl, imidazolyl, furazanyl, oxazolyl, oxadiazolyl, oxatriazolyl, isoxazolyl, thiazolyl, isothiazolyl, pyrazolyl, triazolyl, and tetrazolyl groups.

6員環ヘテロアリール基の例は、ピリジル、ピラジニル、ピリダジニル、ピリミジニル及びトリアジニルを含むが、それらに限定されない。 Examples of 6-membered heteroaryl groups include, but are not limited to, pyridyl, pyrazinyl, pyridazinyl, pyrimidinyl, and triazinyl.

二環式ヘテロアリール基は、例えば、
a)1、2又は3個の環ヘテロ原子を含有する5-又は6-員環に縮合したベンゼン環、
b)1、2又は3個の環ヘテロ原子を含有する5-又は6-員環に縮合したピリジン環、
c)1又は2個の環ヘテロ原子を含有する5-又は6-員環に縮合したピリミジン環、
d)1、2又は3個の環ヘテロ原子を含有する5-又は6-員環に縮合したピロール環、
e)1又は2個の環ヘテロ原子を含有する5-又は6-員環に縮合したピラゾール環、
f)1又は2個の環ヘテロ原子を含有する5-又は6-員環に縮合したピラジン環、
g)1又は2個の環ヘテロ原子を含有する5-又は6-員環に縮合したイミダゾール環、
h)1又は2個の環ヘテロ原子を含有する5-又は6-員環に縮合したオキサゾール環、
i)1又は2個の環ヘテロ原子を含有する5-又は6-員環に縮合したイソオキサゾール環、
j)1又は2個の環ヘテロ原子を含有する5-又は6-員環に縮合したチアゾール環、
k)1又は2個の環ヘテロ原子を含有する5-又は6-員環に縮合したイソチアゾール環、
l)1、2又は3個の環ヘテロ原子を含有する5-又は6-員環に縮合したチオフェン環、
m)1、2又は3個の環ヘテロ原子を含有する5-又は6-員環に縮合したフラン環、
n)1、2又は3個の環ヘテロ原子を含有する5-又は6-員ヘテロ芳香族環に縮合したシクロヘキシル環、及び
o)1、2又は3個の環ヘテロ原子を含有する5-又は6-員ヘテロ芳香族環に縮合したシクロペンチル環から選択される基であり得る。
Bicyclic heteroaryl groups include, for example:
a) a benzene ring fused to a 5- or 6-membered ring containing 1, 2 or 3 ring heteroatoms;
b) a pyridine ring fused to a 5- or 6-membered ring containing 1, 2 or 3 ring heteroatoms;
c) a pyrimidine ring fused to a 5- or 6-membered ring containing 1 or 2 ring heteroatoms;
d) a pyrrole ring fused to a 5- or 6-membered ring containing 1, 2 or 3 ring heteroatoms;
e) a pyrazole ring fused to a 5- or 6-membered ring containing 1 or 2 ring heteroatoms;
f) a pyrazine ring fused to a 5- or 6-membered ring containing 1 or 2 ring heteroatoms;
g) an imidazole ring fused to a 5- or 6-membered ring containing 1 or 2 ring heteroatoms;
h) an oxazole ring fused to a 5- or 6-membered ring containing 1 or 2 ring heteroatoms;
i) an isoxazole ring fused to a 5- or 6-membered ring containing 1 or 2 ring heteroatoms;
j) a thiazole ring fused to a 5- or 6-membered ring containing 1 or 2 ring heteroatoms;
k) an isothiazole ring fused to a 5- or 6-membered ring containing 1 or 2 ring heteroatoms;
l) a thiophene ring fused to a 5- or 6-membered ring containing 1, 2 or 3 ring heteroatoms;
m) a furan ring fused to a 5- or 6-membered ring containing 1, 2 or 3 ring heteroatoms;
n) a cyclohexyl ring fused to a 5- or 6-membered heteroaromatic ring containing 1, 2, or 3 ring heteroatoms, and
o) a group selected from a cyclopentyl ring fused to a 5- or 6-membered heteroaromatic ring containing 1, 2, or 3 ring heteroatoms.

5員環に縮合している6員環を含有する二環式ヘテロアリール基の詳細な例は、ベンズフラニル、ベンズチオフェニル、ベンズイミダゾリル、ベンゾオキサゾリル、ベンズイソオキサゾリル、ベンズチアゾリル、ベンズイソチアゾリル、イソベンゾフラニル、インドリル、イソインドリル、インドリジニル、インドリニル、イソインドリニル、プリニル(例えば、アデニニル、グアニニル)、インダゾリル、ベンゾジオキソリル及びピラゾロピリジニル基を含むが、それらに限定されない。 Specific examples of bicyclic heteroaryl groups containing a 6-membered ring fused to a 5-membered ring include, but are not limited to, benzfuranyl, benzthiophenyl, benzimidazolyl, benzoxazolyl, benzisoxazolyl, benzthiazolyl, benzisothiazolyl, isobenzofuranyl, indolyl, isoindolyl, indolizinyl, indolinyl, isoindolinyl, purinyl (e.g., adeninyl, guaninyl), indazolyl, benzodioxolyl, and pyrazolopyridinyl groups.

2つの縮合6員環を含有する二環式ヘテロアリール基の詳細な例は、キノリニル、イソキノリニル、クロマニル、チオクロマニル、クロメニル、イソクロメニル、クロマニル、イソクロマニル、ベンゾジオキサニル、キノリジニル、ベンゾオキサジニル、ベンゾジアジニル、ピリドピリジニル、キノキサリニル、キナゾリニル、シンノリニル、フタラジニル、ナフチリジニル及びプテリジニル基を含むが、それらに限定されない。 Specific examples of bicyclic heteroaryl groups containing two fused 6-membered rings include, but are not limited to, quinolinyl, isoquinolinyl, chromanyl, thiochromanyl, chromenyl, isochromenyl, chromanyl, isochromanyl, benzodioxanyl, quinolidinyl, benzoxazinyl, benzodiazinyl, pyridopyridinyl, quinoxalinyl, quinazolinyl, cinnolinyl, phthalazinyl, naphthyridinyl, and pteridinyl groups.

「ヘテロアリール(1~6C)アルキル」は、(1~6C)アルキレン基に共有結合で付着するヘテロアリール基を意味し、そのいずれも本明細書で定義されている。ヘテロアラルキル基の例は、ピリジン-3-イルメチル、3-(ベンゾフラン-2-イル)プロピル等を含む。 "Heteroaryl(1-6C)alkyl" means a heteroaryl group covalently attached to a (1-6C)alkylene group, both of which are defined herein. Examples of heteroaralkyl groups include pyridin-3-ylmethyl, 3-(benzofuran-2-yl)propyl, and the like.

「アリール」という用語は、5から12個の炭素原子を有する環式又は多環式芳香族環を意味する。アリールという用語は、一価種及び二価種の両方を含む。アリール基の例は、フェニル、ビフェニル、ナフチル等を含むが、それらに限定されない。特定の実施形態では、アリールは、フェニルである。 The term "aryl" means a cyclic or polycyclic aromatic ring having 5 to 12 carbon atoms. The term aryl includes both monovalent and divalent species. Examples of aryl groups include, but are not limited to, phenyl, biphenyl, naphthyl, and the like. In certain embodiments, aryl is phenyl.

「アリール(1~6C)アルキル」という用語は、(1~6C)アルキレン基に共有結合で付着するアリール基を意味し、そのいずれも本明細書で定義されている。アリール-(1~6C)アルキル基の例は、ベンジル、フェニルエチル等を含む。 The term "aryl(1-6C)alkyl" means an aryl group covalently attached to a (1-6C)alkylene group, both of which are defined herein. Examples of aryl-(1-6C)alkyl groups include benzyl, phenylethyl, and the like.

本明細書は、1個超の官能基を含む基について記載するために、いくつかの複合語も使用する。そのような用語は、当業者により理解される。例えばヘテロシクリル(m~nC)アルキルは、ヘテロシクリルにより置換される(m~nC)アルキルを含む。 This specification also uses some compound terms to describe groups containing more than one functional group. Such terms are understood by those of ordinary skill in the art. For example, heterocyclyl(m-nC)alkyl includes (m-nC)alkyl substituted with heterocyclyl.

大きい炭素鎖を有する基(例えば(1~12C)アルキル、(1~8C)アルケニル)が開示されている場合は常に、そのような基は、任意選択で、短くすることができ、例えば1から5個の間の炭素を含有し(例えば(1~5C)アルキル又は(1~5C)アルケニル)、又は1から3個の間の炭素を含有する(例えば、(1~12C)アルキル又は(1~8C)アルケニルの代わりに(1~3C)アルキル又は(1~3C)アルケニル)。 Whenever groups having large carbon chains (e.g., (1-12C) alkyl, (1-8C) alkenyl) are disclosed, such groups can optionally be shortened, for example to contain between 1 and 5 carbons (e.g., (1-5C) alkyl or (1-5C) alkenyl), or between 1 and 3 carbons (e.g., (1-3C) alkyl or (1-3C) alkenyl instead of (1-12C) alkyl or (1-8C) alkenyl).

「任意選択で置換される」という用語は、置換されている基、構造又は分子、及び、置換されていないもののいずれかを指す。 The term "optionally substituted" refers to groups, structures, or molecules that are either substituted or unsubstituted.

任意選択の置換基が、「1個又は複数の」基から選択される場合、この定義は、1個の特定の基から選択されるすべての置換基、又は2個以上の特定の基から選択される置換基を含むことは理解されるべきである。 When optional substituents are selected from "one or more" groups, it should be understood that this definition includes all substituents selected from one particular group, or substituents selected from two or more particular groups.

「本発明の化合物」という言回しは、本明細書で、全般的かつ具体的の両方で開示されている化合物を意味する。 The phrase "compounds of the invention" means the compounds disclosed herein, both generically and specifically.

同一の分子式を有するが、性質若しくは原子の結合配列、又は、空間における原子の配置の点で異なる化合物は、「異性体」といわれる。空間における原子の配置の点で異性体は、「立体異性体」といわれる。互いに鏡像ではない立体異性体は、「ジアステレオ異性体」といわれ、互いに重ね合わせることができない鏡像の立体異性体は、「鏡像異性体」といわれる。化合物が不斉中心を有する場合、例えば、化合物は、4個の異なる基に結合し、鏡像異性体のペアが起こり得る。鏡像異性体は、不斉中心の絶対配置で特徴付けられ、Cahn及びPrelogのR-及びS-配列ルールにより、又は、分子が偏光面を回転させ、右旋性若しくは左旋性として(すなわち、それぞれ(+)又は(-)-異性体として)指定する手段により記載される。キラル化合物は、個々の鏡像異性体又はそれらの混合物のいずれかとして存在し得る。等しい比率の鏡像異性体を含有する混合物は、「ラセミ混合物」と呼ばれる。 Compounds that have the same molecular formula but differ in the nature or bonding sequence of their atoms or in the arrangement of their atoms in space are called "isomers." Isomers in terms of the arrangement of their atoms in space are called "stereoisomers." Stereoisomers that are not mirror images of one another are called "diastereoisomers," and stereoisomers that are non-superimposable mirror images of one another are called "enantiomers." When a compound has an asymmetric center—for example, a compound bonded to four different groups—a pair of enantiomers can occur. Enantiomers are characterized by the absolute configuration of the asymmetric center and are described by the R- and S-sequencing rules of Cahn and Prelog, or by the way the molecule rotates the plane of polarized light and designating it as dextrorotatory or levorotatory (i.e., as (+)- or (-)-isomers, respectively). Chiral compounds can exist as either individual enantiomers or mixtures thereof. A mixture containing equal proportions of enantiomers is called a "racemic mixture."

本発明の化合物は、1つ又は複数の不斉中心を所有し得、そのような化合物は、したがって、個々の(R)-若しくは(S)-立体異性体として、又は、その混合物として生成できる。別段指示がない限り、本明細書及び特許請求の範囲における特定の化合物の説明又は呼称は、個々の鏡像異性体及び混合物の両方、そのラセミ体又はその他のものを含むように意図される。立体化学を決定するため、及び立体異性体を分離するための方法は、当業界で周知であり(「Advanced Organic Chemistry」、第4版、J. March、John Wiley and Sons、New York、2001年、第4章の考察を参照されたい)、例えば光学活性出発材料からの合成による、又はラセミ体の分割による。本発明の化合物の一部は、幾何異性体中心(E-及びZ-異性体)を有し得る。本発明が、テロメラーゼ阻害活性を所有するすべての光学的、ジアステレオ異性体及び幾何異性体、並びにそれらの混合物を包含することは理解されるべきである。 The compounds of the present invention may possess one or more asymmetric centers, and such compounds can therefore be produced as individual (R)- or (S)-stereoisomers, or as mixtures thereof. Unless otherwise indicated, the description or designation of a particular compound in the specification and claims is intended to include both individual enantiomers and mixtures, racemic or otherwise. Methods for determining stereochemistry and separating stereoisomers are well known in the art (see the discussion in Chapter 4 of "Advanced Organic Chemistry," 4th Edition, J. March, John Wiley and Sons, New York, 2001), for example, by synthesis from optically active starting materials or by resolution of a racemate. Some of the compounds of the present invention may possess geometric isomeric centers (E- and Z-isomers). It should be understood that the present invention encompasses all optical, diastereomeric, and geometric isomers, and mixtures thereof, that possess telomerase inhibitory activity.

本発明は、1つ又は複数の同位体の置換を含む、本明細書で定義されている本発明の化合物も包含する。例えば、Hは、1H、2H(D)及び3H(T)を含む任意の同位体形態であり得、Cは、12C、13C及び14Cを含む任意の同位体形態であり得、Oは、160及び180を含む任意の同位体形態であり得る。 The present invention also encompasses compounds of the present invention as defined herein that contain one or more isotopic substitutions. For example, H can be in any isotopic form, including 1H, 2H (D), and 3H (T); C can be in any isotopic form, including 12C, 13C, and 14C; and O can be in any isotopic form, including 160 and 180.

式Iのある化合物は、多形現象を呈し得ること、及び、本発明がそのような形態すべてを包含することも理解されるべきである。 It should also be understood that certain compounds of Formula I may exhibit polymorphism, and that the present invention encompasses all such forms.

化合物は、いくつかの異なる互変異性型として存在し得、化合物への言及は、そのような形態すべてを含む。誤解を避けるために、化合物がいくつかの互変異性型の1つとして存在し得、1つだけが具体的に記載されている、又は示されている場合、他のすべては、それでもやはり、化合物の定義に包含される。互変異性型の例は、例えば、以下の互変異性体ペアのように、ケト-、エノール-及びエノレート形態、ケト/エノール(以下で例証されている)、イミン/エナミン、アミド/イミノアルコール、アミジン/アミジン、ニトロソ/オキシム、チオケトン/エンチオール及びニトロ/アシ-ニトロを含む。 Compounds may exist in several different tautomeric forms, and a reference to a compound includes all such forms. For the avoidance of doubt, where a compound may exist in one of several tautomeric forms and only one is specifically described or shown, all others are nevertheless encompassed within the definition of the compound. Examples of tautomeric forms include, for example, the following tautomeric pairs: keto-, enol-, and enolate forms, keto/enol (illustrated below), imine/enamine, amide/iminoalcohol, amidine/amidine, nitroso/oxime, thioketone/enethiol, and nitro/aci-nitro.

本明細書の、制限のない「水素」への言及は、特に文脈から示唆されない限りプロチウムを指す。本明細書の、制限のない「重水素」への言及は、ジュウテリウム及び/又はトリチウムを指すが、最も好ましくはジュウテリウムを指す。 Any unqualified reference herein to "hydrogen" refers to protium unless the context indicates otherwise. Any unqualified reference herein to "deuterium" refers to deuterium and/or tritium, but most preferably to deuterium.

本明細書において文脈から指示される場合(例えば本発明の方法において)、制限のない水素、プロチウム、ジュウテリウム及びトリチウムへの言及は、好適には、それらの分子(又は二原子)形態を指す。同じことが他の元素ガスにも当てはまる。 Where the context dictates herein (e.g., in the methods of the present invention), references to hydrogen, protium, deuterium, and tritium without limitation preferably refer to their molecular (or diatomic) forms. The same applies to other elemental gases.

本明細書の、異種同位体二原子という用語は、HD(プロチウム-ジュウテリウム)、HT(プロチウム-トリチウム)、及び/又はDT(ジュウテリウム-トリチウム)を含み得るが、同一同位体二原子は、プロチウム(H2、二水素、二原子水素又は単体水素としても公知)、ジュウテリウム(D2、二ジュウテリウム又は二原子ジュウテリウムとしても公知)、及び/又はトリチウム(T2、ジトリチウム又は二原子トリチウムとしても公知)を含み得る。いくつかの実施形態では、状況が許せば、とりわけ核融合に関するケースのように、制限のない重水素分子、例えばジュウテリウム及びトリチウムへの言及は、単一のジュウテリウム又はトリチウム原子を含有する異種同位体二原子を含み得る。 As used herein, the term heteroisotopic diatom may include HD (protium-deuterium), HT (protium-tritium), and/or DT (deuterium-tritium), while an isotopic diatom may include protium ( H2 , also known as dihydrogen, diatomic hydrogen, or elemental hydrogen), deuterium ( D2 , also known as dideuterium or diatomic deuterium), and/or tritium ( T2 , also known as ditritium or diatomic tritium). In some embodiments, where the context allows, particularly as is the case with respect to nuclear fusion, reference to unrestricted deuterium molecules, e.g., deuterium and tritium, may include a heteroisotopic diatom containing a single deuterium or tritium atom.

「ドブロイ波長」は、物質の波長性質に関係する周知の業界用語であり、典型的には、等式
λ=h/mv
により定義され、式中、λは、ドブロイ波長であり、hは、プランク定数であり、mは、粒子の質量であり、vは、粒子が移動する速度である。したがって、ドブロイ波長は、粒子の運動量に反比例する。しかし、本発明に関して、本明細書の「ドブロイ波長」への言及は、一般的に、熱的ドブロイ波長(λT又はλth)を指し、これは、指定された温度における完全ガスのガス粒子の平均ドブロイ波長とほぼ同等である。したがって、熱的ドブロイ波長(λth)は、このように計算できる。
"De Broglie wavelength" is a well-known term relating to the wavelength properties of matter, typically expressed by the equation λ = h/mv
where λ is the de Broglie wavelength, h is Planck's constant, m is the mass of the particle, and v is the velocity at which the particle is moving. Thus, the de Broglie wavelength is inversely proportional to the momentum of the particle. However, for the present invention, references herein to "de Broglie wavelength" generally refer to the thermal de Broglie wavelength (λ T or λ th ), which is approximately equivalent to the average de Broglie wavelength of a gas particle in a perfect gas at a specified temperature. Thus, the thermal de Broglie wavelength (λ th ) can be calculated as follows:

式中、hは、プランク定数であり、mは、該当ガス粒子の質量であり、kBは、ボルツマン定数であり、Tは、ケルビン温度である。単位に関しては、波長は、メートル(m)であり、質量は、キログラム(kg)であり、温度は、ケルビン(K)であり、プランク定数は、6.62607004×10-34 J.s(ジュール秒又はm2 kg/s)であり、ボルツマン定数は、1.380649×10-23 J.K-1(ケルビン当たりのジュール又はm2 kg s-2K-1)。
以下の熱的ドブロイ波長は、このように計算できる。
・二原子プロチウム(H2)は、3.35×10-27kgの質量を有するので、そのドブロイ波長は、
○λth(300Kにて)=7.1×10-11、0.071nm、0.7Åである。
○λth(30Kにて)=2.24×10-10、0.224nm、2.24Åである。
○λth(77Kにて)=1.4×10-10、0.14nm、1.4Åである。
・二原子ジュウテリウム(D2)は、6.7×10-27kgの質量を有するので、そのドブロイ波長は、
○λth(300Kにて)=5.02×10-11、0.05nm、0.5Åである。
○λth(30Kにて)=1.59×10-10、0.16nm、1.6Åである。
○λth(77Kにて)=9.90×10-11、0.099nm、0.99Åである。
・二原子トリチウム(T2)は、10×10-27kgの質量を有するので、そのドブロイ波長は、
○λth(300Kにて)=4.11×10-11、0.04nm、0.4Åである。
○λth(30Kにて)=1.3×10-10、0.13nm、1.3Åである。
POCの空洞を含む量子スケールの特徴は、同等の熱的ドブロイ波長を有する物質と相互作用し得る。このため、動的量子ふるいは、超微細孔開口部(約3Å)を必要とする。
where h is Planck's constant, m is the mass of the gas particle in question, kB is Boltzmann's constant, and T is temperature in Kelvin. In terms of units, wavelength is meters (m), mass is kilograms (kg), temperature is Kelvin (K), Planck's constant is 6.62607004× 10-34 Js (joule-seconds or m2 kg/s), and Boltzmann's constant is 1.380649× 10-23 JK -1 (joules per Kelvin or m2 kg s -2K-1 ).
The following thermal de Broglie wavelengths can be calculated like this:
Diatomic protium (H 2 ) has a mass of 3.35×10 −27 kg, so its de Broglie wavelength is
○λ th (at 300 K) = 7.1 × 10 -11 , 0.071 nm, 0.7 Å.
○λ th (at 30 K) = 2.24×10 −10 , 0.224 nm, 2.24 Å.
○λ th (at 77K) = 1.4×10 -10 , 0.14 nm, 1.4 Å.
Diatomic deuterium (D 2 ) has a mass of 6.7×10 −27 kg, so its de Broglie wavelength is
○λ th (at 300 K) = 5.02×10 −11 , 0.05 nm, 0.5 Å.
○λ th (at 30 K) = 1.59×10 -10 , 0.16 nm, 1.6 Å.
○λ th (at 77 K) = 9.90 × 10 -11 , 0.099 nm, 0.99 Å.
Diatomic tritium (T 2 ) has a mass of 10×10 -27 kg, so its de Broglie wavelength is
○λ th (at 300 K) = 4.11 × 10 -11 , 0.04 nm, 0.4 Å.
○λ th (at 30 K) = 1.3 × 10 -10 , 0.13 nm, 1.3 Å.
Quantum-scale features, including the cavities in POCs, can interact with matter with comparable thermal de Broglie wavelengths, so dynamic quantum sieves require ultra-small pore openings (approximately 3 Å).

本明細書の、「粒径」という用語は、好適には、ある粒子の最長寸法の長さをそれぞれ指す。粒径は、レーザー粒径分析器及び/又は電子顕微鏡(例えば透過電子顕微鏡、TEM又は走査型電子顕微鏡、SEM)を含む、当業界で周知の方法を使用して測定できる。 As used herein, the term "particle size" preferably refers to the length of the longest dimension of a particle. Particle size can be measured using methods well known in the art, including laser particle size analyzers and/or electron microscopes (e.g., transmission electron microscopes, TEM, or scanning electron microscopes, SEM).

本明細書の、「細孔径」、「空洞サイズ」又は「ウィンドウの大きさ」(例えば細孔/空洞ウィンドウ)という用語は、好適には、ある細孔、空洞又はウィンドウの最小寸法の長さをそれぞれ指す。細孔、空洞及びウィンドウの大きさは、レーザー粒径分析器及び/若しくは電子顕微鏡(例えば透過電子顕微鏡、TEM又は走査型電子顕微鏡、SEM)を含む、当業界で周知の方法を、又は、別の方法で計算した形態の結晶構造を使用して測定できる。しかし、細孔、空洞及びウィンドウの大きさは、単結晶分析及び/又は分子動力学により判定して、例えば、細孔限定包絡線(PLE)を得ることができる。したがって、細孔径(又は空洞サイズ)は、細孔限定包絡線(PLE)又は細孔限定直径(PLD)であり得る。本明細書では、「空洞サイズ」という用語又は、空洞に関係して示される任意の大きさは、任意選択で、空洞(又は細孔)の大きさそのものより小さいことがある空洞の「ウィンドウ」という大きさを指し得るが、最も好適には「空洞サイズ」という用語は、空洞又は細孔そのものに関連し、ウィンドウには関連しない。空洞に関して示されている大きさは、「細孔径」と言い換えられることがある。 As used herein, the terms "pore diameter," "cavity size," or "window size" (e.g., pore/cavity window) preferably refer to the length of the smallest dimension of a pore, cavity, or window, respectively. Pore, cavity, and window sizes can be measured using methods known in the art, including laser particle size analysis and/or electron microscopy (e.g., transmission electron microscopy, TEM, or scanning electron microscopy, SEM), or using crystal structures of otherwise calculated forms. However, pore, cavity, and window sizes can also be determined by single crystal analysis and/or molecular dynamics to obtain, for example, the pore confinement envelope (PLE). Thus, pore diameter (or cavity size) can be the pore confinement envelope (PLE) or the pore confinement diameter (PLD). As used herein, the term "cavity size" or any dimension given in relation to a cavity may optionally refer to the size of a "window" of the cavity, which may be smaller than the size of the cavity (or pore) itself, but most preferably the term "cavity size" relates to the cavity or pore itself, and not to a window. The dimension given in relation to the cavity may be alternatively referred to as "pore diameter."

本明細書において、「PLE」が特定の値として示されている場合、これは、好適には、その特定の値を中心とするPLEを意味するが、その理由は、PLEそのものが分散しているためである。或いは、このPLE値は、代わりに同PLD値でもよい(分子動力学的シミュレーションを必要とせずに、PLDを幾何学的に計算することがより簡単な場合)。 In this specification, when "PLE" is shown as a particular value, this preferably means the PLE centered around that particular value, since the PLE itself is distributed. Alternatively, the PLE value may instead be the same PLD value (if it is easier to calculate PLD geometrically without requiring molecular dynamics simulations).

空洞/細孔径における分散(とりわけその幅)は、温度に応じて変化し得る(すなわち温度が高いと、一般的に、分散は広くなる)が、とりわけそのような細孔が「通気性」/たわみ性である場合、一般に静的(すなわち静的に計算した)細孔径、平均細孔径又は細孔限定包絡線の中心値は、温度(例えばSATPから30Kの間)に応じて有意に変化しない。任意の温度の制限なしで、本明細書で規定された空洞又は細孔径は、したがって、SATP又は該当「接触温度」のいずれかにおける前記空洞/細孔径を指し得る。 The distribution (especially its width) in cavity/pore sizes may vary with temperature (i.e., higher temperatures generally result in wider distributions), but generally the static (i.e., statically calculated) pore size, average pore size, or center of the pore confinement envelope does not vary significantly with temperature (e.g., between the SATP and 30 K), particularly if such pores are "permeable"/flexible. Without any temperature limitations, the cavity or pore size specified herein may therefore refer to said cavity/pore size at either the SATP or the relevant "contact temperature."

物質の「大きさ」は、単一原子(原子サイズ)であれ分子(分子サイズ)であれ、当業界で周知の方法により推定できる。典型的には、大きさは、原子又は分子が相当する半球(又は仮想半球)の最長の単一寸法又は直径を指す。単一の原子では、ファンデルワールス半径を使用して、対応する原子サイズ(すなわち、ファンデルワールス半径の2倍であるファンデルワールス直径)を計算できる。分子では、例えば二原子水素又はその同位体の並べ替えのいずれか、大きさ又は長さは、分子を形成するそれぞれの原子の結合距離及び該当ファンデルワールス半径への言及により計算され得る。或いは、分子の大きさは、ファンデルワールス体積により判定され得る。特に定めのない限り、そのような大きさは、SATPにおいて計算される。 The "size" of a substance, whether a single atom (atomic size) or a molecule (molecular size), can be estimated by methods well known in the art. Typically, size refers to the longest single dimension or diameter of the hemisphere (or imaginary hemisphere) that the atom or molecule represents. For a single atom, the van der Waals radius can be used to calculate the corresponding atomic size (i.e., the van der Waals diameter, which is twice the van der Waals radius). For a molecule, such as diatomic hydrogen or any of its isotopic permutations, the size or length can be calculated by reference to the bond distances of each atom forming the molecule and the corresponding van der Waals radii. Alternatively, the size of a molecule can be determined by its van der Waals volume. Unless otherwise specified, such sizes are calculated in SATP.

溶質の可溶性は、以下のように定義され得、溶媒部及び溶質部は、質量に対する部である。 The solubility of a solute can be defined as follows, where the solvent parts and solute parts are parts by mass:

本発明に関する全般的ポイント及び利点
本発明は、多孔性有機ケージが、内部の後官能基化(すなわち、外側を修飾することなく空洞を修飾すること)によって修飾でき、更になお、同形様式(isostructural manner)で結晶化できるという望外の発見によって生まれた。これにより、適正な後官能基化(すなわち、分子の本質的骨格が本質的に組み立てられた後で、空洞が官能基化されること)で、任意選択で保護-脱保護ストラテジーを経由して、確立された結晶構造を弱体化させることなく、内部空洞サイズ(したがって、細孔径、又は細孔ウィンドウの大きさ)を微調整して、潜在的に価値のある相互接続した細孔ネットワークを得る可能性が開かれる。本発明者らは、その後、非常に多くの点でとても都合のよい多孔性有機ケージを微調整して、ガス状標的の動的量子ふるいが潜在的に可能になるほど十分小さい細孔径を得ることができると発見した。本発明者らは、次いで、多孔性有機ケージは、ジュウテリウムと水素を選択的に分離し、それにより、高純度ジュウテリウムへの道筋をつけるように調整できることを示した。そのような達成から、トリチウム又は混合二原子、例えばプロチウム-ジュウテリウム(HD)、プロチウム-トリチウム(HT)、並びにジュウテリウム-トリチウム(DT)を含む他の水素同位体を、ヘリウム及び/又は他の副産物を更に含み得る混合物からのもの、例えば核融合の排出物を含めて選択的に抽出することは、妥当と思われる。
General Points and Advantages of the Invention The present invention arose from the unexpected discovery that porous organic cages can be modified by interior post-functionalization (i.e., modifying the cavity without modifying the exterior) and still crystallize in an isostructural manner. This opens the possibility, with proper post-functionalization (i.e., functionalizing the cavity after the essential framework of the molecule has essentially been assembled), to fine-tune the interior cavity size (and therefore the pore diameter, or the size of the pore window) to obtain potentially valuable interconnected pore networks without weakening the established crystal structure, optionally via a protection-deprotection strategy. The inventors subsequently discovered that the highly advantageous porous organic cages in so many respects can be fine-tuned to obtain pore diameters small enough to potentially enable dynamic quantum sieving of gaseous targets. The inventors then showed that the porous organic cages can be tailored to selectively separate deuterium and hydrogen, thereby paving the way to high-purity deuterium. From such an achievement, it seems plausible to selectively extract tritium or other hydrogen isotopes, including mixed diatomics such as protium-deuterium (HD), protium-tritium (HT), and deuterium-tritium (DT), from mixtures that may further contain helium and/or other by-products, including, for example, fusion emissions.

本発明は、したがって、従来技術に固有の問題を解決する。 The present invention therefore solves the problems inherent in the prior art.

本発明は、とりわけ核融合の将来的な実現可能性を、実質的及び商業的に増加させる、価値ある代替材料を提供する。 The present invention provides a valuable alternative material that, among other things, will substantially and commercially increase the future viability of nuclear fusion.

本発明により、微調整が簡便なため、望ましい標的物質、例えばジュウテリウムの高度に選択的な収着を可能にする正確な細孔径が得られる。 The present invention allows for easy fine tuning to achieve precise pore sizes that enable highly selective sorption of desired target substances, such as deuterium.

本発明に使用される材料は、効率的に(また、一般的に中間精製の必要一切なしで)、高い収率で、また、可溶性であり、液体状態での簡便な加工及び取扱いが可能になるため、きわめて製造しやすい。 The materials used in this invention are extremely easy to manufacture, as they can be produced efficiently (and generally without the need for any intermediate purification), in high yields, and are soluble, allowing for convenient processing and handling in the liquid state.

本発明者らの共結晶を用いた実験から、2つの異なる多孔性有機ケージは、共結晶化して、投入された多孔性有機ケージの少なくとも1つ(そうでなければ両方)と同形の結晶が得られることが明らかになった。これにより、価値ある(例えば相互接続した多孔性ネットワークに)ものとして確立された結晶構造の弱体化に関連したよくある懸念なしで、性質を適正に修飾するための更なる可能性が解明された。本発明者らは、したがって、前述の小さい細孔ケージを大きい細孔ケージと共結晶化することを思いついた。そのようにする際、本発明者らは、収着体積を増加できる(所定の温度及び圧力で)だけではなく、標的の選択性も増加できることを見出した。理論に束縛されることを望むものではないが、この望外の結果は、古典拡散、量子トンネルと、波の回折との間における相補的な相互作用に由来する可能性がある。 Our experiments with cocrystals have revealed that two different porous organic cages can be cocrystallized to yield crystals isomorphous with at least one (if not both) of the input porous organic cages. This opens up additional possibilities for tailoring properties without the usual concerns associated with weakening established crystalline structures (e.g., interconnected porous networks). The inventors therefore conceived of cocrystallizing the aforementioned small pore cage with a large pore cage. In doing so, the inventors found that not only could they increase the sorption volume (at a given temperature and pressure), but also the target selectivity. Without wishing to be bound by theory, this unexpected result may result from the complementary interplay between classical diffusion, quantum tunneling, and wave diffraction.

本発明は、したがって、高い選択性及び高い収着容量を呈する材料を更に提供する。 The present invention therefore further provides a material that exhibits high selectivity and high sorption capacity.

本発明は、様々な標的を、混合物から選択的に分離するように運用できるが、ジュウテリウム及び水素を含有する混合物から、ジュウテリウムを抽出するのに特に向いている。しかし、本発明の同原理を使用して、多孔性有機ケージは、標的トリチウムに微調整できる。この方法で、本発明は、福島の原子炉のようなアクシデントによるものを含む、原子力プラントから生じるトリチウム化水又は他のトリチウム副産物を処理するように運用できる。トリチウム化(したがって放射能汚染されている)水の処理は、汚染水に電気分解を行って、T2及び/又はH-Tを含むガス状混合物(H2との混和物の可能性が高い)をまず発生させてから、本発明の方法を経由して、トリチウム化ガス分子を分離させることに関与し得る。 While the present invention can be operated to selectively separate a variety of targets from a mixture, it is particularly suited to extracting deuterium from a mixture containing deuterium and hydrogen. However, using the same principles of the present invention, the porous organic cages can be fine-tuned to target tritium. In this way, the present invention can be operated to treat tritiated water or other tritium by-products resulting from nuclear power plants, including those resulting from accidents such as the Fukushima reactor. Treatment of tritiated (and therefore radioactively contaminated) water may involve subjecting the contaminated water to electrolysis to first generate a gaseous mixture containing T2 and/or HT (likely an admixture with H2 ), and then separating the tritiated gas molecules via the method of the present invention.

標的物質の収着を伴う方法
本発明は、1つ又は複数の標的物質の収着を伴う多彩な方法を提供する。そのような方法は、いつも収着組成物(又は前記収着組成物を含む収着デバイス)を使用して、1つ又は複数の非標的物質と共に標的物質を含有する標的混合物から、標的物質を優先的に収着する。収着組成物は、好適には、標的物質を、非標的物質より選択的に(又は優先的に)収着する。これらの方法に使用される収着組成物(又は収着デバイス)の性質は、本明細書で定義され、かつ、収着組成物のそのような定義は、これらの方法のいずれか、又はすべての実施形態に適用可能である。
Methods Involving Sorption of Target Substances The present invention provides a variety of methods involving the sorption of one or more target substances. Such methods always use a sorption composition (or a sorption device comprising said sorption composition) to preferentially sorb the target substance from a target mixture containing the target substance along with one or more non-target substances. The sorption composition preferably selectively (or preferentially) sorbs the target substance over the non-target substances. The properties of the sorption composition (or sorption device) used in these methods are defined herein, and such definition of a sorption composition is applicable to any or all embodiments of these methods.

優先的に収着する方法
本発明は、1つ又は複数の標的物質を優先的に収着する方法を提供する。前記方法は、好ましくは、1つ又は複数の標的物質を、1つ又は複数の非標的物質より優先的に(又は選択的に)収着する方法である。方法は、好適には、本明細書で定義されている標的混合物と収着組成物を接触させることを含む。方法は、標的混合物と収着デバイスを接触させることを同じように含み得、収着デバイスは、収着組成物を含む。標的混合物は、好適には、標的物質及び非標的物質を含む、それらから本質的になる、又はそれらからなる。収着組成物は、好適には、収着化合物を含む、それから本質的になる、又はそれからなる。好ましくは、収着組成物は、収着化合物及び共結晶化化合物の両方を含む、それらから本質的になる、又はそれらからなる。
Methods for Preferential Sorption The present invention provides a method for preferentially sorbing one or more target substances. The method is preferably a method for preferentially (or selectively) sorbing one or more target substances over one or more non-target substances. The method suitably comprises contacting a target mixture as defined herein with a sorption composition. The method may equally comprise contacting the target mixture with a sorption device, the sorption device comprising the sorption composition. The target mixture suitably comprises, consists essentially of, or consists of the target substances and non-target substances. The sorption composition suitably comprises, consists essentially of, or consists of a sorption compound. Preferably, the sorption composition comprises, consists essentially of, or consists of both the sorption compound and the co-crystallized compound.

本発明の態様によれば、標的物質及び非標的物質を含む、それらから本質的になる、又はそれらからなる標的混合物から、1つ又は複数の標的物質を、1つ又は複数の非標的物質より優先的に収着する方法であって、標的混合物と収着組成物(又は収着組成物を含む収着デバイス)を接触させることを含み、収着組成物が、収着化合物、及び任意選択で共結晶化化合物を含む、それらから本質的になる、又はそれらからなる方法が提供される。 According to an aspect of the present invention, there is provided a method for preferentially sorbing one or more target substances over one or more non-target substances from a target mixture comprising, consisting essentially of, or consisting of target substances and non-target substances, the method comprising contacting the target mixture with a sorption composition (or a sorption device comprising the sorption composition), wherein the sorption composition comprises, consists essentially of, or consists of a sorption compound and, optionally, a co-crystallized compound.

方法は、好適には、1つ又は複数の標的物質(及び任意選択で、1つ又は複数の非標的物質)、及び、1つ又は複数の非標的物質(及び任意選択で、1つ又は複数の標的物質)を含む処理された標的混合物を含む、収着済み組成物(すなわち、収着組成物と、それに収着されている標的物質)を提供する。収着済み組成物は、好適には、処理された標的混合物より、標的物質が富化されている(非標的物質と比較して)。処理された標的混合物は、好適には、収着済み組成物より、非標的物質が富化されている(標的物質と比較して)。収着済み組成物は、好適には、脱離することにより収着組成物から放出させて、脱離した組成物を、好ましくは処理された標的混合物が収着組成物との接触により除去された後で、得ることができる。脱離した組成物は、好適には、もはや収着組成物内に収着しないことを除いて、収着済み組成物と(実質的に)同一である。脱離した組成物は、方法のその後のラウンドで、それ自体が標的混合物になり得、それにより標的物質を更に精製する好機が得られる。 The method preferably provides a sorbed composition (i.e., the sorption composition and the target materials sorbed thereto) comprising a treated target mixture containing one or more target materials (and optionally one or more non-target materials) and one or more non-target materials (and optionally one or more target materials). The sorbed composition is preferably enriched in the target materials (relative to the non-target materials) from the treated target mixture. The treated target mixture is preferably enriched in the non-target materials (relative to the target materials) from the sorbed composition. The sorbed composition is preferably released from the sorption composition by desorption, yielding a desorbed composition, preferably after the treated target mixture has been removed by contact with the sorption composition. The desorbed composition is preferably (substantially) identical to the sorbed composition except that it is no longer sorbed within the sorption composition. The desorbed composition may itself become the target mixture in a subsequent round of the method, thereby providing an opportunity for further purification of the target materials.

以下(及び本明細書の他の箇所)に記載されている標的物質、非標的物質及び標的混合物は、優先的に収着する方法、又は、優先的に収着する方法を組み込むまったく別の方法の任意の態様及び実施形態に適用可能である。同じことが、方法の条件及び特性、例えば接触条件、収着特性及び装置に当てはまる。 The target substances, non-target substances, and target mixtures described below (and elsewhere herein) are applicable to any aspect and embodiment of the preferential sorption method, or an entirely separate method incorporating the preferential sorption method. The same applies to the conditions and characteristics of the method, such as contacting conditions, sorption characteristics, and equipment.

標的物質、非標的物質及びそれらの標的混合物
標的混合物は、好適には、SATPにてガス状の混合物である。標的混合物は、好適には、該当接触温度(以下参照)にてガス状の混合物である。好適には、標的物質は、200K未満の融点、好適には100K未満、より好ましくは75K未満、より好ましくは40K未満、より好ましくは20K未満、最も好ましくは15K未満の融点を有する。
Target Materials, Non-Target Materials and Target Mixtures Thereof The target mixture is preferably a gaseous mixture at the SATP. The target mixture is preferably a gaseous mixture at the relevant contact temperature (see below). Preferably, the target material has a melting point below 200K, preferably below 100K, more preferably below 75K, more preferably below 40K, more preferably below 20K, and most preferably below 15K.

好ましくは、標的物質は、収着を意図されている物質である一方、非標的物質は、標的物質からの分離を指定されている物質であるが、一部の非標的物質は、標的物質を、好ましくはより低い相対量ではあるものを伴って、同時に収着され得る。したがって、標的混合物は、標的物質及び非標的物質からなり得るが、標的混合物は、標的物質及び非標的物質、並びに任意選択で、追加の物質を含み得る。そのような追加の物質は、1つ又は複数の担体ガスを含み得、全体の加工を促進するように意図的に含まれる可能性がある。或いは、追加の物質は、他の何らかの理由で存在することがある。そのようなケースでは、追加の物質は、好ましくは、非標的物質より収着性ではない(優先的に収着する方法の場合)。 Preferably, the target material is the material intended for sorption, while the non-target material is the material designated for separation from the target material, although some non-target material may co-sorb with the target material, preferably in lower relative amounts. Thus, the target mixture may consist of the target material and non-target material, but the target mixture may also include the target material and non-target material, as well as, optionally, additional materials. Such additional materials may include one or more carrier gases and may be intentionally included to facilitate the overall process. Alternatively, the additional materials may be present for some other reason. In such cases, the additional materials are preferably less sorptive than the non-target material (in the case of preferential sorption methods).

ある実施形態では、標的物質及び非標的物質は、化学的に異なる、例えば、好適には標的物質及び非標的物質は、その元素組成の観点から、化学的に異なり得る。標的物質及び非標的物質は、物理的に異なり得る、例えば、標的物質及び非標的物質は、異なる大きさを有し得る(例えば、最大寸法の、又は有効な分子半径の観点から、例として、大きいサイズの種類は、小さいサイズの種類より、SATPにて小さいサイズの種類の少なくとも2%、好適には少なくとも5%、好適には少なくとも10%大きい)。例えば、標的物質及び非標的物質(標的/非標的ペア)は、それぞれ、H2/N2、H2/CO、CH4/N2及びXe/Kr(Xe/Krのケースでは、いずれかが標的になり得る一方、他のものは非標的である)からなる群から選択され得る。 In some embodiments, the target and non-target materials may be chemically different, e.g., preferably in terms of their elemental composition. The target and non-target materials may be physically different, e.g., they may have different sizes (e.g., in terms of maximum dimension or effective molecular radius, e.g., larger sized species are at least 2%, preferably at least 5%, and preferably at least 10% larger than smaller sized species in SATP). For example, the target and non-target materials (target/non-target pairs) may be selected from the group consisting of H2 / N2 , H2 /CO, CH4 / N2 , and Xe/Kr (in the case of Xe/Kr, either one can be a target while the other is a non-target).

好ましい実施形態では、標的物質及び非標的物質は、同位体差を除いて同一である、例えば、好適には標的物質及び非標的物質は、その元素組成の観点から化学的に同一であり得る。標的物質及び非標的物質は、(実質的に)同一の大きさであり得る(例えば最大寸法の、又は有効な分子半径の観点から、例えば、ある大きいサイズの種類は、小さいサイズの種類より、SATPにて小さいサイズの種類の大きくとも2%、好適には大きくとも1%、好適には大きくとも0.5%大きい)。そのようなシナリオでは、標的混合物内のある追加の物質は、好適には、単なる同位体の差だけではなく、標的物質と異なる、例えば、追加の物質は、それらの元素組成に関して化学的に異なり得、かつ/又は、追加の物質は、大きさの観点から物理的に異なり得る。 In preferred embodiments, the target material and non-target material are identical except for isotopic differences; for example, the target material and non-target material may preferably be chemically identical in terms of their elemental composition. The target material and non-target material may be (substantially) the same size (e.g., in terms of maximum dimension or effective molecular radius, e.g., a larger size species is at most 2%, preferably at most 1%, preferably at most 0.5% larger in SATP than a smaller size species). In such a scenario, an additional material in the target mixture preferably differs from the target material by more than just isotopic differences; for example, the additional material may be chemically different in terms of their elemental composition and/or the additional material may be physically different in terms of size.

好ましくは、標的物質は、非標的物質より重い(原子量又は分量の観点から、いずれか適用可能なもの)。好ましい実施形態では、標的物質は、非標的物質の同位体識別された形態を含む。好適には、そのような実施形態では、標的物質の同位体形態は、非標的物質のものより重い同位体である。 Preferably, the target material is heavier (in terms of atomic weight or molecular weight, whichever is applicable) than the non-target material. In preferred embodiments, the target material comprises an isotopically differentiated form of the non-target material. Suitably, in such embodiments, the isotopic form of the target material is a heavier isotope than that of the non-target material.

好適には、SATPにおける標的物質のドブロイ波長は、0.1から3.5Åの間である。好適には、SATPにおける標的物質のドブロイ波長は、0.2から2.0Åの間である。好適には、SATPにおける標的物質のドブロイ波長は、0.3から1.0Åの間である。好ましくは、SATPにおける標的物質のドブロイ波長は、0.3から0.8Åの間である。 Preferably, the de Broglie wavelength of the target substance in SATP is between 0.1 and 3.5 Å. Preferably, the de Broglie wavelength of the target substance in SATP is between 0.2 and 2.0 Å. Preferably, the de Broglie wavelength of the target substance in SATP is between 0.3 and 1.0 Å. Preferably, the de Broglie wavelength of the target substance in SATP is between 0.3 and 0.8 Å.

好適には、該当接触温度における標的物質のドブロイ波長は、0.2から4.0Åの間である。好適には、該当接触温度における標的物質のドブロイ波長は、0.3から3.5Åの間である。好適には、該当接触温度における標的物質のドブロイ波長は、0.5から2.5Åの間である。好適には、該当接触温度における標的物質のドブロイ波長は、1から3.0Åの間である。好適には、該当接触温度における標的物質のドブロイ波長は、1から2.0Åの間である。好適には、該当接触温度における標的物質のドブロイ波長は、1.2から1.9Åの間である。好ましくは、該当接触温度における標的物質のドブロイ波長は、1.4から1.7Åの間である。 Preferably, the de Broglie wavelength of the target material at the contact temperature is between 0.2 and 4.0 Å. Preferably, the de Broglie wavelength of the target material at the contact temperature is between 0.3 and 3.5 Å. Preferably, the de Broglie wavelength of the target material at the contact temperature is between 0.5 and 2.5 Å. Preferably, the de Broglie wavelength of the target material at the contact temperature is between 1 and 3.0 Å. Preferably, the de Broglie wavelength of the target material at the contact temperature is between 1 and 2.0 Å. Preferably, the de Broglie wavelength of the target material at the contact temperature is between 1.2 and 1.9 Å. Preferably, the de Broglie wavelength of the target material at the contact temperature is between 1.4 and 1.7 Å.

好適には、該当接触温度における非標的物質のドブロイ波長は、1から5.0Åの間である。好適には、該当接触温度における非標的物質のドブロイ波長は、2から4.0Åの間である。 Preferably, the de Broglie wavelength of the non-target material at the contact temperature is between 1 and 5.0 Å. Preferably, the de Broglie wavelength of the non-target material at the contact temperature is between 2 and 4.0 Å.

好ましくは、SATPにおいて、標的物質のドブロイ波長と、非標的物質のものとの差は、少なくとも0.1Åである。好ましくは、該当接触温度において、標的物質のドブロイ波長と、非標的物質のものとの差は、少なくとも0.2Åであり、より好適には少なくとも0.4Å異なる。 Preferably, in SATP, the difference between the de Broglie wavelength of the target substance and that of the non-target substance is at least 0.1 Å. Preferably, at the contact temperature, the difference between the de Broglie wavelength of the target substance and that of the non-target substance is at least 0.2 Å, and more preferably at least 0.4 Å.

好ましくは、標的物質は、非標的物質より短い(又は低い)ドブロイ波長を有する。好ましくは、SATPにおいて、標的物質は、非標的物質より少なくとも0.1Å小さいドブロイ波長を有する。好ましくは、該当接触温度において、標的物質は、非標的物質より少なくとも0.2Å小さい、より好適には少なくとも0.4Å小さいドブロイ波長を有する。 Preferably, the target substance has a shorter (or lower) de Broglie wavelength than the non-target substance. Preferably, in SATP, the target substance has a de Broglie wavelength that is at least 0.1 Å smaller than the non-target substance. Preferably, at the contact temperature, the target substance has a de Broglie wavelength that is at least 0.2 Å smaller, more preferably at least 0.4 Å smaller, than the non-target substance.

好ましくは、SATPにおいて、標的物質のドブロイ波長と、ある追加の物質のものとの差は、少なくとも0.1Å、より好適には少なくとも0.2Åである。好ましくは、該当接触温度において、標的物質のドブロイ波長と、ある追加の物質のものとの差は、少なくとも0.2Åであり、より好適には少なくとも0.4Å異なり、より好適には少なくとも0.6Å異なる。 Preferably, in the SATP, the difference between the de Broglie wavelength of the target substance and that of the additional substance is at least 0.1 Å, more preferably at least 0.2 Å. Preferably, at the contact temperature, the difference between the de Broglie wavelength of the target substance and that of the additional substance is at least 0.2 Å, more preferably at least 0.4 Å, and more preferably at least 0.6 Å.

好ましくは、標的物質は、ある追加の物質より短い(又は低い)ドブロイ波長を有する。好適には、非標的物質は、ある追加の物質より短い(又は低い)ドブロイ波長を有するが、いくつかの実施形態では、これらは類似し、例えば+/-0.5Å以内であり得る。 Preferably, the target material has a shorter (or lower) de Broglie wavelength than any additional material. Preferably, the non-target material has a shorter (or lower) de Broglie wavelength than any additional material, although in some embodiments they may be similar, e.g., within +/- 0.5 Å.

好適には、SATPにおける標的物質のドブロイ波長は、収着化合物の空洞サイズの+/-5Å以内である。好適には、SATPにおける標的物質のドブロイ波長は、収着化合物の空洞サイズの+/-4Å以内である。好適には、SATPにおける標的物質のドブロイ波長は、収着化合物の空洞サイズの+/-3.5Å以内である。より好ましくは、SATPにおける標的物質のドブロイ波長は、収着化合物の空洞サイズの+/-2Å以内である。好適には、SATPにおける標的物質のドブロイ波長は、収着化合物の空洞サイズの+/-1Å以内である。好適には、SATPにおける標的物質のドブロイ波長は、収着化合物の空洞サイズの+/-0.5Å以内である。 Preferably, the de Broglie wavelength of the target substance in SATP is within +/- 5 Å of the cavity size of the sorption compound. Preferably, the de Broglie wavelength of the target substance in SATP is within +/- 4 Å of the cavity size of the sorption compound. Preferably, the de Broglie wavelength of the target substance in SATP is within +/- 3.5 Å of the cavity size of the sorption compound. More preferably, the de Broglie wavelength of the target substance in SATP is within +/- 2 Å of the cavity size of the sorption compound. Preferably, the de Broglie wavelength of the target substance in SATP is within +/- 1 Å of the cavity size of the sorption compound. Preferably, the de Broglie wavelength of the target substance in SATP is within +/- 0.5 Å of the cavity size of the sorption compound.

好適には、該当接触温度における標的物質のドブロイ波長は、収着化合物の空洞サイズの+/-5Å以内である。好適には、該当接触温度における標的物質のドブロイ波長は、収着化合物の空洞サイズの+/-4Å以内である。好適には、該当接触温度における標的物質のドブロイ波長は、収着化合物の空洞サイズの+/-3.5Å以内である。より好ましくは、該当接触温度における標的物質のドブロイ波長は、収着化合物の空洞サイズの+/-2Å以内である。好適には、該当接触温度における標的物質のドブロイ波長は、収着化合物の空洞サイズの+/-1Å以内である。好適には、該当接触温度における標的物質のドブロイ波長は、収着化合物の空洞サイズの+/-0.5Å以内である。好適には、該当接触温度における標的物質のドブロイ波長は、収着化合物の空洞サイズの+/-0.4Å以内である。 Preferably, the de Broglie wavelength of the target material at the contact temperature is within +/- 5 Å of the cavity size of the sorption compound. Preferably, the de Broglie wavelength of the target material at the contact temperature is within +/- 4 Å of the cavity size of the sorption compound. Preferably, the de Broglie wavelength of the target material at the contact temperature is within +/- 3.5 Å of the cavity size of the sorption compound. More preferably, the de Broglie wavelength of the target material at the contact temperature is within +/- 2 Å of the cavity size of the sorption compound. Preferably, the de Broglie wavelength of the target material at the contact temperature is within +/- 1 Å of the cavity size of the sorption compound. Preferably, the de Broglie wavelength of the target material at the contact temperature is within +/- 0.5 Å of the cavity size of the sorption compound. Preferably, the de Broglie wavelength of the target material at the contact temperature is within +/- 0.4 Å of the cavity size of the sorption compound.

好適には、該当接触温度における標的物質のドブロイ波長は、収着化合物の空洞サイズより小さい。好適には、該当接触温度における標的物質のドブロイ波長は、収着化合物の空洞サイズより、大きくとも5Å、好適には大きくとも4Å、好適には大きくとも3.5Å、好ましくは大きくとも2Å、好適には大きくとも1Å、好適には大きくとも0.5Å、好適には大きくとも0.4Å小さい。 Preferably, the de Broglie wavelength of the target material at the contact temperature is smaller than the cavity size of the sorption compound. Preferably, the de Broglie wavelength of the target material at the contact temperature is smaller than the cavity size of the sorption compound by at most 5 Å, preferably at most 4 Å, preferably at most 3.5 Å, preferably at most 2 Å, preferably at most 1 Å, preferably at most 0.5 Å, preferably at most 0.4 Å.

好適には、該当接触温度における非標的物質のドブロイ波長は、収着化合物の空洞サイズより大きい。好適には、該当接触温度における非標的物質のドブロイ波長は、収着化合物の空洞サイズを、大きくとも5Å、好適には大きくとも4Å、好適には大きくとも3.5Å、好ましくは大きくとも2Å、好適には大きくとも1Å、好適には大きくとも0.5Å、好適には大きくとも0.4Å上回る。 Preferably, the de Broglie wavelength of the non-target material at the contact temperature is greater than the cavity size of the sorption compound. Preferably, the de Broglie wavelength of the non-target material at the contact temperature is greater than the cavity size of the sorption compound by at most 5 Å, preferably at most 4 Å, preferably at most 3.5 Å, preferably at most 2 Å, preferably at most 1 Å, preferably at most 0.5 Å, preferably at most 0.4 Å.

好適には、非標的物質は、該当接触温度において、ある追加の物質より短い(又は低い)ドブロイ波長を有するが、いくつかの実施形態では、これらは類似し、例えば+/-0.5Å以内であり得る。 Preferably, the non-target material has a shorter (or lower) de Broglie wavelength than the additional material at the contact temperature, although in some embodiments they may be similar, e.g., within +/- 0.5 Å.

好適には、標的物質の大きさ(例えば分子の大きさ)は、収着化合物の空洞サイズより小さい。好適には、非標的物質の大きさ(例えば分子の大きさ)は、収着化合物の空洞サイズより小さい。好適には標的物質及び非標的物質の大きさ(例えば分子の大きさ)は、およそ同一、好適には実質的に同一、好適には+/-0.5Å以内、より好適には+/-0.3Å、より好適には+/-0.2Å、より好適には+/-0.1Å、より好適には+/-0.05Å、より好適には+/-0.01Åである。 Preferably, the size (e.g., molecular size) of the target substance is smaller than the cavity size of the sorption compound. Preferably, the size (e.g., molecular size) of the non-target substance is smaller than the cavity size of the sorption compound. Preferably, the sizes (e.g., molecular size) of the target substance and the non-target substance are approximately the same, preferably substantially the same, preferably within +/-0.5 Å, more preferably +/-0.3 Å, more preferably +/-0.2 Å, more preferably +/-0.1 Å, more preferably +/-0.05 Å, and more preferably +/-0.01 Å.

好適には、ある追加の物質の大きさは、収着化合物の空洞サイズより大きい。好適には、ある追加の物質の大きさは、非標的物質より大きい。しかし、ある追加の物質の大きさ(例えば、標的及び非標的物質と異なる担体ガス又は物質)は、非標的物質の+/-0.5Å以内であり得る。 Preferably, the size of the additional material is larger than the cavity size of the sorption compound. Preferably, the size of the additional material is larger than the non-target material. However, the size of the additional material (e.g., a carrier gas or material different from the target and non-target materials) may be within +/- 0.5 Å of the non-target material.

好ましくは、標的物質及び非標的物質のいずれも、同位体識別された物質を含み、又はそれからなり、標的物質の同位体は、非標的物質のものより重い。最も好ましくは、標的物質及び非標的物質のいずれも、同位体識別された水素分子を含み、又はそれからなり、標的物質の同位体は、非標的物質のものより重い。 Preferably, both the target material and the non-target material comprise or consist of isotopically identified materials, with the isotopes of the target material being heavier than those of the non-target material. Most preferably, both the target material and the non-target material comprise or consist of isotopically identified hydrogen molecules, with the isotopes of the target material being heavier than those of the non-target material.

同位体の量子ふるいは、標的及び非標的物質のそれぞれのドブロイ波長の間における差が大きいと、より選択的になる傾向がある。熱的ドブロイ波長は、物質の質量の平方根に反比例するので、ドブロイ波長における差異は、プロチウムとトリチウム同位体との間で最大になるが、これらは、プロチウムとジュウテリウム同位体との間でもやはりきわめて顕著である。 Isotopic quantum sieving tends to be more selective when the difference between the de Broglie wavelengths of the target and non-target materials is large. Because the thermal de Broglie wavelength is inversely proportional to the square root of the mass of the material, the differences in de Broglie wavelengths are greatest between protium and tritium isotopes, but they are also quite significant between protium and deuterium isotopes.

好ましくは、本明細書に記載されている優先的に収着する方法は、標的物質を、非標的物質から分離するため、より好ましくは、水素の同位体を分離する(例えば分子水素の異なる同位体形態を、同一同位体又は異種同位体に分離する)ため、最も好ましくは、1つ又は複数のより軽い水素同位体から(例えば、分子水素の1つ又は複数のより軽い同位体形態から)、1つ又は複数のより重い水素同位体を分離する(例えば、分子水素の、1つ又は複数のより重い同位体形態を分離する)ためのものである。重さの増加規模に関して、最も一般的かつ安定な水素の同位体3つは、プロチウム(1H又はH)、ジュウテリウム(2H又はD)及びトリチウム(3H又はT)である。好ましくは、したがって、標的物質は、ジュウテリウム原子(2H又はD)及び/若しくはトリチウム原子(3H又はT)のいずれか、又はその両方を含み、或いはそれからなる分子水素の形態を含み、又はそれからなり、分子水素は、D2、HD、T2、HT及び/又はDTを含み得る。好ましくは、非標的物質は、分子プロチウム(1H2又はH2)である、又はそれを含む。いくつかの実施形態では、しかし、トリチウムを、プロチウム及び/又はジュウテリウムのいずれか、又はその両方から分離するのが望ましいことがあり、このケースでは、標的物質は、好ましくはトリチウムである一方、非標的物質は、プロチウム及び/若しくはジュウテリウムのいずれか、又はその両方である。 Preferably, the preferential sorption methods described herein are for separating target materials from non-target materials, more preferably for separating isotopes of hydrogen (e.g., separating different isotopic forms of molecular hydrogen into homo- or hetero-isotopes), and most preferably for separating one or more heavier hydrogen isotopes (e.g., separating one or more heavier isotopic forms of molecular hydrogen) from one or more lighter hydrogen isotopes (e.g., separating one or more heavier isotopic forms of molecular hydrogen). In terms of increasing weight, the three most common and stable isotopes of hydrogen are protium ( 1 H or 3 H), deuterium ( 2 H or 3 D), and tritium ( 3 H or 3 T). Preferably, therefore, the target material comprises or consists of a form of molecular hydrogen comprising or consisting of either or both deuterium atoms ( 2H or D) and/or tritium atoms ( 3H or T), which may include D2 , HD, T2 , HT, and/or DT. Preferably, the non-target material is or comprises molecular protium ( 1H2 or H2 ). In some embodiments, however, it may be desirable to separate tritium from either protium and/or deuterium, or both, in which case the target material is preferably tritium, while the non-target material is either protium and/or deuterium, or both.

いくつかの実施形態では、標的混合物は、異種同位体二原子(又は混合二原子)及び/又は同一同位体二原子(単種二原子(plain diatomics))を含み得る、それから本質的になり得る、又はそれからなり得る。例えば異種同位体二原子は、HD(プロチウム-ジュウテリウム)、HT(プロチウム-トリチウム)、及び/又はDT(ジュウテリウム-トリチウム)を含み得るが、同一同位体二原子は、プロチウム(H2、二水素、二原子水素又は単体水素としても公知)、ジュウテリウム(D2、二ジュウテリウム又は二原子ジュウテリウムとしても公知)、及び/又はトリチウム(T2、トリチウム又は二原子トリチウムとしても公知)を含み得る。 In some embodiments, the target mixture may comprise, consist essentially of, or consist of heteroisotopic diatomics (or mixed diatomics) and/or isotopic diatomics (plain diatomics). For example, heteroisotopic diatomics may include HD (protium-deuterium), HT (protium-tritium), and/or DT (deuterium-tritium), while isotopic diatomics may include protium ( H2 , also known as dihydrogen, diatomic hydrogen, or elementary hydrogen), deuterium ( D2 , also known as dideuterium or diatomic deuterium), and/or tritium ( T2 , also known as tritium or diatomic tritium).

好ましい実施形態では、標的物質は、D2、T2、HD、HT及びDTからなる群から選択される。特に好ましい実施形態では、標的物質は、D2である。別の実施形態では、標的物質は、T2である。いくつかの実施形態では、標的物質は、異種同位体水素分子を含み得る。 In preferred embodiments, the target substance is selected from the group consisting of D2 , T2 , HD, HT, and DT. In particularly preferred embodiments, the target substance is D2 . In another embodiment, the target substance is T2 . In some embodiments, the target substance may comprise heteroisotopic hydrogen molecules.

好ましい実施形態では、非標的物質が標的物質を排除するという条件で、非標的物質は、H2、D2、T2、HD、HT及びDTからなる群から選択される。好ましくは、非標的物質は、H2である、又はそれを含む。 In a preferred embodiment, the non-target substance is selected from the group consisting of H2 , D2 , T2 , HD, HT, and DT, provided that the non-target substance excludes the target substance. Preferably, the non-target substance is or includes H2 .

好ましい実施形態では、標的混合物は、H2、D2、T2、HD、HT及びDTからなる群から選択される2つ以上を含む、それらから本質的になる、又はそれらからなる。いくつかの実施形態では、標的混合物は、H2、D2、T2、HD、HT及びDTからなる群から選択される3つ以上を含む、それらから本質的になる、又はそれらからなる。特に好ましい実施形態では、標的混合物は、H2及びD2を含む、又はそれからなる。 In preferred embodiments, the target mixture comprises, consists essentially of, or consists of two or more selected from the group consisting of H2 , D2 , T2 , HD, HT, and DT. In some embodiments, the target mixture comprises, consists essentially of, or consists of three or more selected from the group consisting of H2 , D2 , T2 , HD, HT, and DT. In particularly preferred embodiments, the target mixture comprises or consists of H2 and D2 .

核融合に関して、排気(出力)ガスは、H2、D2、T2、HD、HT及びDTの2つ以上の混合物(その一部は標的物質であり得、その他は非標的物質であり得る)、並びに、場合により追加の物質、例えばヘリウム(He)を含み得る。そのような排気混合物は、本発明に関して標的混合物を構成し得る。そのようなシナリオでは、標的物質は、D2、T2、HD、HT及びDTのいずれか1つ又は複数を含み得るが、非標的物質は、標的物質のもの以外のH2、D2、T2、HD、HT及びDTの1つ又は複数を含み得、追加の物質は、任意選択でヘリウムを含み得る。 For nuclear fusion, the exhaust (output) gas may include a mixture of two or more of H2 , D2 , T2 , HD, HT, and DT (some of which may be target material and others may be non-target material), and possibly additional material, such as helium (He). Such an exhaust mixture may constitute a target mixture for the present invention. In such a scenario, the target material may include any one or more of D2 , T2 , HD, HT, and DT, while the non-target material may include one or more of H2 , D2 , T2 , HD, HT, and DT other than that of the target material, and the additional material may optionally include helium.

特に好ましい実施形態では、標的混合物は、H2及びD2を含み、それらから本質的になり、又はそれらからなり、標的物質は、D2であり、又はそれを含み、非標的物質は、H2である、又はそれを含む。 In particularly preferred embodiments, the target mixture comprises, consists essentially of, or consists of H2 and D2 , the target material is or comprises D2 , and the non-target material is or comprises H2 .

特定の実施形態では、標的混合物は、H2及びT2を含み、それらから本質的になり、又はそれらからなり、標的物質は、T2であり、又はそれを含み、非標的物質は、H2である、又はそれを含む。 In certain embodiments, the target mixture comprises, consists essentially of, or consists of H2 and T2 , the target material is or comprises T2 , and the non-target material is or comprises H2 .

接触条件 - 温度、圧力、曝露時間及び他の条件
本発明で運用されている収着材料(例えば収着化合物及び/又は共結晶化化合物)のように、本発明の方法に使用される条件は、選択性を最適化し、かつ/又は、収着体積/容量を最適化する(すなわち、標的物質の考えられる最大体積を収着する)ように選択できる。しかし、最も好適には、条件は、選択性と収着容量両方の間における最適なバランスのために選択され得る。これは、とりわけ、複数の収着ラウンドが想定される(すなわち、収着された物質が、収着プロセスに再度供給されて、更に精製される、又は標的物質が更に選択される)ケースである。
Contact Conditions - Temperature, Pressure, Exposure Time, and Other Conditions Like the sorbent materials (e.g., sorption compounds and/or co-crystallized compounds) employed in the present invention, the conditions used in the methods of the present invention can be selected to optimize selectivity and/or to optimize sorption volume/capacity (i.e., to sorb the largest possible volume of target substance). Most preferably, however, the conditions can be selected for an optimal balance between both selectivity and sorption capacity. This is especially the case when multiple sorption rounds are envisioned (i.e., the sorbed material is fed back into the sorption process for further purification or further target substance selection).

方法は、好適には、特定の接触温度にて、標的混合物と収着組成物(又は収着組成物を含む収着デバイス)を接触させることを含む。接触温度は、好適には、接触中(又は直前)の標的混合物の温度である。接触温度は、収着組成物又は収着デバイスの温度と同一、又は実質的に同一であり得る。接触中、収着組成物又は収着デバイスの温度は、好適には、標的混合物の温度の100K以内であり得、より好適にはその50K以内、より好適にはその20K以内、最も好適にはその5K以内であり得る。収着組成物又は収着デバイスの温度は、標的混合物の温度とは別々にコントロールして、例えば、加工(例えば、接触させる工程後に、組成物内に収着された収着内容物を維持するが、標的混合物がそこから分離されるように凍結すること、これにより早期の脱離を避けることができる)を促進できる。 The method preferably involves contacting the target mixture with the sorption composition (or a sorption device containing the sorption composition) at a specific contact temperature. The contact temperature is preferably the temperature of the target mixture during (or immediately before) the contacting. The contact temperature can be the same as, or substantially the same as, the temperature of the sorption composition or sorption device. During contacting, the temperature of the sorption composition or sorption device can preferably be within 100 K of the temperature of the target mixture, more preferably within 50 K, more preferably within 20 K, and most preferably within 5 K. The temperature of the sorption composition or sorption device can be controlled separately from the temperature of the target mixture to facilitate, for example, processing (e.g., freezing after the contacting step to maintain the sorbed content within the composition but separate the target mixture therefrom, thereby avoiding premature desorption).

接触温度は、該当標的物質、非標的物質及び任意選択の追加の物質のドブロイ波長(すなわち熱的ドブロイ波長)に影響を与える。更に、接触温度の低下により、標的物質及び非標的物質のドブロイ波長間における差が拡大する。したがって、量子ふるいは、一般的に、より低い温度にてより選択的である。したがって、接触温度は、好適には収着化合物の空洞サイズと、該当接触温度における標的物質のドブロイ波長との一致に基づいて、好適には標的物質の優先的な収着に設定されている。 The contact temperature affects the de Broglie wavelength (i.e., thermal de Broglie wavelength) of the target material, non-target materials, and optional additional materials. Furthermore, decreasing the contact temperature increases the difference between the de Broglie wavelengths of the target and non-target materials. Therefore, quantum sieves are generally more selective at lower temperatures. Therefore, the contact temperature is preferably set to preferentially sorb the target material based on the match between the cavity size of the sorption compound and the de Broglie wavelength of the target material at the contact temperature.

接触温度、とりわけ収着組成物(又は収着デバイス)の温度は、収着化合物(及び実際には共結晶化化合物)の空洞サイズの分布に影響を与え得るが、その理由は、昇温が、振動の自由度を上昇させ、空洞により大きいサイズを一時的に呈するようになるためであり、これが選択性に影響を及ぼす(すなわち低下させる)ことがあり、全体的な収着容量にも影響を及ぼすことがある(やはり選択性を損なうことがある)。更に、温度が高いと、平衡(すなわち熱力学的)収着のシナリオを急速に発生し得、これにより、選択性はより低くなり得、言い換えれば、動力学的コントロールは、より高い選択性を生じ得る。 The contact temperature, and in particular the temperature of the sorption composition (or sorption device), can affect the cavity size distribution of the sorbed compound (and indeed the co-crystallized compound) because elevated temperatures increase vibrational freedom, causing cavities to temporarily assume larger sizes, which can affect (i.e., decrease) selectivity and can also affect the overall sorption capacity (again, impairing selectivity). Furthermore, higher temperatures can rapidly produce equilibrium (i.e., thermodynamic) sorption scenarios, which can result in lower selectivity; in other words, kinetic control can result in higher selectivity.

好ましくは、標的混合物は、SATPにおけるガス状混合物である。好ましくは、標的混合物は、接触温度においてガス状混合物のままである。好ましくは、接触温度は、標的物質の融点を超える。好ましくは、接触温度は、非標的物質の融点を超える。 Preferably, the target mixture is a gaseous mixture in the SATP. Preferably, the target mixture remains a gaseous mixture at the contact temperature. Preferably, the contact temperature exceeds the melting point of the target material. Preferably, the contact temperature exceeds the melting point of the non-target material.

接触温度は、好適には少なくとも15K、好適には少なくとも20K、好適には少なくとも25Kである。接触温度は、好適には高くとも300K、好適には高くとも200K、好適には高くとも100Kである。特定の実施形態では、接触温度は、15から100Kの間、好適には20から80Kの間である。特定の実施形態では、接触温度は、20から60Kの間である。特定の実施形態では、接触温度は、25から40Kの間、好適には25から35Kの間である。 The contact temperature is preferably at least 15 K, preferably at least 20 K, preferably at least 25 K. The contact temperature is preferably at most 300 K, preferably at most 200 K, preferably at most 100 K. In certain embodiments, the contact temperature is between 15 and 100 K, preferably between 20 and 80 K. In certain embodiments, the contact temperature is between 20 and 60 K. In certain embodiments, the contact temperature is between 25 and 40 K, preferably between 25 and 35 K.

方法は、好適には、標的混合物と収着組成物(又は収着組成物を含む収着デバイス)を、特定の接触圧力で接触させることを含む。接触圧力は、特定の接触温度に最適化され得る。昇圧は、全体の(すなわちすべての物質の)収着を増加させ得るが、選択性に最適な圧力が存在し得る。そのような実施形態では、接触温度は、好適には、0.1から500mbarの間、より好適には1から100mbarの間、最も好適には5から50mbarの間(とりわけ最低の温度の場合)であり得る。しかし、ある状況(例えば、共結晶を伴う本発明の実施形態の場合)では、昇圧は、選択性を上昇させ得る。したがって、望ましくは、接触圧力は、少なくとも10mbar、好適には少なくとも100mbar、より好適には少なくとも500mbar、より好適には少なくとも900mbarであり得る。接触圧力は、高くとも10,000mbar、好適には高くとも5,000mbar、好適には高くとも2,000mbar、好適には高くとも1,100mbarであり得る。 The method preferably involves contacting the target mixture with the sorption composition (or a sorption device containing the sorption composition) at a specific contact pressure. The contact pressure may be optimized for a specific contact temperature. While elevated pressure may increase overall (i.e., all materials) sorption, there may be an optimum pressure for selectivity. In such embodiments, the contact temperature may preferably be between 0.1 and 500 mbar, more preferably between 1 and 100 mbar, and most preferably between 5 and 50 mbar (especially at the lowest temperatures). However, in some circumstances (e.g., in embodiments of the invention involving cocrystals), elevated pressure may increase selectivity. Thus, desirably, the contact pressure may be at least 10 mbar, preferably at least 100 mbar, more preferably at least 500 mbar, and even more preferably at least 900 mbar. The contact pressure may be at most 10,000 mbar, preferably at most 5,000 mbar, preferably at most 2,000 mbar, preferably at most 1,100 mbar.

方法は、標的混合物と収着組成物(又は収着組成物を含む収着デバイス)を、変動する接触圧力で接触させることを含み得る。例えば、方法は、圧力スイング吸着を含み得る。そのような実施形態では、接触圧力は、相対的高圧から相対的低圧へと変わることがある。相対的高圧では、標的物質の優先的な収着が促進される一方、標的物質の脱離(ある比率の非標的物質と潜在的に混和している)は、相対的低圧で促進される。2つの圧力の変化間において、標的混合物は、脱離される標的物質のために除去して(場合により、本発明の方法のその後のラウンドに備えて、別の容器又は装置において下流へ流れさせる、又は保存される)、本発明の方法のその後のラウンドを潜在的に施して(同一の、又は異なる容器若しくは装置において、任意選択で下流)、標的物質を更に精製する。或いは変動する接触圧力(所定の時間にわたり予めプログラムされた包絡線をたどり得る)は、より優れた選択性及び/又はより優れた全体の収着体積が得られる手段で、収着及び脱離を促進し得、例えば、これにより、全体が標的物質の収着に有利に働く、ある程度の「シャッフリング」が可能になることがある。温度スイング吸着は、圧力スイング吸着の有無を問わず実践できることが想定され、好適には同じ結果が達成される。 The method may include contacting the target mixture with the sorption composition (or a sorption device containing the sorption composition) at varying contact pressures. For example, the method may include pressure swing adsorption. In such embodiments, the contact pressure may be varied from a relatively high pressure to a relatively low pressure. At the relatively high pressure, preferential sorption of the target material is promoted, while desorption of the target material (potentially miscible with a proportion of non-target material) is promoted at the relatively low pressure. Between the two pressure changes, the target mixture is removed (optionally flowed downstream or stored in another vessel or apparatus in preparation for a subsequent round of the method) for the desorbed target material, and potentially subjected to a subsequent round of the method (in the same or a different vessel or apparatus, optionally downstream) to further purify the target material. Alternatively, varying contact pressure (which may follow a preprogrammed envelope over a predetermined time period) may facilitate sorption and desorption in a manner that results in greater selectivity and/or greater overall sorption volume; for example, this may allow for a degree of "shuffling" that generally favors sorption of the target substance. It is contemplated that temperature swing adsorption can be practiced with or without pressure swing adsorption, preferably while achieving the same results.

方法は、好適には、標的混合物と収着組成物(又は収着組成物を含む収着デバイス)を、特定の接触時間(又は曝露時間)にわたり接触させることを含む。接触時間が長いと、全体の収着体積の増大が必ず促進されるが、これは、(他の条件及び当該収着材料に応じて、例えば圧力及び/又は温度スイング吸着法が運用され、次いで延長したプロセスのため、より高い選択性が得られる場合に)収着選択性を低下させ得る。接触時間が長いと、熱力学的コントロールに有利に働く一方、接触時間が短いと、動力学的コントロールに有利に働く。したがって、接触時間は、収着体積及び/又は選択性のいずれか又はその両方を最適化するように選択され得るが、最も好ましくは、接触時間は、2つの間における最適なバランスのために選択される。接触時間は、好適には、1min以上、好適には5min以上である。接触時間は、好適には1,200min以下、好適には800min以下、好適には600min以下、好適には120min以下である。本発明者らは、本発明の収着組成物は、従来技術の組成物と対照的に、延長された接触時間にわたって選択性を保つ傾向があることを実際に発見した。これにより接触時間を更に長くすることが可能となり、続いて、全体の収着体積を増大することが促進される。 The method preferably involves contacting the target mixture with the sorption composition (or a sorption device containing the sorption composition) for a specific contact time (or exposure time). Longer contact times necessarily promote an increase in overall sorption volume, but this may decrease sorption selectivity (depending on other conditions and the sorption material in question, e.g., when pressure and/or temperature swing adsorption is operated, and then higher selectivity is obtained due to the extended process). Longer contact times favor thermodynamic control, while shorter contact times favor kinetic control. Thus, the contact time can be selected to optimize either or both sorption volume and/or selectivity, but most preferably, the contact time is selected for an optimal balance between the two. The contact time is preferably 1 min or more, preferably 5 min or more. The contact time is preferably 1,200 min or less, preferably 800 min or less, preferably 600 min or less, and preferably 120 min or less. The inventors have indeed discovered that the sorption compositions of the present invention, in contrast to prior art compositions, tend to maintain selectivity over extended contact times, thereby enabling longer contact times and subsequently facilitating an increase in overall sorption volume.

方法は、好適には連続した(潜在的に循環的)手法で、収着組成物(又は収着デバイス)を介して標的混合物を送り出す(又は通過させる)ことにより、標的混合物と収着組成物(又は収着組成物を含む収着デバイス)を接触させることを含み得る。実施形態では、収着デバイスは、任意選択でガス流を促進する別の固体材料と混合された収着組成物を含むカラム又はカートリッジであり、又はそれを含み、したがって、収着組成物(任意選択で別の固体と混合されている)は、好適には固定相として作用し得る。接触に続いて、固定相は、収着される標的vs非標的物質に関する収着グラジエントを呈し得る。ある実施形態では、収着組成物又は収着デバイスは、クロマトグラフィー機能を果たすことができ、したがって、クロマトグラフィー装置(例えばガスクロマトグラフィー装置)は、収着組成物又は収着デバイスを含み得る。 The method may include contacting the target mixture with the sorption composition (or sorption device containing the sorption composition) by pumping (or passing) the target mixture through the sorption composition (or sorption device), preferably in a continuous (potentially cyclical) manner. In embodiments, the sorption device is or includes a column or cartridge containing the sorption composition, optionally mixed with another solid material that facilitates gas flow; thus, the sorption composition (optionally mixed with another solid) may preferably act as the stationary phase. Following contact, the stationary phase may exhibit a sorption gradient of target vs. non-target substances to be sorbed. In certain embodiments, the sorption composition or sorption device may perform a chromatographic function; thus, a chromatographic apparatus (e.g., a gas chromatographic apparatus) may include the sorption composition or sorption device.

いくつかの実施形態では、収着組成物(又は収着デバイス)は、膜又はフィルムである。 In some embodiments, the sorption composition (or sorption device) is a membrane or film.

収着特性
標的物質の収着は、好適には、物理吸着を経由する。
Sorption Properties Sorption of the target substance is preferably via physical adsorption.

方法は、好適には、1bar、該当接触温度において、少なくとも1mmol/g、より好適には少なくとも2mmol/g、より好適には少なくとも4mmol/g、より好適には少なくとも6mmol/gの標的物質及び/又は非標的物質の収着体積(又は収着取込量)(すなわち収着組成物1グラム当たり、又は組み合わせた収着化合物及び/又は共結晶化された化合物1グラム当たり、1mmolの標的/非標的物質)を提供する。 The method preferably provides a sorption volume (or sorption uptake) of target and/or non-target substances (i.e., 1 mmol of target/non-target substance per gram of sorption composition or per gram of combined sorbed compounds and/or co-crystallized compounds) of at least 1 mmol/g, more preferably at least 2 mmol/g, more preferably at least 4 mmol/g, and more preferably at least 6 mmol/g, at 1 bar and the relevant contact temperature.

方法は、好適には、標的物質の非標的物質に対する収着選択性(すなわち比、例えば収着された標的物質の、収着された非標的物質に対するモル比、体積比又は質量比、好ましくはモル比)を少なくとも1.5、好適には少なくとも2、より好適には少なくとも3、より好適には少なくとも6、及び最も好適には少なくとも7にする。方法は、そのような選択性を得るために、任意選択で、全体の収着体積(すなわち取込量)と引き替えに、又はそれを優先して調整できる。選択性は、好適には、収着組成物を標的混合物に曝露した後で、TDSにより判定される(最も好適には標的物質/非標的物質、例えばD2/H2の1:1混合物) The method preferably achieves a sorption selectivity of target material relative to non-target material (i.e., ratio, e.g., molar, volumetric, or mass ratio of sorbed target material to sorbed non-target material, preferably a molar ratio) of at least 1.5, preferably at least 2, more preferably at least 3, more preferably at least 6, and most preferably at least 7. The method can optionally be adjusted to achieve such selectivity at the expense of or in favor of overall sorption volume (i.e., uptake). Selectivity is preferably determined by TDS after exposing the sorption composition to a target mixture (most preferably a 1:1 mixture of target material/non-target material, e.g., D2 / H2 ).

装置
本発明の方法を行うのに好適な装置は、好適には、密閉容器、注入口(好適には標的混合物に)、流出口(好適には処理された標的混合物、すなわち収着されたある物質が少ない標的混合物に)、注入口を流出口に流体連絡させている密閉容器を(任意選択で、コントロール可能に中断される手段、又は例えば1つ若しくは複数の中間バルブを経由する非連続的な手段で)介する流体経路、及び、流体経路に沿って容器内に位置した収着組成物(又は収着組成物を含む収着デバイス)を含み得る。収着組成物(又は収着デバイス)は、好適には、収着ステーション(収着が発生し得る場所)に位置する。収着組成物は、好適には、例えば流体経路に沿って(任意選択で取り外し可能に)導入された収着デバイス、カートリッジ又はカラム内に含有され、結果として好適には、標的混合物は、その間を通過するように制約される。好適には、装置は、とりわけ収着組成物との接触中、標的混合物の温度をコントロールするための、標的混合物の温度コントロール機構を含む。好適には、装置は、とりわけ収着組成物との接触中、収着組成物の温度をコントロールするが、その後も潜在的にコントロールするための、収着組成物の温度コントロール機構を含む(例えば、収着組成物を一時的に冷却する一方、処理された標的混合物がそれとの接触により除去されてから、脱離が生じ、これにより、収着組成物に収着された標的物質が放出される)。好適には、標的混合物の温度コントロール機構は、収着組成物の温度コントロール機構とは独立して操作可能である。好適には、装置は、とりわけ接触中、標的混合物の圧力をコントロールするための、標的混合物の圧力コントロール機構を含む。圧力コントロール機構は、圧力を変化させて圧力スイング吸着を促進するように操作可能であり得る。
Apparatus Suitable apparatus for carrying out the methods of the present invention may preferably comprise a sealed container, an inlet (preferably for the target mixture), an outlet (preferably for the treated target mixture, i.e., the target mixture depleted in some sorbed substance), a fluid pathway through the sealed container fluidly connecting the inlet to the outlet (optionally by controllably interrupted means or discontinuous means, for example, via one or more intermediate valves), and a sorption composition (or a sorption device comprising the sorption composition) located within the container along the fluid pathway. The sorption composition (or sorption device) is preferably located at a sorption station (where sorption can occur). The sorption composition is preferably contained within, for example, a sorption device, cartridge, or column introduced (optionally removably) along the fluid pathway, such that the target mixture is preferably constrained to pass therethrough. Preferably, the apparatus includes a temperature control mechanism for the target mixture, particularly for controlling the temperature of the target mixture during contact with the sorption composition. Preferably, the apparatus includes a sorption composition temperature control mechanism for controlling the temperature of the sorption composition, particularly during contact with the sorption composition, and potentially thereafter (e.g., temporarily cooling the sorption composition while the treated target mixture is removed by contact therewith, followed by desorption, thereby releasing the target material sorbed to the sorption composition). Preferably, the target mixture temperature control mechanism is operable independently of the sorption composition temperature control mechanism. Preferably, the apparatus includes a target mixture pressure control mechanism for controlling the pressure of the target mixture, particularly during contact. The pressure control mechanism may be operable to vary the pressure to facilitate pressure swing adsorption.

装置は、収着組成物(又は収着デバイス)を含む2つ以上の収着ステーションを含み得る。第2の、及び後続の収着ステーションは、更に精製された、脱離した標的物質(多少の非標的物質を含有し得る)を、投入された標的混合物として受けるように設定され得、処理した(産物)標的混合物は、プロセスから分離される。 The apparatus may include two or more sorption stations containing sorption compositions (or sorption devices). Second and subsequent sorption stations may be configured to receive the further purified, desorbed target material (which may contain some non-target material) as an input target mixture, and the treated (product) target mixture is separated from the process.

1つ又は複数の標的物質を製造する方法、抽出する方法又は精製する方法
好適には、標的物質を製造、抽出又は精製するために、本明細書で定義されている、優先的に収着する方法が使用されるが、非標的物質も同一のプロセスを経由して精製され得る(又は富化され得る)。標的物質を製造、抽出又は精製する方法は、実際に、標的物質中の混合物を富化する方法を構成できる。同様に、同方法は、非標的物質中の混合物、すなわち処理された標的混合物を富化する方法を提供し得る。同方法は、標的物質を非標的物質から分離する方法も提供し得る。
Methods for Producing, Extracting, or Purifying One or More Target Substances Preferably, the preferential sorption methods defined herein are used to produce, extract, or purify target substances, although non-target substances may also be purified (or enriched) via the same process. A method for producing, extracting, or purifying a target substance may in fact constitute a method for enriching a mixture in target substances. Similarly, the same method may provide a method for enriching a mixture in non-target substances, i.e., a processed target mixture. The same method may also provide a method for separating target substances from non-target substances.

本発明の態様によれば、1つ又は複数の標的物質を製造する方法、抽出する方法又は精製する方法(又は1つ若しくは複数の標的物質中の混合物を富化する方法)であって、
a.本明細書で定義されている優先的に収着する方法を行って、1つ又は複数の標的物質(及び任意選択で、1つ又は複数の非標的物質)を含む収着済み組成物、及び、1つ又は複数の非標的物質(及び任意選択で、1つ又は複数の標的物質)を含む、処理された標的混合物を得ること、
b.処理された標的混合物を収着組成物との接触により、分離又は除去すること、
c.収着済み組成物を収着組成物から脱離させて、脱離した組成物を得ることを含む方法が提供される。
According to an aspect of the invention, there is provided a method of producing, extracting or purifying one or more target substances (or enriching a mixture in one or more target substances), comprising:
a. performing a preferential sorption method as defined herein to obtain a sorbed composition comprising one or more target substances (and optionally one or more non-target substances), and a treated target mixture comprising one or more non-target substances (and optionally one or more target substances);
b. Separating or removing the treated target mixture by contact with a sorption composition;
c. desorbing the sorbed composition from the sorption composition to obtain a desorbed composition.

方法は、脱離した組成物を標的混合物として優先的に収着する方法に再度供給することにより、工程a~cを繰り返すことを更に含み得る。この方法で、標的物質は、繰り返し富化又は精製され得る。 The method may further include repeating steps a through c by re-feeding the desorbed composition to the method for preferential sorption as the target mixture. In this manner, the target substance may be repeatedly enriched or purified.

方法は、脱離した組成物を単離すること、又は標的物質を単離することを更に含み得る。 The method may further include isolating the desorbed composition or isolating the target substance.

事前収着工程
優先的に収着する方法を行う前に、方法は、好適には、膜又は他のそのような濾過デバイスを経由して、標的混合物を予め濾過することを含み得る。そのような事前濾過は、好適には、ある追加の物質、例えば、標的物質及び/又は非標的物質より大きい追加の物質の一部を除去する。
Prior to carrying out the preferential sorption method, the method may include pre-filtering the target mixture, preferably via a membrane or other such filtration device. Such pre-filtration preferably removes some additional substances, e.g., target substances and/or a portion of additional substances larger than non-target substances.

処理された標的混合物の分離又は除去
処理された標的混合物の収着組成物との接触により、分離又は除去することは、好適には、処理された標的混合物を、収着組成物から、好適には流出口を経由して送り出すことを含む。
Separating or Removing the Treated Target Mixture Separating or removing the treated target mixture by contact with the sorption composition preferably comprises pumping the treated target mixture from the sorption composition, preferably via an outlet.

好適には、収着組成物、及び、それに収着される、任意の収着済み組成物は、処理された標的混合物を分離又は除去することの前に、及び/又はその最中に更に冷却され得る。好適には、収着組成物は、処理された標的混合物とは独立して冷却される。収着組成物の冷却は、好適には、収着組成物に収着される、収着済み組成物を維持する(又はその保持性を高める)一方、処理された標的混合物は、除去される(例えば真空下で)。 Preferably, the sorption composition, and any sorbed composition sorbed thereto, may be further cooled prior to and/or during separation or removal of the treated target mixture. Preferably, the sorption composition is cooled independently of the treated target mixture. Cooling the sorption composition preferably maintains (or enhances the retention of) the sorbed composition sorbed on the sorption composition while the treated target mixture is removed (e.g., under vacuum).

脱離
収着済み組成物を、収着組成物から脱離させることは、好適には、昇温及び/又は減圧のいずれか又はその両方を含む。
Desorption Desorbing the sorbed composition from the sorption composition suitably involves either or both elevated temperature and/or reduced pressure.

収着組成物の温度は、収着組成物に関連する温度コントロール機構(例えば収着組成物又は収着デバイスに関連する加熱/冷却要素)及び/又は標的混合物に関連する温度コントロール機構を経由して上昇させることができるが、後者は、低圧ではさほど有効ではないことがある。したがって、脱離させることは、好適には、別途標的混合物に適用され得る別々の加熱/冷却機構を経由した、収着組成物又は収着デバイスへの加熱の直接適用、又は、(接触温度と比較しての)直接昇温を好適には伴う。 The temperature of the sorption composition can be increased via a temperature control mechanism associated with the sorption composition (e.g., a heating/cooling element associated with the sorption composition or sorption device) and/or a temperature control mechanism associated with the target mixture, although the latter may be less effective at low pressures. Therefore, desorption preferably involves the direct application of heat to the sorption composition or sorption device, or a direct temperature increase (compared to the contact temperature), preferably via a separate heating/cooling mechanism that may be separately applied to the target mixture.

脱離は、好適には、少なくとも10K、好適には少なくとも30K、好適には少なくとも40Kの温度の上昇に関与し得る。 Desorption may preferably involve an increase in temperature of at least 10 K, preferably at least 30 K, preferably at least 40 K.

減圧は、真空の生成にしか関与しないことがある。脱離は、好適には、少なくとも1mbar、好適には少なくとも10mbar、好適には少なくとも50mbar、好適には少なくとも200mbar、好適には少なくとも500mbarの減圧(好適には、収着組成物又は収着デバイスの周囲又はそれと接触するある容器又は空隙スペースにおける圧力)に関与し得る。 The reduced pressure may involve only the creation of a vacuum. Desorption may involve a reduced pressure (preferably in some container or void space surrounding or in contact with the sorption composition or sorption device) of preferably at least 1 mbar, preferably at least 10 mbar, preferably at least 50 mbar, preferably at least 200 mbar, preferably at least 500 mbar.

好適には脱離は、処理された標的混合物の分離/除去後に誘発させる。 Preferably, desorption is induced after separation/removal of the treated target mixture.

繰り返し
工程a~cを繰り返すことは、好適には、方法の後続のラウンドにおいて、脱離した組成物を標的混合物として使用して関与し得る。脱離した組成物は、先行するラウンドに使用されるものと、同一の収着組成物(又は収着デバイス)と、又は、異なる収着組成物(又は収着デバイス)と、好適には、装置の異なる部分(例えば、第2の、又は後続の収着ステーション、上記参照)において、接触し得る。好適には、収着済み組成物及び脱離した組成物は、方法の以前のラウンドにおけるものと比較して標的物質が更に富化される。したがって、方法の工程a~cの連続した繰り返しは、好適には、標的物質における収着済み組成物又は脱離した組成物を更に富化し、かつ/又は、最終的に単離される標的物質の純度を更に上昇させる。
Repeating steps a-c may suitably involve using the desorbed composition as the target mixture in a subsequent round of the method. The desorbed composition may be contacted with the same sorption composition (or sorption device) as used in the preceding round, or with a different sorption composition (or sorption device), suitably in a different part of the apparatus (e.g., a second or subsequent sorption station, see above). Suitably, the sorbed and desorbed compositions are further enriched in the target material compared to those in previous rounds of the method. Thus, successive repetitions of steps a-c of the method suitably further enrich the sorbed or desorbed composition in the target material and/or further increase the purity of the ultimately isolated target material.

1つ又は複数の非標的物質を製造する方法、抽出する方法又は精製する方法
本明細書で定義されている、優先的に収着する方法は、標的物質を製造、抽出又は精製するのに使用できるが、同方法は、標的混合物における非標的物質を製造、抽出物、精製、又は富化するのにも使用できる。そのようなシナリオでは、本質的に、優先的な収着は、標的物質を標的混合物から除去し、それにより、処理された標的混合物が非標的物質において富化されたままにする。
Methods for Producing, Extracting, or Purifying One or More Non-Target Substances While the preferential sorption methods defined herein can be used to produce, extract, or purify target substances, the same methods can also be used to produce, extract, purify, or enrich non-target substances in a target mixture. In such a scenario, the preferential sorption essentially removes the target substances from the target mixture, thereby leaving the treated target mixture enriched in the non-target substances.

本発明の態様によれば、1つ又は複数の非標的物質を製造する方法、抽出する方法又は精製する方法(又は、1つ若しくは複数の非標的物質中の混合物を富化する方法)であって、
a.本明細書で定義されている優先的に収着する方法を行って、1つ又は複数の標的物質(及び任意選択で、1つ又は複数の非標的物質)を含む収着済み組成物、及び、1つ又は複数の非標的物質(及び任意選択で、1つ又は複数の標的物質)を含む、処理された標的混合物を得ること、並びに
b.処理された標的混合物を、収着組成物との接触により分離することを含む、方法が提供される。
According to an aspect of the invention, there is provided a method for producing, extracting or purifying one or more non-target substances (or enriching a mixture in one or more non-target substances), comprising:
a. performing a preferential sorption method as defined herein to obtain a sorbed composition comprising one or more target substances (and optionally one or more non-target substances), and a treated target mixture comprising one or more non-target substances (and optionally one or more target substances); and
b. separating the treated target mixture by contact with a sorption composition.

方法は、処理された標的混合物を、標的混合物として優先的に収着する方法に供給することにより、工程a~bを繰り返すことを更に含み得る。この方法で、非標的物質は、処理された標的混合物内で繰り返し富化又は精製され得る。更に、この方法で、「標的物質」は、好適には標的混合物から選択的に除去される。 The method may further include repeating steps a-b by feeding the treated target mixture to a method that preferentially sorbs the target mixture. In this manner, non-target substances may be repeatedly enriched or purified within the treated target mixture. Furthermore, in this manner, the "target substances" are preferably selectively removed from the target mixture.

方法は、処理された標的混合物を単離すること、又は非標的物質を単離することを更に含み得る。 The method may further include isolating the treated target mixture or isolating non-target material.

事前収着工程
優先的に収着する方法を行う前に、方法は、好適には、標的混合物を、好適には、膜又は他のそのような濾過デバイスを経由して、予め濾過することを含み得る。そのような事前濾過は、好適には、ある追加の物質、例えば、標的物質及び/又は非標的物質より大きい追加の物質の部分を除去する。
Prior to carrying out the preferential sorption method, the method may preferably include pre-filtering the target mixture, preferably via a membrane or other such filtration device. Such pre-filtration preferably removes some additional material, e.g., a portion of the additional material that is larger than the target material and/or non-target material.

処理された標的混合物の分離又は除去
処理された標的混合物を、収着組成物との接触により分離又は除去することは、好適には、処理された標的混合物を、収着組成物から、好適には流出口を経由して送り出すことを含む。
Separating or Removing the Treated Target Mixture Separating or removing the treated target mixture by contact with the sorption composition preferably comprises pumping the treated target mixture from the sorption composition, preferably via an outlet.

好適には、収着組成物、及び、収着組成物に収着される、任意の収着済み組成物は、処理された標的混合物を分離又は除去することの前に及び/又はその最中に、更に冷却され得る。好適には、収着組成物は、処理された標的混合物とは独立して冷却される。収着組成物の冷却は、好適には収着組成物に収着される、収着済み組成物を維持する(又はその保持性を高める)一方、処理された標的混合物は、除去される(例えば真空下で)。 Preferably, the sorption composition, and any sorbed composition sorbed onto the sorption composition, may be further cooled prior to and/or during separation or removal of the treated target mixture. Preferably, the sorption composition is cooled independently of the treated target mixture. Cooling the sorption composition preferably maintains (or enhances the retention of) the sorbed composition sorbed onto the sorption composition while the treated target mixture is removed (e.g., under vacuum).

繰り返し
工程a~bを繰り返すことは、好適には、方法の後続のラウンドにおいて、処理された標的混合物を標的混合物として使用して関与し得る。処理された標的混合物は、先行するラウンドに使用されるものと、同一の収着組成物(又は収着デバイス)と、又は、異なる収着組成物(又は収着デバイス)と、好適には、装置の異なる部分(例えば、第2の、又は後続の収着ステーション、上記参照)において、接触し得る。同一の収着組成物(又は収着デバイス)が使用される場合、好適には、任意の収着済み組成物は、そこから脱離して、脱離した組成物を生じ、この組成物は、次いで、収着組成物(又は収着デバイス)との接触、その後、それと、処理された標的混合物との任意の更なる接触により除去される。好適には、処理された標的混合物は、したがって、方法の以前のラウンドにおけるものと比較して、非標的物質が更に富化される。したがって、方法の工程a~bの連続した繰り返しは、好適には、非標的物質における処理された標的混合物を更に富化し、かつ/又は、最終的に単離される非標的物質の純度を更に上昇させる。
Repeating steps a-b may suitably involve using the treated target mixture as the target mixture in a subsequent round of the method. The treated target mixture may be contacted with the same sorption composition (or sorption device) as used in the preceding round, or with a different sorption composition (or sorption device), suitably in a different part of the apparatus (e.g., a second or subsequent sorption station, see above). If the same sorption composition (or sorption device) is used, preferably any sorbed composition is desorbed therefrom to produce a desorbed composition, which is then removed by contact with the sorption composition (or sorption device) and then any further contact thereof with the treated target mixture. Preferably, the treated target mixture is thus further enriched in non-target materials compared to that in the previous round of the method. Successive repetitions of steps a-b of the method therefore suitably further enrich the treated target mixture in non-target materials and/or further increase the purity of the non-target materials that are ultimately isolated.

標的物質を除去する方法
本発明のある態様によれば、1つ又は複数の標的物質を、標的物質及び1つ又は複数の非標的物質を含む、それらから本質的になる、又はそれらからなる標的混合物から除去する方法であって、本明細書で定義されている優先的に収着する方法を行うことを含む方法が提供される。この方法は、1つ又は複数の非標的物質を製造する方法、抽出する方法、又は精製する方法(又は1つ若しくは複数の非標的物質中の混合物を富化する方法)であり得る。そのような方法は、標的物質の除去を最大限にするために繰り返し行われ得る。そのような方法は、例えば、放射性トリチウムを、放射能汚染水から除去することが望ましい場合に特に有用であり、好適には、前記水に電気分解を施して、ガス状水素同位体を生成させ、これに、次いで該当方法を施す。したがって、本発明の別の態様は、トリチウムを放射能汚染水から除去する方法であって、電気分解された水に対して前述の除去する方法を行うことを含む、方法を提供する。
Methods for Removing Target Materials According to one aspect of the present invention, there is provided a method for removing one or more target materials from a target mixture comprising, consisting essentially of, or consisting of the target materials and one or more non-target materials, comprising performing a preferential sorption method as defined herein. The method may be a method for producing, extracting, or purifying one or more non-target materials (or a method for enriching a mixture in one or more non-target materials). Such a method may be performed repeatedly to maximize removal of target materials. Such a method is particularly useful, for example, when it is desired to remove radioactive tritium from radioactively contaminated water, preferably by subjecting the water to electrolysis to produce gaseous hydrogen isotopes, which are then subjected to the method. Accordingly, another aspect of the present invention provides a method for removing tritium from radioactively contaminated water, comprising subjecting the electrolyzed water to the aforementioned removal method.

組成物及び化合物
本発明のある態様によれば、収着化合物を含む収着組成物が提供される。収着組成物は、いくつかの実施形態では、収着化合物からなり得る、又はそれから本質的になり得る。
Compositions and Compounds According to certain aspects of the present invention, there are provided sorption compositions comprising sorption compounds. The sorption compositions, in some embodiments, can consist of or consist essentially of the sorption compounds.

好ましくは、収着組成物は、共結晶化化合物を更に含む。収着組成物は、いくつかの実施形態では、収着化合物及び共結晶化化合物からなり得る、又はそれらから本質的になり得る。 Preferably, the sorption composition further comprises a co-crystallized compound. In some embodiments, the sorption composition can consist of, or consist essentially of, the sorption compound and the co-crystallized compound.

共結晶化化合物は、共結晶化は、収着化合物と異なる化合物であるという条件で、収着化合物と同一分類の化合物であり得る。 The co-crystallized compound may be a compound of the same class as the sorption compound, provided that the co-crystallized compound is a different compound from the sorption compound.

好ましくは、収着組成物は、共結晶を含み、好適には、共結晶は、共結晶化化合物と共結晶化される収着化合物を含む。収着組成物は、いくつかの実施形態では、共結晶からなり得る、又はそれから本質的になり得る。 Preferably, the sorption composition comprises a co-crystal, and suitably the co-crystal comprises a sorption compound co-crystallized with a co-crystallizing compound. In some embodiments, the sorption composition can consist of, or consist essentially of, the co-crystal.

本発明のある態様によれば、共結晶組成物が提供される。共結晶組成物は、好適には、本明細書で定義されている共結晶を含む、又はそれからなる。収着組成物は、共結晶組成物であり得、その逆もまた同様である。 According to one aspect of the present invention, a co-crystal composition is provided. The co-crystal composition preferably comprises or consists of a co-crystal as defined herein. A sorption composition can be a co-crystal composition, and vice versa.

収着化合物及び/又は共結晶化化合物以外に、収着組成物は、好適には、いかなる他の収着剤材料も含まない。実際に、収着組成物は、好適には、非標的物質又は追加の物質を収着することが可能ないかなる他の収着剤材料も含まない。 Other than the sorption compound and/or co-crystallized compound, the sorption composition preferably does not include any other sorbent materials. Indeed, the sorption composition preferably does not include any other sorbent materials capable of sorbing non-target or additional substances.

収着化合物及び/又は共結晶化化合物以外に、収着組成物は、好適には、とりわけ該当接触温度において、標的物質を収着することが可能ないかなる他の収着剤材料も含まない。しかし、いくつかの実施形態では、収着組成物は、標的物質を収着することが可能な追加の収着剤材料を含み得る。追加の収着剤材料は、該当接触温度において標的物質を収着することが可能であり、好適には、それにより任意選択で、収着化合物(又は共結晶)と異なる選択性を呈する、代替収着剤の細孔が得られる。そのような追加の収着剤材料は、任意選択で、収着化合物及び/又は共結晶化化合物と共結晶化され得る。追加の収着剤材料は、該当接触温度より高い温度、及び/又は該当接触圧力より低い圧力において、標的物質を収着する収着化合物、共結晶化化合物及び/又は共結晶より有能なことがあり(例えば相対的な収着容量/体積について)、好適には、それにより、標的物質の収着組成物内における一時的な保持性を上昇させるが、処理された標的混合物は、そこから分離する。 Other than the sorption compound and/or co-crystallized compound, the sorption composition preferably does not include any other sorbent material capable of sorbing the target substance, particularly at the contact temperature. However, in some embodiments, the sorption composition may include an additional sorbent material capable of sorbing the target substance. The additional sorbent material is capable of sorbing the target substance at the contact temperature, preferably resulting in alternative sorbent pores that optionally exhibit different selectivity than the sorption compound (or co-crystal). Such additional sorbent material may optionally be co-crystallized with the sorption compound and/or co-crystal. The additional sorbent material may be more capable (e.g., in terms of relative sorption capacity/volume) of sorbing the target substance at temperatures above the contact temperature and/or pressures below the contact pressure, preferably thereby increasing the temporary retention of the target substance within the sorption composition while separating the treated target mixture therefrom.

収着組成物は、追加の非収着剤材料を含み得る。 The sorption composition may include additional non-sorbent materials.

収着組成物は、流動性が高く、好適には結晶性の固体であり得る。しかし、収着組成物は、顆粒として製剤化され得る。収着組成物は、圧縮され得る。収着組成物は、膜又はフィルムとして製剤化され得る。 The sorption composition may be a highly flowable, preferably crystalline, solid. However, the sorption composition may also be formulated as granules. The sorption composition may be compressed. The sorption composition may also be formulated as a membrane or film.

収着化合物
収着化合物は、好適には収着化合物が細孔を含むことから、好適には多孔性化合物である。多孔性化合物は、好適には、細孔を生じる固体状態で詰められている多孔性分子を有し、収着化合物は、好適には、固体状態の多孔性を呈する。細孔は、好適には、液体及び/又はガス、最も好適にはガスに透過性である。
Sorption Compound The sorption compound is preferably a porous compound, as the sorption compound preferably comprises pores. The porous compound preferably has porous molecules packed in the solid state which create the pores, and the sorption compound preferably exhibits solid-state porosity. The pores are preferably permeable to liquids and/or gases, most preferably gases.

収着化合物は、好適には、多次元(少なくとも2次元、好ましくは3次元)に相互接続した(好適には、相互接続した空隙を経由した)多孔性ネットワークを含む。そのような細孔は、好適には無秩序又は非効率的な充填(おそらく「使いにくい」分子構造のため)から、又は、低密度結晶構造にエネルギー的に有利に働く、事前に配置された(predisposed)分子間の相互作用(例えば静電気、二極性、水素結合)から生じる外部細孔であり得る。外部細孔は、それら自体の個々の分子内における細孔ではなく、隣接する分子間の細孔である。或いは、そのような細孔は、好適にはそれら自体の多孔性分子内の空洞から生じる内在細孔であり得、そのような内在空隙は、全体の結晶構造から独立している、又は、少なくとも、外部細孔又は空隙よりもそれに依存していない。内在細孔は、多孔性ケージにおいて生じる傾向があり、変化しない空隙を有する分子は、その固有の分子構造内に限局している。「ウィンドウ」は、細孔へのアクセスポイントを画定し、本明細書で、細孔径又は空洞サイズについて示されているある大きさは、任意選択で、ウィンドウの大きさを指し得る。多孔性化合物は、内在及び/又は外部細孔(又は空隙)のいずれか又はその両方を含み得、又はそれからなり得る。 The sorption compound preferably comprises a multidimensional (at least two, preferably three) interconnected porous network, preferably via interconnected voids. Such pores may preferably be external pores arising from disordered or inefficient packing (perhaps due to an "unwieldy" molecular structure) or from predisposed intermolecular interactions (e.g., electrostatic, dipolar, hydrogen bonding) that energetically favor a low-density crystalline structure. External pores are pores between adjacent molecules rather than within their own individual molecules. Alternatively, such pores may preferably be intrinsic pores arising from cavities within the porous molecules themselves, such intrinsic voids being independent of the overall crystalline structure, or at least less dependent thereon than are the external pores or voids. Intrinsic pores tend to occur in porous cages, where molecules with invariant voids are confined within their own molecular structure. A "window" defines an access point to a pore, and certain dimensions given herein for pore diameter or cavity size may optionally refer to the window size. A porous compound may include or consist of either or both internal and/or external pores (or voids).

収着化合物は、好適には、少なくとも1つの内部空洞を含む。内部空洞は、好ましくは化学的に修飾可能であり、又は他に、前駆体化合物の同内部空洞を化学的に修飾することにより、例えば、内部空洞内に位置する修飾可能な基を官能基化することにより形成される。 The sorption compound preferably comprises at least one internal cavity. The internal cavity is preferably chemically modifiable or is otherwise formed by chemically modifying the same internal cavity of a precursor compound, for example, by functionalizing a modifiable group located within the internal cavity.

収着化合物は、好適には、金属有機骨格(MOF)、多孔性配位ポリマー(PCP)、共有結合性有機骨格(COF)、又は多孔性有機ポリマー(POP)以外の多孔性化合物である。収着化合物は、好適には、水素結合有機骨格(HOF)以外である。収着化合物は、好適には、分子の構成成分が、強力な共有結合及び/又は配位(例えば供与)結合により一緒に結び付く拡張固体として特徴付けられるもの以外の多孔性化合物である。 The sorption compound is preferably a porous compound other than a metal-organic framework (MOF), a porous coordination polymer (PCP), a covalent organic framework (COF), or a porous organic polymer (POP). The sorption compound is preferably other than a hydrogen-bonded organic framework (HOF). The sorption compound is preferably a porous compound other than one characterized as an extended solid in which the molecular components are held together by strong covalent and/or coordinate (e.g., dative) bonds.

収着化合物は、好ましくは、多孔性有機ケージ(POC)である。任意の好適な POCを使用できる。 The sorption compound is preferably a porous organic cage (POC). Any suitable POC can be used.

収着化合物は、好適には可溶性である。収着化合物は、有機溶媒中で好適には可溶性、自在に可溶性又はきわめて可溶性である。収着化合物は、極性有機溶媒中で好適には可溶性、自在に可溶性又はきわめて可溶性である。収着化合物は、極性非プロトン性有機溶媒中で好適には可溶性、自在に可溶性又はきわめて可溶性である。収着化合物は、極性プロトン性有機溶媒中で好適には可溶性、自在に可溶性又はきわめて可溶性である。収着化合物は、メタノール、クロロホルム、ジクロロメタン、テトラヒドロフラン(THF)、ジメチルホルムアミド(DMF)及び/又はN-メチル-2-ピロリドン(NMP)中で好適には可溶性、自在に可溶性又はきわめて可溶性である。収着化合物(また、関連する場合は共結晶化化合物)は、例えば、周囲の(すなわち溶媒と界面接触する)基の適正な官能基化を介して、好ましい溶媒(水を含む)中の溶解度に調整でき、例えば、水溶解度を上昇させるために、多孔性有機ケージの周囲は、極性、プロトン性、イオン化可能又はイオン化/イオン性基で官能基化できる。 The sorption compound is preferably soluble. The sorption compound is preferably soluble, freely soluble, or very soluble in organic solvents. The sorption compound is preferably soluble, freely soluble, or very soluble in polar organic solvents. The sorption compound is preferably soluble, freely soluble, or very soluble in polar aprotic organic solvents. The sorption compound is preferably soluble, freely soluble, or very soluble in polar protic organic solvents. The sorption compound is preferably soluble, freely soluble, or very soluble in methanol, chloroform, dichloromethane, tetrahydrofuran (THF), dimethylformamide (DMF), and/or N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). The sorption compound (and, where relevant, the co-crystallized compound) can be tailored for solubility in a preferred solvent (including water) through, for example, appropriate functionalization of the surrounding (i.e., interfacially contacting) groups; for example, to increase aqueous solubility, the periphery of the porous organic cage can be functionalized with polar, protic, ionizable, or ionized/ionic groups.

収着化合物は、4.5から35の間の誘電率(SATPとして)を有する溶媒中で好適には可溶性、自在に可溶性又はきわめて可溶性である。収着化合物は、クロロホルム中で好適には可溶性、自在に可溶性又はきわめて可溶性である。収着化合物は、メタノール中で好適には可溶性、自在に可溶性又はきわめて可溶性。 The sorption compound is preferably soluble, freely soluble, or very soluble in a solvent having a dielectric constant (as SATP) between 4.5 and 35. The sorption compound is preferably soluble, freely soluble, or very soluble in chloroform. The sorption compound is preferably soluble, freely soluble, or very soluble in methanol.

多孔性有機ケージ
POCは、共有結合ケージである。POCは、少なくとも1つの、潜在的に単一の内部空洞を有する(例えば、ケージ分子当たり少なくとも1つの空洞、潜在的に単一の空洞)。POCは、好適には結晶性POCに結晶化できる。
Porous organic cages
The POC is a covalently bonded cage. The POC has at least one, potentially a single, internal cavity (e.g., at least one cavity per cage molecule, potentially a single cavity). The POC is preferably capable of crystallizing into a crystalline POC.

ケージ分子は、好適には、その内部(内在)空洞によって外部からの多孔性分子と区別される。好適には、しかし、POCは、キャビタンド(例えばククルビットウリル)及びクリプトファンを排除する。POCは、好適には大環ではなくケージである。POCは、好適には、金属原子又は金属イオンを含まない。 Cage molecules are preferably distinguished from external porous molecules by their internal (intrinsic) cavity. Preferably, however, POCs exclude cavitands (e.g., cucurbiturils) and cryptophanes. POCs are preferably cages rather than macrocycles. POCs preferably do not contain metal atoms or metal ions.

多孔性有機ケージ(POC)は、内部空洞を有する個別の分子であり、これは、一般的には結晶化して、多孔性固体を形成し、その多孔性構造は、好適には分子の内部空洞及び結晶充填により決定する。細孔構造の微調整は、したがって、望ましくは、全体の結晶充填に有意に影響を与えることなく分子内部への修飾に関与する。したがって、分子内部への修飾は、好適には、全体のケージ形状及び/又はケージの大きさに有意に影響を及ぼさない。 Porous organic cages (POCs) are individual molecules with internal cavities that typically crystallize to form porous solids, with the pore structure preferably determined by the internal cavities and crystalline packing of the molecules. Fine-tuning of the pore structure therefore preferably involves modifications to the interior of the molecule without significantly affecting the overall crystalline packing. Therefore, modifications to the interior of the molecule preferably do not significantly affect the overall cage shape and/or cage size.

多孔性有機ケージは、好適には形状持続性であり、例えば、これらは、好適には崩壊(例えば細孔崩壊)しにくい。 The porous organic cages are preferably shape-persistent, e.g., they are preferably resistant to collapse (e.g., pore collapse).

以下で言及されている、実施例セクションにおける概説記事(Hasell, T.、Cooper, A. Porous organic cages: soluble, modular and molecular pores. Nat Rev Mater 1、16053(2016年).https://doi.org/10.1038/natrevmats.2016.53)のように、POCは、好適には、イミンケージ、ジアミンケージ(好ましくは構造的に安定化したジアミンケージ、例えば官能基化ジアミンケージ)、トリプチセンケージ、炭素-炭素ケージ、ホウ素エステルケージ、ポルフィリンボックスケージ、アルキンメタセシスケージ、連鎖ケージ、ケージMOF、モジュラーケージ共結晶、多孔性有機合金、四重連鎖ケージ、多孔性液体及びそれらの任意の組合せからなる群から選択される。好適には、POCは、[4+6]イミンケージ、[8+12]イミンケージ、ジアミンケージ(好ましくは構造的に安定化したジアミンケージ、例えば官能基化ジアミンケージ)、トリプチセンケージ、炭素-炭素ケージ、[8+12]ホウ素エステルケージ、ポルフィリンボックスケージ、[4+6]アルキンメタセシスケージ、連鎖ケージ、ケージMOF、モジュラーケージ共結晶、多孔性有機合金、四重連鎖ケージ、多孔性液体及びそれらの任意の組合せからなる群から選択される。 As per the review article in the Examples section mentioned below (Hasell, T., Cooper, A. Porous organic cages: soluble, modular and molecular pores. Nat Rev Mater 1, 16053 (2016). https://doi.org/10.1038/natrevmats.2016.53), the POC is preferably selected from the group consisting of imine cages, diamine cages (preferably structurally stabilized diamine cages, e.g. functionalized diamine cages), triptycene cages, carbon-carbon cages, boron ester cages, porphyrin box cages, alkyne metathesis cages, linked cages, cage MOFs, modular cage cocrystals, porous organic alloys, quadruple linked cages, porous liquids and any combination thereof. Preferably, the POC is selected from the group consisting of a [4+6] imine cage, an [8+12] imine cage, a diamine cage (preferably a structurally stabilized diamine cage, e.g., a functionalized diamine cage), a triptycene cage, a carbon-carbon cage, an [8+12] boron ester cage, a porphyrin box cage, a [4+6] alkyne metathesis cage, a linked cage, a cage MOF, a modular cage cocrystal, a porous organic alloy, a quadruple linked cage, a porous liquid, and any combination thereof.

POCの内部空洞は、好ましくは化学的に修飾可能であり(例えば、空洞内に存在する化学構造又は官能基を修飾するために)、かつ/又は、前駆体化合物の同一の内部空洞を化学的に修飾することにより、例えば内部空洞内に位置する修飾可能な基を官能基化することにより、形成される。したがって、POCは、前駆体化合物及びその任意の官能基化への言及により定義され得る。前駆体化合物は、好適には、内部空洞の官能基化を除いて収着化合物と同一である、すなわち収着化合物は、内部空洞の官能基化によりその前駆体化合物と識別される。 The internal cavity of a POC is preferably chemically modifiable (e.g., to modify the chemical structure or functional groups present within the cavity) and/or formed by chemically modifying the same internal cavity of a precursor compound, e.g., by functionalizing modifiable groups located within the internal cavity. Thus, a POC can be defined by reference to the precursor compound and any functionalization thereof. The precursor compound is preferably identical to the sorption compound except for the functionalization of the internal cavity, i.e., the sorption compound is distinguished from its precursor compound by the functionalization of the internal cavity.

POCの内部空洞は、好適には、官能基化された内部空洞であり、この空洞は、好適には、1個又は複数の官能基化された基(すなわち、1個又は複数の対応する予め官能基化された基に由来する1個又は複数の基)、又は、好適には、2個以上の官能基化された基若しくは官能基化された基のセット(例えばペア)を含む官能基化された基のセット(例えばペア)を含む。官能基化された内部空洞は、ホモ官能基化され得る(例えば、同一の手段で官能基化されているすべての官能基化された基で、好適には同一の官能基で)、又はヘテロ官能基化され得る(例えば、異なる手段で官能基化されている官能基化された基で、好適には異なる官能基で)。 The internal cavity of the POC is preferably a functionalized internal cavity, which preferably contains one or more functionalized groups (i.e., one or more groups derived from one or more corresponding pre-functionalized groups), or preferably a set (e.g., pair) of functionalized groups comprising two or more functionalized groups or sets (e.g., pairs) of functionalized groups. The functionalized internal cavity can be homofunctionalized (e.g., with all functionalized groups functionalized by the same means, preferably with the same functional group), or heterofunctionalized (e.g., with functionalized groups functionalized by different means, preferably with different functional groups).

POCの内部空洞は、好適には、予め官能基化された内部空洞(それ自体が部分的に官能基化されていることがある)に由来し、好適には、予め官能基化された内部空洞の官能基化を経由する、好適には官能基化された内部空洞である。予め官能基化された内部空洞は、多彩な手段で官能基化して、望ましい官能基化された内部空洞を得ることができることは当業者により理解される。 The internal cavity of the POC is preferably derived from a pre-functionalized internal cavity (which may itself be partially functionalized), preferably via functionalization of a pre-functionalized internal cavity, preferably a functionalized internal cavity. It will be understood by those skilled in the art that a pre-functionalized internal cavity can be functionalized by a variety of means to obtain a desired functionalized internal cavity.

予め官能基化された内部空洞は、好適には、1個若しくは複数の官能基化可能な基(例えば、反応性基、例として反応性ヘテロ原子、例としてアミン基、ヒドロキシ基を含む、又は、反応性炭素原子、例としてカルボキシレート、ケトン、アルデヒド、イミンを含む反応性基を含む、官能基化可能な基)、又は、官能基化可能な基の1つ若しくは複数のセット(例えばペア)(例えばジアミンのペア)を含む。予め官能基化された内部空洞は、好適には、2個以上の官能基化可能な基(例えば、反応性ヘテロ原子、例としてアミン基、ヒドロキシ基を含む、又は、反応性炭素原子、例えばカルボキシレート、ケトン、アルデヒド、イミンを含む官能基化可能な基)、又は、官能基化可能な基の2つ以上のセット(例えばペア)(例えばジアミンのペア)を含む。前記官能基化可能な基の1個又は複数(必ずしもすべてではない)は、好適には、生じたPOCの官能基化された内部空洞で官能基化されている。そのような官能基化可能な基は、とりわけこれらが反応性ヘテロ原子(例えばアミン基又はジアミン基)を含む場合、好適には、アルキル化、アシル化、アセタール化、ヘミアセタール化、アミナール化、及び/又はヘミアミナール化を経由して官能基化される。そのような官能基化可能な基は、とりわけこれらが反応性炭素原子を含む場合(例えばカルボキシレート基、ケトン、アルデヒド、イミン)、好適にはエステル化、アミド化、アセタール化、ヘミアセタール化、アミナール化及び/又はヘミアミナール化を経由して官能基化される。 The pre-functionalized internal cavity preferably contains one or more functionalizable groups (e.g., a functionalizable group containing a reactive heteroatom, e.g., an amine group or a hydroxyl group, or a reactive carbon atom, e.g., a carboxylate, a ketone, an aldehyde, or an imine) or one or more sets (e.g., pairs) of functionalizable groups (e.g., a diamine pair). The pre-functionalized internal cavity preferably contains two or more functionalizable groups (e.g., a functionalizable group containing a reactive heteroatom, e.g., an amine group or a hydroxyl group, or a reactive carbon atom, e.g., a carboxylate, a ketone, an aldehyde, or an imine) or two or more sets (e.g., pairs) of functionalizable groups (e.g., a diamine pair). One or more (but not necessarily all) of the functionalizable groups are preferably functionalized in the resulting functionalized internal cavity of the POC. Such functionalizable groups, particularly those containing reactive heteroatoms (e.g., amine or diamine groups), are preferably functionalized via alkylation, acylation, acetalization, hemiacetalization, aminalization, and/or hemiaminalization. Such functionalizable groups, particularly those containing reactive carbon atoms (e.g., carboxylate groups, ketones, aldehydes, imines), are preferably functionalized via esterification, amidation, acetalization, hemiacetalization, aminalization, and/or hemiaminalization.

ホモ官能基化された内部空洞では、官能基化された基のすべてが、同一の手段で官能基化されるが、必ずしもすべての官能基化可能な基が官能基化される必要はない。例えば、ホモ官能基化された内部空洞は、一部(少なくとも2個)であるが、すべてではないジアミンのペアが、同一のアルデヒド又はケトンでのシクロ-アミナール化(すなわち環式アミナールを形成するために)により、同じく官能基化されるポリジアミン配置を含み得る。 In a homofunctionalized interior cavity, all of the functionalized groups are functionalized by the same means, but not necessarily all functionalizable groups. For example, a homofunctionalized interior cavity may include a polydiamine configuration in which some (at least two), but not all, diamine pairs are identically functionalized by cycloaminalization (i.e., to form cyclic aminals) with the same aldehyde or ketone.

ヘテロ官能基化された内部空洞では、官能基化された基の一部は、異なる手段で他の官能基化された基に官能基化されるが、必ずしもすべての官能基化可能な基が官能基化される必要はない。例えば、ヘテロ官能基化された内部空洞は、一部(少なくとも2個)であるが、すべてではないジアミンのペアが、シクロ-アミナール化(すなわち環式アミナールを形成するために)により、官能基化されるが、少なくとも1つのジアミンペアが、異なるアルデヒド又はケトンで別のジアミンペアに官能基化されるポリジアミン配置を含み得る。 In a heterofunctionalized interior cavity, some of the functionalized groups are functionalized to other functionalized groups by different means, but not all functionalizable groups need to be functionalized. For example, a heterofunctionalized interior cavity may include a polydiamine configuration in which some (at least two), but not all, diamine pairs are functionalized by cycloaminalization (i.e., to form cyclic aminals), but at least one diamine pair is functionalized to another diamine pair with a different aldehyde or ketone.

いくつかの実施形態では、内部空洞の官能基化可能な基のすべては、官能基化される。しかし、他の実施形態では、内部空洞の、一部であるがすべてではない官能基化可能な基は、官能基化され、例えば、内部空洞は、部分的に官能基化され得る(例えば部分的に官能基化された内部空洞)。 In some embodiments, all of the functionalizable groups in the internal cavity are functionalized. However, in other embodiments, some, but not all, of the functionalizable groups in the internal cavity are functionalized; for example, the internal cavity can be partially functionalized (e.g., a partially functionalized internal cavity).

前駆体化合物を官能基化して、収着化合物を最終的に形成することは、官能基化可能な基の1個、一部又はすべての官能基化する指示に関与し得る。しかし、いくつかの実施形態では、官能基化は、官能基化可能な基の1個又は複数を一時的に官能基化(保護)して、一時的に官能基化された基を形成すること、1個又は複数の他の官能基化可能な基を官能基化して、変化しない官能基化された基を形成すること、一時的に官能基化された基を脱官能基化して(又は脱保護して)、脱官能基化された基を形成すること、及び任意選択で、脱官能基化された基を官能基化して、他の変化しない官能基化された基を形成すること(任意選択で、同一の手段又は異なる手段、好ましくは異なる手段で、他の変化しない官能基化された基に官能基化される)に関与し得る。 Functionalizing a precursor compound to ultimately form a sorption compound can involve directing functionalization of one, some, or all of the functionalizable groups. However, in some embodiments, functionalization can involve temporarily functionalizing (protecting) one or more of the functionalizable groups to form temporary functionalized groups, functionalizing one or more other functionalizable groups to form permanent functionalized groups, defunctionalizing (or deprotecting) the temporary functionalized groups to form defunctionalized groups, and optionally functionalizing the defunctionalized groups to form other permanent functionalized groups (optionally functionalized to other permanent functionalized groups by the same or different means, preferably different means).

官能基化は、好適には、1つ又は複数の官能基化物質(又は化合物)での、官能基化可能な基の官能基化に関与する。ホモ官能基化される実施形態では、そのような官能基化は、好適には、単一の官能基化物質のみに関与する。ヘテロ官能基化される実施形態(又は一時的な官能基化/保護に関与する実際の実施形態)では、そのような官能基化は、好適には、2つ以上の官能基化物質に関与し得る。2つ以上の官能基化物質が使用されることになる場合、これらは、独立して、本明細書で定義されている任意の官能基化物質から選択され得る(例えば以下参照、2つ以上の異なる分子連結又は分子連結化合物が組み込まれ得る)。 Functionalization preferably involves functionalization of the functionalizable group with one or more functionalizing substances (or compounds). In homofunctionalized embodiments, such functionalization preferably involves only a single functionalizing substance. In heterofunctionalized embodiments (or indeed embodiments involving temporary functionalization/protection), such functionalization may preferably involve two or more functionalizing substances. When two or more functionalizing substances are to be used, these may be independently selected from any of the functionalizing substances defined herein (e.g., see below; two or more different molecular linkages or molecular linker compounds may be incorporated).

収着化合物を形成する、前駆体化合物の官能基化は、好適には、以下の工程
i)1個又は複数の官能基化可能な基(又は、官能基化可能な基の1つ若しくは複数のセット若しくはペア)を、第1の官能基化物質で官能基化して、1個又は複数の第1の官能基化された基を得る工程、
ii)1個又は複数の他の官能基化可能な基(又は、官能基化可能な基の1つ若しくは複数の他のセット若しくはペア)を、第2の官能基化物質で官能基化して、1個又は複数の第2の官能基化された基を得る工程、
iii)第1の官能基化された基の1個又は複数を脱官能基化して(又は脱保護して)、好適には、再生される官能基化可能な基に対応する、1個又は複数の第1の脱官能基化された基を得る工程、
iv)第1の脱官能基化された基の1個又は複数を、任意選択で、第1又は第2の官能基化物質のいずれかと同一である、又はそれと異なる第3の官能基化物質で再度官能基化して、1個又は複数の第3の官能基化された基を得る工程、
v)第2の官能基化された基の1個又は複数を脱官能基化して(又は脱保護して)、好適には、再生される官能基化可能な基に対応する、1個又は複数の第2の脱官能基化された基を得る工程、
vi)第2の脱官能基化された基の1個又は複数を、任意選択で、第1、第2又は第3の官能基化物質のいずれかと同一である、又はそれと異なる官能基化物質で再度官能基化して、1個又は複数の第4の官能基化された基を得る工程の1つ又は複数を含み得る。
The functionalization of the precursor compound to form the sorption compound preferably comprises the steps of:
i) functionalizing one or more functionalizable groups (or one or more sets or pairs of functionalizable groups) with a first functionalizing agent to obtain one or more first functionalized groups;
ii) functionalizing one or more other functionalizable groups (or one or more other sets or pairs of functionalizable groups) with a second functionalizing agent to obtain one or more second functionalized groups;
iii) defunctionalizing (or deprotecting) one or more of the first functionalized groups to obtain one or more first defunctionalized groups, preferably corresponding to the functionalizable groups to be regenerated;
iv) optionally re-functionalizing one or more of the first defunctionalized groups with a third functionalizing agent that is the same as or different from either the first or second functionalizing agent to obtain one or more third functionalized groups;
v) defunctionalizing (or deprotecting) one or more of the second functionalized groups to obtain one or more second defunctionalized groups, preferably corresponding to the functionalizable groups to be regenerated;
vi) optionally re-functionalizing one or more of the second defunctionalized groups with a functionalizing agent that is the same as or different from any of the first, second, or third functionalizing agents to obtain one or more fourth functionalized groups.

好ましくは、前駆体化合物の官能基化は、少なくとも工程i)、また、いくつかの実施形態では、工程i)のみ(工程i)~vi)の)を含んで、それにより、単一の官能基化物質から形成されるホモ官能基化された収着化合物を得る。 Preferably, functionalization of the precursor compound includes at least step i), and in some embodiments, only step i) (steps i) through vi), thereby obtaining a homo-functionalized sorption compound formed from a single functionalizing material.

ある実施形態では、前駆体化合物の官能基化は、少なくとも工程i)及びii)、また、いくつかの実施形態では工程i)及びii)のみ(工程i)~vi)の)を含んで、それにより、2つの異なる官能基化物質から形成されるヘテロ官能基化された収着化合物を得る。 In some embodiments, functionalization of the precursor compound includes at least steps i) and ii), and in some embodiments, only steps i) and ii) (steps i) through vi) to obtain a heterofunctionalized sorption compound formed from two different functionalizing materials.

ある実施形態では、前駆体化合物の官能基化は、少なくとも工程i)、ii)及びiii)、また、いくつかの実施形態では工程i)、ii)及びiii)のみ(工程i)~vi)の)を含んで、それにより、単一の官能基化物質から形成されるホモ官能基化された収着化合物を得る(好適にはさほど官能基化されず、場合により、同一の官能基化物質を用いて工程i)にのみ関与する、対応する方法より空洞サイズが小さくても)。 In some embodiments, functionalization of the precursor compound includes at least steps i), ii), and iii), and in some embodiments, only steps i), ii), and iii) (steps i) through vi), thereby obtaining a homo-functionalized sorption compound formed from a single functionalizing substance (preferably less functionalized, and possibly with a smaller cavity size than a corresponding method involving only step i) using the same functionalizing substance).

ある実施形態では、前駆体化合物の官能基化は、少なくとも工程i)、ii)、iii)及びiv)、また、いくつかの実施形態では、工程i)、ii)、iii)及びiv)のみ(工程i)~vi)の)を含んで、それにより、2つの異なる官能基化物質から形成されるヘテロ官能基化された収着化合物(第2及び第3の官能基化物質)を得る。そのような実施形態では、工程i)は、保護する工程として作用し、第1の官能基化物質を、後に工程iii)で除去される保護基として導入する。 In some embodiments, functionalization of the precursor compound includes at least steps i), ii), iii), and iv), and in some embodiments, only steps i), ii), iii), and iv) (steps i) through vi), thereby obtaining a heterofunctionalized sorption compound formed from two different functionalized substances (second and third functionalized substances). In such embodiments, step i) acts as a protecting step, introducing the first functionalized substance as a protecting group that is subsequently removed in step iii).

いくつかの実施形態では、第2の官能基化も保護する工程であり、そのような実施形態が、工程i)~v)のすべて又は工程i)~vi)のすべてを含み得る場合、更なる微調整を行ってよい。 In some embodiments, further refinement may be performed where the second functionalization is also a protecting step, and such embodiments may include all of steps i) through v) or all of steps i) through vi).

前述の方法の工程は、繰り返して更に微調整できる。 The steps of the above method can be repeated to further refine the results.

内部空洞の官能基化可能な基は、好適には、適正に官能基化して、望ましい空洞サイズが得られる。したがって、内部空洞を官能基化することは、好適には内部空洞及び/又は空洞サイズ(及び/又は空洞ウィンドウの大きさ)の微調整を構成する。 The functionalizable groups of the internal cavity are preferably appropriately functionalized to obtain the desired cavity size. Therefore, functionalizing the internal cavity preferably constitutes fine-tuning of the internal cavity and/or cavity size (and/or cavity window size).

収着化合物に対する前駆体(又は親)化合物は、その予め官能基化された内部空洞の観点から、好適には、その官能基化される誘導体のいずれかの最大空洞サイズを定義する。したがって、好適には、前駆体化合物の内部空洞の官能基化可能な基は、官能基化して、内部空洞サイズをより小さくできる。したがって、官能基化は、好適には、官能基化可能な基に添加することに関与する。好適には、官能基化は、官能基化可能な基(他に「反応性部分」又は「反応性単位」として本明細書で公知)と、官能基化物質/化合物(他に「反応可能な部分」又は「反応可能な単位」として本明細書で公知)を反応させることに関与する。例として、官能基化可能な基は、反応性部分、例えばジアミン部分を含む反応性単位の一部であり得、又はそれであり、官能基化物質は、反応可能な部分(例えばカルボニル基)を有する反応可能な単位、例えばアルデヒド(例えばホルムアルデヒド)であり得、官能基化可能な基は、官能基化物質と反応して、ホルムアルデヒドで連結しているアミナールを生じることができる。好適な前駆体化合物は、官能基化を経由して微調整を可能にして、望ましい空洞サイズを得るために用意され得る。したがって、前駆体化合物の内部空洞サイズは、望ましいサイズ削減に対処するのに十分な大きさであり得る。その一方で、前駆体化合物は、適切な大きさの官能基化物質で官能基化して、望ましい大きさを有する内部空洞を得ることができる。 The precursor (or parent) compound to the sorption compound preferably defines the maximum cavity size of any of its functionalized derivatives in terms of its pre-functionalized internal cavity. Therefore, the functionalizable groups of the internal cavity of the precursor compound can preferably be functionalized to reduce the internal cavity size. Therefore, functionalization preferably involves adding functionalizable groups. Preferably, functionalization involves reacting functionalizable groups (otherwise known herein as "reactive moieties" or "reactive units") with a functionalizing substance/compound (otherwise known herein as "reactive moieties" or "reactive units"). For example, the functionalizable group can be part of or is a reactive unit containing a reactive moiety, such as a diamine moiety, and the functionalizing agent can be a reactive unit having a reactive moiety (e.g., a carbonyl group), such as an aldehyde (e.g., formaldehyde), which can react with the functionalizing agent to produce a formaldehyde-linked aminal. Suitable precursor compounds can be prepared to allow fine tuning via functionalization to obtain a desired cavity size. Thus, the interior cavity size of the precursor compound can be large enough to accommodate the desired size reduction. Alternatively, the precursor compound can be functionalized with a functionalizing agent of appropriate size to obtain an interior cavity having a desired size.

前駆体化合物は、好適には、1つ又は複数の反応性単位を含み、その単位のそれぞれは、1つ又は複数の(好ましくは2つ以上の、最も好ましくは2つの)異なる反応性部分(例えばアミン部分)を含み得る。前駆体化合物は、好適には、複数の反応性単位を含み、好適には、その結果、前駆体化合物は、少なくとも6つの反応性部分(例えばアミン基、又は半分の数のジアミン基)、好適には少なくとも10、好適には多くとも40、好適には多くとも20、最も好適には12の反応性部分を含む。反応性単位そのものは、好適には連係するリンカー単位を経由して、好適には共有結合で結び付く。 The precursor compound preferably comprises one or more reactive units, each of which may comprise one or more (preferably two or more, most preferably two) different reactive moieties (e.g., amine moieties). The precursor compound preferably comprises multiple reactive units, such that the precursor compound preferably comprises at least six reactive moieties (e.g., amine groups, or half as many diamine groups), preferably at least 10, preferably at most 40, preferably at most 20, and most preferably 12 reactive moieties. The reactive units themselves are preferably linked, preferably by covalent bonds, via associated linker units.

反応性単位は、一緒に結び付いて、以下を形成し得る
開鎖、但し、1つ又は複数の環系(例えば炭素環式、アリール、ヘテロ環式、ヘテロアリール)を、任意選択で反応性単位、リンカーのメンバーとして、又は任意選択のその置換基として任意選択で含有する鎖、
やはり任意選択で上記のように1つ又は複数の環系を含有する大環、並びに/又は、
やはり任意選択で上記のように1つ又は複数の環系を含有するケージ。
The reactive units are open chains that can be linked together to form: chains that optionally contain one or more ring systems (e.g., carbocyclic, aryl, heterocyclic, heteroaryl), optionally as members of the reactive unit, the linker, or as optional substituents thereof;
a macrocycle, also optionally containing one or more ring systems as described above, and/or
A cage also optionally containing one or more ring systems as described above.

官能基化物質は、好適には、分子連結化合物である。前述のように、1つ超の官能基化物質が使用される場合、好適には1つ超の分子連結化合物が使用される。 The functionalizing agent is preferably a molecular linking compound. As noted above, when more than one functionalizing agent is used, preferably more than one molecular linking compound is used.

分子連結化合物は、好適には、1つ又は複数の部分(例えばカルボニル部分)を含む。分子連結化合物は、好適には、単一の反応可能な部分(例えばカルボニル)を含むが、単一の反応可能な部分は、好適には、前駆体化合物の2つの反応性部分と反応させて、前記2つの反応性部分の間における分子連結(又は架橋)を生成することが可能であり得る。 The molecular linking compound preferably includes one or more moieties (e.g., carbonyl moieties). The molecular linking compound preferably includes a single reactive moiety (e.g., carbonyl), but the single reactive moiety may preferably be capable of reacting with two reactive moieties of a precursor compound to form a molecular linkage (or crosslink) between the two reactive moieties.

好適には、前駆体化合物と分子連結化合物との間における反応は、
1つ又は複数の反応性単位を含む前駆体化合物(又はその合成等価物)と、1つ又は複数の反応可能な単位を含む分子連結化合物(又はその合成等価物)を反応させて、収着化合物(又はその前駆体、例えば後続の脱保護又は他の変換工程が、1つ又は複数の連結単位を含む最終生成物を得るのに必要とされる場合)を形成することを含み、
前駆体化合物の1つ又は複数の反応性単位は、1つ又は複数の(好ましくは2つ以上の、最も好ましくは2つの)異なる反応性部分(例えばアミン)を含み、
分子連結化合物の1つ又は複数の反応可能な単位は、1つ又は複数の反応可能な部分(例えばカルボニル、保護カルボニル、ジハロ)を含み、
収着化合物の1つ又は複数の連結単位は、前駆体化合物及び分子連結化合物の反応性単位の間における反応の生成物により特徴付けられる1つ又は複数の部分を含む。
Preferably, the reaction between the precursor compound and the molecular linking compound is
reacting a precursor compound (or a synthetic equivalent thereof) comprising one or more reactive units with a molecular linking compound (or a synthetic equivalent thereof) comprising one or more reactable units to form a sorption compound (or a precursor thereof, e.g., where subsequent deprotection or other conversion steps are required to obtain a final product comprising one or more linking units);
the reactive unit(s) of the precursor compound comprise one or more (preferably two or more, most preferably two) different reactive moieties (e.g., amines);
one or more reactable units of the molecular linker compound include one or more reactable moieties (e.g., carbonyl, protected carbonyl, dihalo);
The one or more linking units of the sorption compound include one or more moieties characterized by the product of a reaction between a precursor compound and a reactive unit of the molecular linking compound.

前駆体化合物と分子連結化合物との間における前述の反応は、前駆体化合物の官能基化の上述の状況において適用して、上で概説されている工程i)~vi)のいずれか、一部又はすべてを伴う収着化合物を形成でき、官能基化すること、脱官能基化すること、及び/又は再度官能基化することは、任意選択で、最終収着化合物における複数の異なる分子連結化合物及び複数の異なる連結単位に関与し得る。したがって、前述の反応は、任意選択で、異なる反応可能な単位で(例えば異なる分子連結化合物で)繰り返して、ヘテロ官能基化された収着化合物を得ることができる。 The aforementioned reaction between a precursor compound and a molecular linking compound can be applied in the above-described context of functionalizing a precursor compound to form a sorption compound involving any, some, or all of steps i) through vi) outlined above, and the functionalizing, defunctionalizing, and/or refunctionalizing can optionally involve multiple different molecular linking compounds and multiple different linking units in the final sorption compound. Thus, the aforementioned reaction can optionally be repeated with different reactable units (e.g., with different molecular linking compounds) to obtain a heterofunctionalized sorption compound.

好適には、対応する反応性及び反応可能な部分は、適切な条件下で、一緒に反応しやすい(反応して、その間の共有結合による結び付きを形成しやすい)。好適には、反応性又は反応可能な部分のいずれか1つは、求電子性であるが、反応性又は反応可能な部分のいずれか他方は、求核性である。好適には、単一の反応可能な部分は、少なくとも2つの(好ましくは2つの)反応性部分と反応する。単一の連結単位は、好適には、前駆体化合物の少なくとも2つの(好ましくは2つのみの)反応性部分と反応させる単一の分子連結分子(又は、単一の分子連結分子の単一の反応可能な部分)により形成される。 Preferably, corresponding reactive and reactable moieties are susceptible to react together (to form a covalent bond therebetween) under appropriate conditions. Preferably, one of the reactive or reactable moieties is electrophilic, while the other of the reactive or reactable moieties is nucleophilic. Preferably, a single reactable moiety reacts with at least two (preferably two) reactive moieties. A single linking unit is preferably formed by a single molecular linking molecule (or a single reactable moiety of a single molecular linking molecule) reacting with at least two (preferably only two) reactive moieties of a precursor compound.

収着化合物(好適には安定化させた化合物)は、したがって、各連結単位が、好適には、前駆体化合物のある反応性単位の反応後形態に直接対応する場合、好適には、1つ又は複数の連結単位を含む。したがって、連結単位は、好適には、連係するリンカー単位(好適には、前駆体化合物に関係して定義されるものと同一のリンカー)を経由して、好適には共有結合で結び付く(対応する前駆体化合物のように)。収着化合物は、好適には、複数の連結単位を含み(ホモ官能基化された収着化合物のケースでは同一であり得、又はヘテロ官能基化された収着化合物のケースでは異なり得る)、その結果好適には、収着化合物が、少なくとも3つの連結単位、好適には少なくとも5つ、好適には多くとも20、好適には多くとも10、最も好適には6つの連結単位を含む。更に、連結単位は、好適には、元の前駆体化合物の反応性単位と同一の手段で一緒に結び付いて、すなわち、以下を形成する
開鎖、但し、1つ又は複数の環系(例えば炭素環式、アリール、ヘテロ環式、ヘテロアリール)を、任意選択で連結単位、リンカーのメンバーとして、又は任意選択のその置換基として任意選択で含有する鎖
やはり任意選択で上記のように1つ又は複数の環系を含有する大環、並びに/又は、
やはり任意選択で上記のように1つ又は複数の環系を含有するケージ。
The sorption compound (preferably stabilized compound) therefore preferably comprises one or more linking units, where each linking unit preferably corresponds directly to the post-reaction form of a reactive unit of the precursor compound. The linking units are therefore preferably covalently linked (as in the corresponding precursor compound) via associated linker units (preferably the same linkers as defined in relation to the precursor compound). The sorption compound preferably comprises multiple linking units (which may be identical in the case of homo-functionalized sorption compounds or different in the case of hetero-functionalized sorption compounds), so that the sorption compound preferably comprises at least 3 linking units, preferably at least 5, preferably at most 20, preferably at most 10, and most preferably 6 linking units. Furthermore, the linking units are preferably linked together in the same way as the reactive units of the original precursor compounds, i.e. to form an open chain, but optionally containing one or more ring systems (e.g. carbocyclic, aryl, heterocyclic, heteroaryl), optionally as members of the linking unit, linker or as optional substituents thereof; a macrocycle, also optionally containing one or more ring systems as described above; and/or
A cage also optionally containing one or more ring systems as described above.

前駆体化合物の反応性単位及び/又は収着化合物の連結単位の数及び化学構造は、当業者により、適切な合成修飾を行って、容易に変化させることができる。そのようなパラメーターは、細孔径、細孔選択性(特定のゲスト化合物に対する選択性の観点から)、及び/又は他の性質を変化させるために、望ましくは変動させることができる。同じく、分子連結化合物の化学構造(とりわけ、大きさ又は分子量)も、やはり最終収着化合物の細孔径、細孔選択性、及び/又は他の性質に影響を与えるために、容易に変化させることができる。したがって、前駆体化合物(また、関連があればその多孔性前駆体)及び分子連結化合物は、好適には、前述の反応後、前駆体化合物より安定であり、少なくとも望ましい用途に十分な程度の多孔性を有する(例えば、収着化合物が、選択されたゲスト化合物に対するホストとして作用できるような十分な形状及び大きさの細孔)収着化合物を得るために適正に選択される。 The number and chemical structure of the reactive units of the precursor compound and/or the linking units of the sorption compound can be readily varied by one skilled in the art through appropriate synthetic modifications. Such parameters can be varied, as desired, to alter pore size, pore selectivity (in terms of selectivity for a particular guest compound), and/or other properties. Similarly, the chemical structure (e.g., size or molecular weight) of the molecular linking compound can also be readily varied to affect pore size, pore selectivity, and/or other properties of the final sorption compound. Thus, the precursor compound (and its porous precursor, if relevant) and molecular linking compound are preferably appropriately selected to obtain, after the aforementioned reaction, a sorption compound that is more stable than the precursor compound and has at least sufficient porosity for the desired application (e.g., pores of sufficient shape and size to allow the sorption compound to act as a host for the selected guest compound).

好適には、「反応性部分」以外の前駆体化合物の部分は、分子連結化合物のある反応可能な部分に対して(実質的に)不活性、好適には不活性であり、とりわけ主流の反応条件下で、好適には、求電子試薬及び求核試薬の両方に対して不活性である。 Preferably, the portions of the precursor compound other than the "reactive moiety" are (substantially) inert, preferably inert, to certain reactive moieties of the molecular linking compound, and particularly under the prevailing reaction conditions, preferably inert to both electrophiles and nucleophiles.

好適には、「反応可能な部分」以外の分子連結化合物の部分は、前駆体化合物のある反応性部分に対して(実質的に)不活性、好適には不活性であり、とりわけ主流の反応条件下で、好適には、求電子試薬及び求核試薬の両方に対して不活性である。 Preferably, the portions of the molecular linking compound other than the "reactive portion" are (substantially) inert, preferably inert, to certain reactive portions of the precursor compound, and particularly under the prevailing reaction conditions, preferably inert to both electrophiles and nucleophiles.

好適には、前駆体化合物のあるリンカー又はその置換基は、前駆体化合物のある反応性部分、又は、分子連結化合物のある反応可能な部分に対して(実質的に)不活性、好適には不活性であり、とりわけ主流の反応条件下で、好適には、求電子試薬及び求核試薬の両方に対して不活性である。 Preferably, a linker or its substituents of the precursor compound are (substantially) inert, preferably inert, to a reactive moiety of the precursor compound or a reactable moiety of the molecular linking compound, and in particular, under the prevailing reaction conditions, are preferably inert to both electrophiles and nucleophiles.

特定の実施形態では、反応は、
式A
In certain embodiments, the reaction is
Formula A

により定義される1つ又は複数の反応性単位を含む前駆体化合物(又はその合成等価物)と、式B A precursor compound (or a synthetic equivalent thereof) containing one or more reactive units defined by formula B

により定義される分子連結化合物(又はその合成等価物)を反応させることを含む(式中、
nは、1から4の間の整数であり、
各RA1及びRA2基は、独立して、水素、又は任意選択で置換されている置換基であり、RA1及びRA2基の任意のペアは、任意選択で、一緒につながって、炭素環、ヘテロ環、アリール環又はヘテロアリール環を形成し、
各RB1及びRB2基は、独立して、水素、又は任意選択で置換されている置換基であり、RB1及びRB2基の任意のペアは、任意選択で、一緒につながって、炭素環、ヘテロ環、アリール環又はヘテロアリール環を形成して、
式C
(or a synthetic equivalent thereof) wherein
n is an integer between 1 and 4,
each R and R group is independently hydrogen or an optionally substituted substituent, and any pair of R and R groups are optionally joined together to form a carbocyclic, heterocyclic, aryl , or heteroaryl ring;
each R and R group is independently hydrogen or an optionally substituted substituent, and any pair of R and R groups is optionally joined together to form a carbocyclic, heterocyclic, aryl , or heteroaryl ring;
formula C

により定義される1つ又は複数の連結単位を含む収着化合物を生成する)。 to produce a sorption compound containing one or more linking units defined by

上記の状況において、式Cは、式D In the above situation, formula C is formula D

の二基として定義可能な「分子連結」を含むといわれることがある。 It is sometimes said to contain a "molecular linkage" that can be defined as two groups.

式Cは、 Formula C is:

(式中、Tieは、式Dにより定義される分子連結である)によっても表すことができる。 (where Tie is a molecular linkage defined by formula D)

前述の反応は、前駆体化合物の官能基化の上述の状況において適用して、上で概説されている工程i)~vi)のいずれか、一部又はすべてを伴う収着化合物を形成でき、官能基化すること、脱官能基化すること、及び/又は再度官能基化することは、任意選択で、独立して、前述の定義から選択される複数の異なる分子連結化合物(及び複数の異なる連結単位)に関与し得る。したがって、前述の反応は、任意選択で、異なる反応可能な単位で(例えば、異なる連結単位が得られる異なる分子連結化合物で)繰り返して、ヘテロ官能基化された収着化合物を得ることができる。そのような状況では、異なる分子連結化合物のRB1及びRB2のいずれか又はその両方は異なる。 The foregoing reactions can be applied in the above-described context of functionalizing precursor compounds to form sorption compounds involving any, some, or all of steps i) through vi) outlined above, where the functionalizing, defunctionalizing, and/or refunctionalizing can optionally involve multiple different molecular linking compounds (and multiple different linking units) independently selected from the definitions above. Thus, the foregoing reactions can optionally be repeated with different reactable units (e.g., with different molecular linking compounds resulting in different linking units) to obtain heterofunctionalized sorption compounds. In such a context, either or both of R and R of the different molecular linking compounds are different.

式のA及びCの単位は、角括弧が交差する結合(これらの結合は、基又は「接続可能な結合」と考えられ得る)により表される二価形態で表される。これらの単位は、該当化合物が、前記単位の2つ以上を含む(一般的ケースである)場合、考えられる繰り返し単位であり得る。以下で詳細に説明されるように、前駆体化合物及びその対応する収着化合物は、好適には、その「接続可能な結合」を経由して、好適には介在リンカーを経由して、(好適には開鎖、大環式又はケージ化化合物/分子を形成するために)一緒に結び付く式A及び式Cの複数の単位をそれぞれ含み得る。そのようなリンカーは、式A及び/又はCの2つ以上の単位に一緒に結び付き得、いくつかの実施形態では、そのような単位3つに結び付く。したがって、前記リンカーは、好適には多価(例えば二価、三価)である。 The units of formula A and C are represented in divalent form by bonds (which may be considered groups or "connectable bonds") intersected by square brackets. These units may be possible repeating units when the compound in question contains two or more of said units (which is the common case). As explained in detail below, the precursor compound and its corresponding sorption compound may preferably contain multiple units of formula A and formula C, respectively, linked together via their "connectable bonds" (preferably to form open-chain, macrocyclic, or caged compounds/molecules), preferably via intervening linkers. Such linkers may link two or more units of formula A and/or C together, and in some embodiments, link three such units. Thus, the linkers are preferably multivalent (e.g., divalent, trivalent).

収着化合物は、好適には、式Cの1つ又は複数の単位、及び、任意選択で、介在リンカーを経由して、好適には一緒に結び付く式Aの0、1又は複数の単位を含む。 The sorption compound preferably comprises one or more units of formula C and, optionally, zero, one or more units of formula A, preferably linked together via an intervening linker.

本発明によれば、式A、B及びCの前述の単位(及び式Dの分子連結)、並びに延長線上で考えるとその対応する化合物(又はその合成等価物)、並びにそれらの間のあるリンカーは、特に定めのない限り、本明細書で定義されているある構造を有し得、n、RA1、RA2、RB1、RB2のそれぞれは、本明細書で以前に、又は後続するパラグラフにおいて、定義されている意味のいずれかを有する、
(1)nは、2から3の間の整数である
(2)nは、2である
(3)各RA1及びRA2は、独立して、水素、又はいずれかの不活性基(例えば、求電子試薬に対して、好適にはカルボニルに対して不活性、好適には分子連結化合物に関係して不活性)から選択され、RA1及びRA2が結び付き、その結果、これらが一緒に炭素環、アリール環、ヘテロ環又はヘテロアリール環を形成し、好適には各RA1/RA2のペア(すなわち同一の炭素原子に付着している)は、200未満、好適には100未満、好適には70未満の集団分子量を有する不活性基を含む
(4)RA1及びRA2は、独立して、水素、(1~2C)アルキルからなる群から選択される、又は、RA1及びRA2は、結び付き、その結果、これらが一緒に炭素環式環を形成する
(5)RA1及びRA2は、結び付き、その結果、これらが一緒に(3~8C)シクロアルキル環を形成する
(6)RA1及びRA2は、結び付き、その結果、これらが一緒にシクロヘキサン環を形成する
(7)各RB1及びRB2は、独立して、水素又はいずれかの不活性基(例えば、求核試薬に対して、好適にはアミンに対して不活性、好適には前駆体化合物に関係して不活性)から選択され、RB1及びRB2が結び付き、その結果、これらが一緒に炭素環、アリール環、ヘテロ環又はヘテロアリール環を形成し、好適には各RB1/RB2ペア(すなわち同一の炭素原子に付着している)は、100未満、好適には50未満、好適には31未満、好適には5未満の集団分子量を有する不活性基を含む
(8)RB1及びRB2は、独立して、水素、(1~3C)アルキルからなる群から選択される、又はRB1及びRB2は、任意選択で結び付き、その結果、これらが一緒に、炭素環、ヘテロ環、アリール環又はヘテロアリール環を形成する
(9)RB1及びRB2は、独立して、水素及び(1~2C)アルキルからなる群から選択される
(10)RB1及びRB2は、独立して、水素、メチル及びエチルからなる群から選択される
(11)RB1及びRB2は、独立して、水素及びメチルからなる群から選択される
(12)RB1及びRB2は、いずれも水素である
(13)RB1及びRB2は、いずれもメチルである
(14)RB1は、水素であり、RB2は、メチルである
(15)RB1は、水素であり、RB2は、エチルである
(16)前駆体化合物及び/又は収着化合物は、それぞれ、式A及び/又は式Cの単位を少なくとも3含む
(17)前駆体化合物及び/又は収着化合物は、それぞれ、式A及び/又は式Cの単位を少なくとも5含む
(18)前駆体化合物及び/又は収着化合物は、それぞれ、式A及び/又は式Cの単位を多くとも20、より好適にはそれぞれ、式A及び/又は式Cの単位を多くとも10含む
(19)前駆体化合物及び/又は収着化合物は、それぞれ、式A及び/又は式Cの単位を6含む;
(20)式A及び/又は式Cの単位は、直接的又は間接的に、共有結合で一緒に結び付いて(好適には直列及び/又は並列、すなわち直鎖又は分岐)、開鎖、大環及び/又は籠構造を形成する
(21)式A及び/又は式Cの単位は、直接的又は間接的に共有結合で一緒に結び付いて、大環及び/又は籠構造を形成する
(22)式A及び/又は式Cの単位は、直接的又は間接的に共有結合で一緒に結び付いて、籠構造(例えば有機ケージ分子)を形成する
(23)式A及び/又は式Cの単位は、1から8個の間の介在原子(好適には炭素原子)、好適には4から6個の間の介在原子(好適には炭素)、最も好適には5個の介在炭素原子を経由して、共有結合で一緒に結び付く
(24)式A及び/又は式Cの単位は、式-L1-の介在リンカーを経由して、共有結合で一緒に結び付く
(25)-L1-は、式A及び/又は式Cの隣接する単位の間の、前述した数の介在原子を示す多価基である
(26)-L1-は、多価炭化水素(直鎖又は分岐)、多価炭素環、多価ヘテロ環、多価アレーン、多価ヘテロアレーン、多価モノ-/ポリ-ヒドロカルビル-炭素環、多価モノ-/ポリ-ヒドロカルビル-ヘテロ環、多価モノ-/ポリ-ヒドロカルビル-アレーン及び多価モノ-/ポリ-ヒドロカルビル-ヘテロアレーン(モノ-/ポリ-は、該当環系が、それぞれ1個又は複数のヒドロカルビル置換基を含むことを指し示す)からなる群から選択される
(27)-L1-は、多価(1~8C)アルカン、多価(2~8C)アルケン、多価(3~8C)シクロアルカン、多価モノ-/ポリ-[(1~8C)アルキル]-(3~8C)シクロアルカン、多価(3~8C)シクロアルケン、多価モノ-/ポリ-[(1~8C)アルキル]-(3~8C)シクロアルケン、多価ヘテロ環、多価モノ-/ポリ-[(1~8C)アルキル]-ヘテロ環、多価アレーン、多価モノ-/ポリ-[(1~8C)アルキル]-アレーン、多価ヘテロアレーン及び多価モノ-/ポリ-[(1~8C)アルキル]-ヘテロアレーンからなる群から選択される
(28)-L1-は、多価(4~6C)アルカン、多価(4~6C)アルケン、多価(5~6C)シクロアルカン、多価モノ-/ポリ-[(1~2C)アルキル]-(5~6C)シクロアルカン、多価(5~6C)シクロアルケン、多価モノ-/ポリ-[(1~2C)アルキル]-(5~6C)シクロアルケン、多価ヘテロ環、多価モノ-/ポリ-[(1~2C)アルキル]-ヘテロ環、多価アレーン、多価モノ-/ポリ-[(1~2C)アルキル]-アレーン、多価ヘテロアレーン及び多価モノ-/ポリ-[(1~2C)アルキル]-ヘテロアレーンからなる群から選択される
(29)-L1-は、多価ポリ-[(1~2C)アルキル]-(5~6C)シクロアルカン、多価ポリ-[(1~2C)アルキル]-(5~6C)シクロアルケン、多価ポリ-[(1~2C)アルキル]-ヘテロシクリル、多価ポリ-[(1~2C)アルキル]-アレーン及び多価ポリ-[(1~2C)アルキル]-ヘテロアレーンからなる群から選択される
(30)-L1-は、多価ポリ-[(1~2C)アルキル]-アレーンである
(31)-L1-は、三価トリ-[(1~2C)アルキル]-アレーンである
(32)-L1-は、ベンゼン-トリメチレンからなる群から選択される
(33)-L1-は、ベンゼン-1,3,5-トリメチレンからなる群から選択される
(34)分子連結化合物は、ホルムアルデヒド及び/又はアセトンから選択される
(35)分子連結化合物は、ホルムアルデヒドである
(36)RA1、RA2、RB1、RB2及び-L1-基のいずれか1つ又は複数は、任意選択で、置換され得る(好適には、崩壊可能な、かつ分子連結の該当分子が一緒に反応して多孔性材料を生成し、その物理的構造が、前駆体化合物のものより安定する限り、また、その細孔が、1つ又は複数のゲスト化合物に対処するのに十分使用可能である限り);
(37)前述のRA1、RA2、RB1、RB2及び-L1-基のいずれかのうち、CH、CH2又はCH3基のいずれかは、任意選択で、各前記CH、CH2又はCH3基上に、 ハロゲノ、ヒドロキシ、メルカプト、アミノ、シアノ、カルボキシ、カルバモイル、ウレイド、(1~3C)アルキル、ヒドロキシ(1~3C)アルキル、(1~3C)アルコキシ、ハロ(1~3C)アルコキシ、(1~3C)アルキルチオ、(1~3C)アルキルアミノ及びジ-[(1~3C)アルキル]アミノから選択される1個又は複数の置換基を保有する
(38)前述のRA1、RA2、RB1、RB2及び-L1-基のいずれかのうち、CH、CH2又はCH3基のいずれかは、任意選択で、各前記CH、CH2又はCH3基上に、ハロゲノ、ヒドロキシ、メルカプト、アミノ、メチル、ヒドロキシメチル、メトキシ、トリフルオロメトキシ、トリクロロメトキシ、メチルチオ、メチルアミノ及びジメチルアミノから選択される1個又は複数の置換基を保有する
(39)前述のRA1、RA2、RB1、RB2及び-L1-のいずれかのうち、CH、CH2又はCH3基のすべては、非置換である。
According to the present invention, the aforementioned units of formula A, B and C (and molecular linkages of formula D), and by extension the corresponding compounds (or synthetic equivalents thereof), as well as any linkers therebetween, may have any structure as defined herein, unless otherwise specified, wherein n, R A1 , R A2 , R B1 , and R B2 each have any of the meanings defined herein above or in the following paragraphs.
(1) n is an integer between 2 and 3
(2) n is 2
(3) each R A1 and R A2 is independently selected from hydrogen or any inert group (e.g., inert to electrophiles, preferably to carbonyls, preferably inert in relation to molecular linking compounds), and R A1 and R A2 combine such that they together form a carbocyclic, aryl, heterocyclic, or heteroaryl ring, and preferably each R A1 /R A2 pair (i.e., attached to the same carbon atom) contains an inert group having a collective molecular weight of less than 200, preferably less than 100, preferably less than 70;
(4) R A1 and R A2 are independently selected from the group consisting of hydrogen, (1-2C) alkyl, or R A1 and R A2 are joined such that they together form a carbocyclic ring.
(5) R A1 and R A2 are linked together so that they together form a (3-8C)cycloalkyl ring.
(6) R A1 and R A2 are linked together so that they together form a cyclohexane ring
(7) Each R and R is independently selected from hydrogen or any inert group (e.g., inert to nucleophiles, preferably to amines, preferably inert with respect to the precursor compound), and R and R combine such that they together form a carbocyclic, aryl, heterocyclic, or heteroaryl ring, and preferably each R / R pair (i.e., attached to the same carbon atom) contains an inert group having a collective molecular weight of less than 100, preferably less than 50, preferably less than 31, preferably less than 5.
(8) R B1 and R B2 are independently selected from the group consisting of hydrogen, (1-3C) alkyl, or R B1 and R B2 are optionally joined so that they together form a carbocycle, heterocycle, aryl ring, or heteroaryl ring.
(9) R B1 and R B2 are independently selected from the group consisting of hydrogen and (1-2C) alkyl.
(10) R B1 and R B2 are independently selected from the group consisting of hydrogen, methyl, and ethyl.
(11) R B1 and R B2 are independently selected from the group consisting of hydrogen and methyl.
(12) R B1 and R B2 are both hydrogen.
(13) R B1 and R B2 are both methyl.
(14) R B1 is hydrogen and R B2 is methyl
(15) R B1 is hydrogen and R B2 is ethyl
(16) The precursor compound and/or the sorption compound each contain at least three units of formula A and/or formula C.
(17) The precursor compound and/or the sorption compound each contain at least 5 units of formula A and/or formula C.
(18) The precursor compound and/or the sorption compound each contain at most 20 units of formula A and/or formula C, more preferably at most 10 units of formula A and/or formula C, respectively.
(19) The precursor compound and/or the sorption compound contain six units of formula A and/or formula C, respectively;
(20) Units of formula A and/or formula C are directly or indirectly covalently linked together (preferably in series and/or in parallel, i.e., linear or branched) to form open chain, macrocyclic and/or cage structures.
(21) Units of formula A and/or formula C are directly or indirectly covalently linked together to form macrocyclic and/or cage structures.
(22) Units of formula A and/or formula C are directly or indirectly covalently linked together to form a cage structure (e.g., an organic cage molecule).
(23) The units of formula A and/or formula C are covalently linked together via between 1 and 8 intervening atoms (preferably carbon atoms), preferably between 4 and 6 intervening atoms (preferably carbon), most preferably 5 intervening carbon atoms.
(24) The units of formula A and/or formula C are covalently linked together via an intervening linker of formula -L 1 -
(25) -L 1 - is a polyvalent group representing the aforementioned number of intervening atoms between adjacent units of formula A and/or formula C.
(26) -L 1 - is selected from the group consisting of polyvalent hydrocarbons (linear or branched), polyvalent carbocycles, polyvalent heterocycles, polyvalent arenes, polyvalent heteroarenes, polyvalent mono-/poly-hydrocarbyl-carbocycles, polyvalent mono-/poly-hydrocarbyl-heterocycles, polyvalent mono-/poly-hydrocarbyl-arenes and polyvalent mono-/poly-hydrocarbyl-heteroarenes (mono-/poly- indicating that the ring system in question contains one or more hydrocarbyl substituents, respectively).
(27) -L 1 - is selected from the group consisting of polyvalent (1-8C)alkanes, polyvalent (2-8C)alkenes, polyvalent (3-8C)cycloalkanes, polyvalent mono-/poly-[(1-8C)alkyl]-(3-8C)cycloalkanes, polyvalent (3-8C)cycloalkenes, polyvalent mono-/poly-[(1-8C)alkyl]-(3-8C)cycloalkenes, polyvalent heterocycles, polyvalent mono-/poly-[(1-8C)alkyl]-heterocycles, polyvalent arenes, polyvalent mono-/poly-[(1-8C)alkyl]-arenes, polyvalent heteroarenes and polyvalent mono-/poly-[(1-8C)alkyl]-heteroarenes.
(28)-L 1 - is selected from the group consisting of polyvalent (4-6C)alkanes, polyvalent (4-6C)alkenes, polyvalent (5-6C)cycloalkanes, polyvalent mono-/poly-[(1-2C)alkyl]-(5-6C)cycloalkanes, polyvalent (5-6C)cycloalkenes, polyvalent mono-/poly-[(1-2C)alkyl]-(5-6C)cycloalkenes, polyvalent heterocycles, polyvalent mono-/poly-[(1-2C)alkyl]-heterocycles, polyvalent arenes, polyvalent mono-/poly-[(1-2C)alkyl]-arenes, polyvalent heteroarenes and polyvalent mono-/poly-[(1-2C)alkyl]-heteroarenes.
(29)-L 1 - is selected from the group consisting of polyvalent poly-[(1-2C)alkyl]-(5-6C)cycloalkanes, polyvalent poly-[(1-2C)alkyl]-(5-6C)cycloalkenes, polyvalent poly-[(1-2C)alkyl]-heterocyclyls, polyvalent poly-[(1-2C)alkyl]-arenes and polyvalent poly-[(1-2C)alkyl]-heteroarenes.
(30)-L 1 - is a polyvalent poly-[(1-2C)alkyl]-arene
(31) -L 1 - is a trivalent tri-[(1-2C)alkyl]-arene
(32) -L 1 - is selected from the group consisting of benzene-trimethylene
(33) -L 1 - is selected from the group consisting of benzene-1,3,5-trimethylene;
(34) The molecular linking compound is selected from formaldehyde and/or acetone.
(35) The molecular linking compound is formaldehyde.
(36) Any one or more of the R A1 , R A2 , R B1 , R B2 and -L 1 - groups may optionally be substituted (preferably so long as the corresponding molecules of the collapsible and molecularly linked react together to produce a porous material whose physical structure is more stable than that of the precursor compound and whose pores are sufficiently available to accommodate one or more guest compounds);
(37) In any of the aforementioned R A1 , R A2 , R B1 , R B2 and -L 1 - groups, any of the CH, CH 2 or CH 3 groups optionally carries on each said CH, CH 2 or CH 3 group one or more substituents selected from halogeno, hydroxy, mercapto, amino, cyano, carboxy, carbamoyl, ureido, (1-3C) alkyl, hydroxy(1-3C) alkyl, (1-3C) alkoxy, halo(1-3C) alkoxy, (1-3C) alkylthio, (1-3C) alkylamino and di-[(1-3C) alkyl] amino.
(38) In any of the aforementioned R A1 , R A2 , R B1 , R B2 and -L 1 - groups, any of the CH, CH 2 or CH 3 groups optionally carries one or more substituents on each of said CH, CH 2 or CH 3 groups selected from halogeno, hydroxy, mercapto, amino, methyl, hydroxymethyl, methoxy, trifluoromethoxy, trichloromethoxy, methylthio, methylamino and dimethylamino.
(39) In any of the foregoing R A1 , R A2 , R B1 , R B2 and -L 1 -, all of the CH, CH 2 or CH 3 groups are unsubstituted.

特定の実施形態では、RA1、RA2及び-L1-は、前駆体化合物が、式A1の複数の反応性単位を含むように選択され、各反応性単位は、式A1Lの介在リンカー単位を経由して(角括弧により表される、その接続可能な結合を介して)、隣接する異なる反応性単位に、間接的に結び付く(やはり角括弧により表される、その接続可能な結合を介して) In certain embodiments, R A1 , R A2 and -L 1 - are selected such that the precursor compound comprises multiple reactive units of formula A 1 , each reactive unit being indirectly linked (through its connectable bond, also represented by a square bracket) to an adjacent, different reactive unit via an intervening linker unit of formula A 1L .

(式中、環Aは、炭素環、アリール環、ヘテロ環又はヘテロアリール環であり、 (Wherein, ring A is a carbocyclic ring, an aryl ring, a heterocyclic ring, or a heteroaryl ring,

環Lは、多価炭化水素(直鎖又は分岐)、多価炭素環、多価ヘテロ環、多価アレーン、多価ヘテロアレーン、多価モノ-/ポリ-ヒドロカルビル-炭素環、多価モノ-/ポリ-ヒドロカルビル-ヘテロ環、多価モノ-/ポリ-ヒドロカルビル-アレーン又は多価モノ-/ポリ-ヒドロカルビル-ヘテロアレーン(両方の種で指し示されている角括弧における、式A1Lのリンカーは、式A1の反応性単位に結合することは、本明細書から暗示されるはずであるが、リンカーに関して、接続可能な該当結合又は基は、核環構造に由来し得る、又は適用可能な場合、核環のヒドロカルビル置換基1個に由来し得ることも暗示されるはずである)であり、式A1又はA1Lの基のいずれかは、任意選択で、本明細書で定義されているように置換される。この実施形態では、前駆体化合物は、好適には、式A1及びA1Lの単位を3:2のモル比で(例えばA1の単位6つ及びA1Lの単位4つ)それぞれ含む。この実施形態の適用に関して、環Aは、該当アミン部分の間における(2~3C)アルキレン基で置き換えて、アルキレンジアミンを生成できる。対応する収着化合物は、好適には、式A1の少なくとも1つ(好適には少なくとも2つ、好適には6つ、好適にはすべて)の反応性単位が、式C1 Ring L is a polyvalent hydrocarbon (linear or branched), polyvalent carbocycle, polyvalent heterocycle, polyvalent arene, polyvalent heteroarene, polyvalent mono-/poly-hydrocarbyl-carbocycle, polyvalent mono-/poly-hydrocarbyl-heterocycle, polyvalent mono-/poly-hydrocarbyl-arene or polyvalent mono-/poly-hydrocarbyl-heteroarene (it should be implied from this specification that the linker of formula A 1L in the brackets indicated for both species is attached to the reactive unit of formula A 1 , but it should also be implied that for the linker, the relevant bond or group available for connection may be derived from the core ring structure or, if applicable, from one of the hydrocarbyl substituents of the core ring), and either group of formula A 1 or A 1L is optionally substituted as defined herein. In this embodiment, the precursor compound preferably comprises units of formula A 1 and A 1L in a molar ratio of 3:2 (e.g., 6 units of A 1 and 4 units of A 1L ), respectively. For application of this embodiment, ring A can be replaced with a (2-3C) alkylene group between the relevant amine moieties to produce an alkylenediamine. The corresponding sorption compound preferably comprises at least one (preferably at least two, preferably six, preferably all) reactive units of formula A 1 , each of which is a hydroxyl group of formula C 1

(式中、RB1及びRB2は、本明細書で示されているいずれかの定義を有する)の連結単位になることを除いて、前駆体化合物と同一の構造を有する。 The compound has the same structure as the precursor compound, except that the linking unit is: (wherein R B1 and R B2 have any of the definitions provided herein).

特定の実施形態では、RA1、RA2及び-L1-は、前駆体化合物が、式A1の少なくとも3つの反応性単位を含むように選択され、各反応性単位は、式A1Lの介在リンカー単位を経由して、隣接する異なる反応性単位に間接的に結び付き、
環Aは、(5~6C)シクロアルカンであり、
環Lは、多価ポリ-[(1~2C)アルキル]-(5~6C)シクロアルカン、多価ポリ-[(1~2C)アルキル]-(5~6C)シクロアルケン、多価ポリ-[(1~2C)アルキル]-ヘテロシクリル、多価ポリ-[(1~2C)アルキル]-アレーン又は多価ポリ-[(1~2C)アルキル]-ヘテロアレーンであり、
式A1又はA1Lの基のいずれかは、任意選択で、本明細書で定義されているように置換される。
In certain embodiments, R A1 , R A2 and -L 1 - are selected such that the precursor compound comprises at least three reactive units of formula A 1 , each reactive unit being indirectly linked to an adjacent different reactive unit via an intervening linker unit of formula A 1L ;
Ring A is a (5-6C) cycloalkane;
ring L is a polyvalent poly-[(1-2C)alkyl]-(5-6C)cycloalkane, a polyvalent poly-[(1-2C)alkyl]-(5-6C)cycloalkene, a polyvalent poly-[(1-2C)alkyl]-heterocyclyl, a polyvalent poly-[(1-2C)alkyl]-arene or a polyvalent poly-[(1-2C)alkyl]-heteroarene;
Either group of formula A 1 or A 1L is optionally substituted as defined herein.

特定の実施形態では、RA1、RA2-L1-、環A及び環Lは、前駆体化合物が、式A2の複数の反応性単位を含むように選択され、各反応性単位は、式A2Lの介在リンカー単位を経由して、隣接する異なる反応性単位に間接的に結び付き、 In certain embodiments, R A1 , R A2 -L 1 -, ring A, and ring L are selected such that the precursor compound comprises multiple reactive units of formula A 2 , each reactive unit being indirectly linked to an adjacent different reactive unit via an intervening linker unit of formula A 2L ;

式A2又はA2Lの基のいずれかは、任意選択で、本明細書で定義されているように置換されるが、最も好適には、これらは非置換である。この実施形態では、前駆体化合物は、好適には、式A2及びA2Lの単位を3:2のモル比で(例えばA2の単位6つ及びA2Lの単位4つ)それぞれ含む。この実施形態の適用に関して、シクロヘキサン環は、該当アミン部分の間における(2~3C)アルキレン基で置き換えて、アルキレンジアミンを生成でき、任意選択で、リンカーのベンゼン環は、ヘテロアレーン環で置き換えられる。対応する収着化合物は、好適には、式A2の少なくとも1つ(好適には少なくとも2つ、好適には6つ、好適にはすべて)の反応性単位が、式C2 Either the groups of formula A2 or A2L are optionally substituted as defined herein, but most preferably they are unsubstituted. In this embodiment, the precursor compound preferably comprises units of formula A2 and A2L in a 3:2 molar ratio (e.g., six units of A2 and four units of A2L ), respectively. For application of this embodiment, the cyclohexane rings can be replaced with (2-3C) alkylene groups between the relevant amine moieties to produce alkylenediamines, and optionally the benzene rings of the linker are replaced with heteroarene rings. The corresponding sorption compound preferably comprises at least one (preferably at least two, preferably six, preferably all) reactive units of formula A2 , each of which is a group of formula C2

(式中、RB1及びRB2は、本明細書で示されているいずれかの定義を有するが、最も好適には、いずれも水素である、又はいずれもメチルである)の連結単位になることを除いて、前述の前駆体化合物と同一の構造を有する。好適には、RB1及びRB2の両方が、水素(すなわちホルムアルデヒド分子連結化合物に由来する)である場合、前駆体化合物の2つ以上の、好ましくはすべての反応性単位が、連結単位になる。好適には、RB1及びRB2のいずれもメチルである(すなわちアセトン分子連結化合物に由来する)場合、前駆体化合物の1つの反応性単位のみが、連結単位になる。 (wherein R B1 and R B2 have any of the definitions provided herein, but most preferably are both hydrogen or both methyl) linking units. Preferably, when R B1 and R B2 are both hydrogen (i.e., derived from a formaldehyde molecular linking compound), two or more, preferably all, reactive units of the precursor compound are linking units. Preferably, when R B1 and R B2 are both methyl (i.e., derived from an acetone molecular linking compound), only one reactive unit of the precursor compound is a linking unit.

好適には、本発明の収着化合物は、分子連結化合物と反応した前駆体化合物の反応性部分の2つ以上を有する、前駆体化合物に関係した、本明細書で示されている実施形態及び/又は定義のいずれかに直接的に対応する(又はそれに直接的に基づく)構造を有して、前記反応性部分の間における、対応する分子連結を形成する。これは、式Aの反応性単位が、式Cの連結単位に直接的に対応する場合、上記から自明である。収着化合物は、好適には、対応する前駆体化合物と同一の手段で反応性/連結単位につながる同一のリンカーも、好適には含む。好適には、前駆体化合物の各反応性単位は、2つの反応性部分を含む。好適には、反応性部分の間における分子連結のいずれか、一部又はすべては、同一の反応性単位内における2つの反応性部分の間にある。したがって、好適には、収着化合物は、連結単位に変換された、1つ又は複数の反応性単位を有する、その対応する前駆体化合物である。収着化合物は、少なくとも1つの連結単位が存在する限り、反応性単位及び連結単位の両方を含み得る。好ましい実施形態では、収着化合物は、2つ以上の連結単位を含む。特定の実施形態では、収着化合物は、2つ以上、好適には3つ以上、好適には5つ以上、好適には6つの連結単位を含み、好適には(実質的に)反応性単位を含まない(すなわちすべての反応性単位を反応させて、連結単位を生成する)。 Preferably, the sorption compounds of the present invention have a structure directly corresponding to (or based directly on) any of the embodiments and/or definitions set forth herein relating to precursor compounds, having two or more of the reactive moieties of the precursor compound reacted with a molecular linking compound to form the corresponding molecular linkages between the reactive moieties. This is self-evident from the above, where a reactive unit of Formula A directly corresponds to a linking unit of Formula C. The sorption compounds also preferably contain the same linkers that connect the reactive/linking units in the same manner as the corresponding precursor compounds. Preferably, each reactive unit of the precursor compound contains two reactive moieties. Preferably, any, some, or all of the molecular linkages between the reactive moieties are between two reactive moieties within the same reactive unit. Thus, preferably, the sorption compound is its corresponding precursor compound with one or more reactive units converted into linking units. The sorption compound may contain both reactive units and linking units, so long as at least one linking unit is present. In a preferred embodiment, the sorption compound contains two or more linking units. In certain embodiments, the sorption compound comprises two or more, preferably three or more, preferably five or more, preferably six linking units, and preferably is (substantially) free of reactive units (i.e., all reactive units have reacted to form linking units).

収着化合物は、好適には、式C(又はそれに準じて定義される式)の1つ又は複数の単位、及び、任意選択で、介在リンカーを経由して、好適には一緒に結び付く式A(又はそれに準じて定義される式)の0、1又は複数の単位を含む。 The sorption compound preferably comprises one or more units of formula C (or a formula defined thereunder) and zero, one or more units of formula A (or a formula defined thereunder), optionally preferably linked together via an intervening linker.

好ましくは、収着化合物は、好適には、式C(又はそれに準じて定義される式)のc単位、及び、任意選択で、介在リンカーを経由して一緒に結び付く式A(又はそれに準じて定義される式)のa単位を含む。c及びaの総計は、好適には少なくとも2、好適には少なくとも3、好適には多くとも18、好適には多くとも12であり、最も好ましくは6であり、cは少なくとも1であり、aは、0、1又は複数である(aは、最も好ましくは0又は1である)。したがって、式Aの単位は、官能基化されず、したがって、(式Dの)いかなる分子連結も含まない。好ましくは、式Cの単位、及び適用可能であれば式Aは、一緒に結び付き、任意選択で、介在リンカーを経由して、内部空洞を有するケージを形成する手段で結び付く。式Dの分子連結、並びに好適には該当RB1及びRB2基のいずれかは、好適には空洞内又はその界面に存在する。 Preferably, the sorption compound comprises c units of formula C (or a formula defined accordingly) and a units of formula A (or a formula defined accordingly), optionally linked together via an intervening linker. The sum of c and a is preferably at least 2, preferably at least 3, preferably at most 18, preferably at most 12, most preferably 6, c is at least 1 and a is 0, 1 or more (a is most preferably 0 or 1). The units of formula A are therefore not functionalized and therefore do not contain any molecular linkages (of formula D). Preferably, the units of formula C, and, where applicable, formula A, are linked together, optionally via an intervening linker, in a way to form a cage with an internal cavity. The molecular linkages of formula D, and preferably any of the relevant R and R groups, are preferably located within the cavity or at its interface.

特定の実施形態では、式C(又はそれに準じて定義される式)のc単位、及び式A(又はそれに準じて定義される式)のa単位を含む収着化合物は、(式Dの)単一タイプの分子連結のみを含む。ある実施形態では、収着化合物は、単一タイプの(式Dの)分子連結のみを含み、0又は1のいずれかである(最も好ましくは0)一方、cは、4から12の間(cは、最も好適には6)である。そのような実施形態の例は、式Dの単一の分子連結(したがって、分子連結化合物は、これを形成するために使用される)が、以下からなる群から選択される場合を含む
- RB1及びRB2は、いずれも水素である(例えばホルムアルデヒドで連結している);
- RB1及びRB2は、いずれもメチルである(例えばアセトンで連結している)、また、
- RB1は、水素であり、RB2は、メチルである(例えばアセトアルデヒドで連結している)。
In certain embodiments, a sorption compound comprising c units of formula C (or formulas defined accordingly) and a units of formula A (or formulas defined accordingly) contains only a single type of molecular linkage (of formula D). In some embodiments, the sorption compound contains only a single type of molecular linkage (of formula D), where c is either 0 or 1 (most preferably 0), while c is between 4 and 12 (most preferably c is 6). Examples of such embodiments include when the single molecular linkage of formula D (and thus the molecular linkage compound used to form it) is selected from the group consisting of:
R B1 and R B2 are both hydrogen (e.g. linked by formaldehyde);
R B1 and R B2 are both methyl (e.g., linked by acetone), and
R B1 is hydrogen and R B2 is methyl (eg linked with acetaldehyde).

特定の実施形態では、式C(又はそれに準じて定義される式)のc単位、及び式A(又はそれに準じて定義される式)のa単位を含む収着化合物は、(式Dの)2つ以上の(最も好ましくはちょうど2つの)異なるタイプの分子連結を含む。そのような実施形態では、好適には、aは、0又は1のいずれか(最も好ましくは0)であり、cは、4から12の間である(cは、最も好適には6である)。したがって、式Cの1つ又は複数の単位は、(式Dの)あるタイプの分子連結を含むが、式Cの1つ又は複数の他の単位は、(式Dの)異なるタイプの分子連結を含む。式Dの異なる分子連結(したがって、これを形成するために使用される分子連結化合物)を用いるそのような実施形態の例は、以下からなる群から選択される
i.RB1及びRB2が、いずれも水素である(例えばホルムアルデヒドで連結している)第1の分子連結、並びにRB1が、水素であり、RB2が、メチルである(例えばアセトアルデヒドで連結している)第2の分子連結、好適には、第1の分子連結の第2の分子連結に対するモル比は、1:6から12:1の間、最も好適には2:1から6:1の間、最も好ましくは5:1である
ii.RB1及びRB2が、いずれも水素である(例えばホルムアルデヒドで連結している)第1の分子連結、並びに、RB1及びRB2が、いずれもメチルである(例えばアセトンで連結している)第2の分子連結、好適には第1の分子連結と第2の分子連結のモル比は、1:6から12:1の間、最も好適には2:1から6:1の間、最も好ましくは5:1であり、
iii.RB1及びRB2が、いずれも水素である(例えばホルムアルデヒドで連結している)第1の分子連結、並びにRB1が、水素であり、RB2が、エチルである(例えばプロピオンアルデヒドで連結している)第2の分子連結、好適には第1の分子連結と第2の分子連結のモル比は、1:6から12:1の間、最も好適には2:1から6:1の間、最も好ましくは5:1である。
In certain embodiments, a sorption compound comprising c units of formula C (or formulas defined therein) and a units of formula A (or formulas defined therein) comprises two or more (most preferably exactly two) different types of molecular linkages (of formula D). In such embodiments, preferably a is either 0 or 1 (most preferably 0) and c is between 4 and 12 (c is most preferably 6). Thus, one or more units of formula C comprise one type of molecular linkage (of formula D), while one or more other units of formula C comprise a different type of molecular linkage (of formula D). Examples of such embodiments using different molecular linkages of formula D (and therefore molecular linkage compounds used to form same) are selected from the group consisting of:
i.e., a first molecular linkage in which R and R are both hydrogen (e.g., formaldehyde linked), and a second molecular linkage in which R is hydrogen and R is methyl (e.g., acetaldehyde linked), preferably in a molar ratio of the first molecular linkage to the second molecular linkage between 1:6 and 12:1, most preferably between 2:1 and 6:1, and most preferably 5:1.
ii. a first molecular linkage in which R and R are both hydrogen (e.g., linked by formaldehyde) and a second molecular linkage in which R and R are both methyl (e.g., linked by acetone), preferably the molar ratio of the first molecular linkage to the second molecular linkage is between 1:6 and 12:1, most preferably between 2:1 and 6:1, most preferably 5:1;
iii. A first molecular linkage where R and R are both hydrogen (e.g., linked by formaldehyde), and a second molecular linkage where R is hydrogen and R is ethyl (e.g., linked by propionaldehyde), preferably the molar ratio of the first molecular linkage to the second molecular linkage is between 1:6 and 12:1, most preferably between 2:1 and 6:1, and most preferably 5:1.

特定の実施形態では、式C(又はそれに準じて定義される式)のc単位、及び式A(又はそれに準じて定義される式)のa単位を含む収着化合物は、(式Dの)2つ以上の(最も好ましくはちょうど2つの)異なるタイプの分子連結を含み、一方のタイプの分子連結は、もう一方のタイプの分子連結より大きい(好適にはより多くの炭素原子を有する)。 In certain embodiments, a sorption compound comprising c units of formula C (or a formula defined therein) and a units of formula A (or a formula defined therein) comprises two or more (most preferably exactly two) different types of molecular linkages (of formula D), one type of molecular linkage being larger (preferably having more carbon atoms) than the other type of molecular linkages.

特定の実施形態では、前駆体化合物は、式A3(本明細書の他の箇所で、及び関連する引用内でRCC3として呼ばれる) により定義される。 In certain embodiments, the precursor compound is defined by formula A3 (referred to elsewhere herein and in related citations as RCC3):

前述の実施形態すべてに関して、該当前駆体化合物は、任意選択で、対応する多孔性前駆体化合物(すなわちイミン化合物)の還元により形成され、例えば、反応性単位の各アミン部分が、窒素に変換され、この窒素が、リンカーに接する炭素原子と直接イミン結合を形成し、結合はリンカーに付着する。例として、式A3の前駆体化合物は、式E3 For all of the foregoing embodiments, the precursor compound is optionally formed by reduction of the corresponding porous precursor compound (i.e., an imine compound), e.g., by converting each amine moiety of the reactive unit to a nitrogen atom, which forms a direct imine bond with the carbon atom adjacent to the linker, thereby attaching the bond to the linker. For example, a precursor compound of formula A3 can be formed by reduction of a precursor compound of formula E3.

の対応する多孔性イミン化合物から形成され得、太線は、式A3のものに一致する。 The bold line corresponds to that of formula A3.

明らかなように、式A3(RCC3)の前駆体化合物は、ジアミンの6ペアを有し、それぞれ、前述の分子連結化合物を経由してアミナール化して、各ジアミンペアを架橋する、対応する分子連結を形成することが可能である。したがって、式Cの収着化合物は、式C3に準じて定義され得、 As can be seen, the precursor compound of formula A3 (RCC3) has six pairs of diamines, each of which can be aminalized via the aforementioned molecular linking compounds to form the corresponding molecular linkages bridging each diamine pair. Therefore, the sorption compound of formula C can be defined according to formula C3:

式中、Tie/H2は、Tieと連結しているジアミン基、又は、各ジアミンの窒素が担持する単一の水素と連結していないジアミン基のいずれかを指し示し、Tieは、式Dにより定義される分子連結であり、収着化合物は、少なくとも1つのTieを含む。 where Tie/ H2 refers to either a diamine group linked with Tie or a diamine group not linked with the single hydrogen carried by each diamine nitrogen, Tie is a molecular linkage defined by formula D, and the sorption compound contains at least one Tie.

式C3の収着化合物は、式C2のc単位、及び式A2のa単位を含み、これらすべてが、式A2Lの4つの介在リンカーを経由して一緒に結び付き、c及びaの総計は6であり、cは、1から6の間の整数であり、aは、0から5の間の整数である。以前に説明されているように、2個以上のTie基が存在する場合、Tie基は、同一であり得る、又は異なり得る。本明細書における式C3の収着化合物は、xXT-yYT-zZT-RCC3とも呼ばれ、XT、YT及びZTは、異なるTie基を表し、x、y及びzは、分子に存在するそれぞれのTie基のそれぞれの数を同様に表し、x、y及びzのそれぞれは、x、y及びzの総計が、1から6の間の整数であるという条件で、0から6の間の整数であり得る。 Sorption compounds of formula C3 comprise c units of formula C2 and a units of formula A2 , all linked together via four intervening linkers of formula A2L , where the sum of c and a is 6, c is an integer between 1 and 6, and a is an integer between 0 and 5. As previously explained, when two or more Tie groups are present, the Tie groups can be the same or different. Sorption compounds of formula C3 herein are also referred to as xXT-yYT-zZT-RCC3, where XT, YT, and ZT represent different Tie groups, x, y, and z similarly represent the respective numbers of each Tie group present in the molecule, and each of x, y, and z can be an integer between 0 and 6, provided that the sum of x, y, and z is an integer between 1 and 6.

特定の実施形態では、式C3の収着化合物は、単一タイプの分子連結のみを含む(式DのTie基)。そのような実施形態の例(したがって、収着化合物を形成するために使用される分子連結化合物)は、式Dの単一の分子連結が、以下からなる群から選択される場合を含む
- RB1及びRB2は、いずれも水素である(例えばホルムアルデヒドで連結している)、例えば6FT-RCC3又は5FT-RCC3、
- RB1及びRB2は、いずれもメチルである(例えばアセトンで連結している)、例えば1AT-RCC3、並びに、
- RB1は、水素であり、RB2は、メチルである(例えばアセトアルデヒドで連結している)、例えば6ET-RCC3。
In certain embodiments, the sorption compound of formula C3 contains only a single type of molecular linkage (the Tie group of formula D). Examples of such embodiments (and thus the molecular linkage compound used to form the sorption compound) include those where the single molecular linkage of formula D is selected from the group consisting of:
R B1 and R B2 are both hydrogen (e.g. linked by formaldehyde), e.g. 6FT-RCC3 or 5FT-RCC3;
R B1 and R B2 are both methyl (e.g. linked by acetone), e.g. 1AT-RCC3, and
R B1 is hydrogen and R B2 is methyl (eg linked with an acetaldehyde), such as 6ET-RCC3.

特定の実施形態では、式C3の収着化合物は、2つ以上の(最も好ましくはちょうど2つの)異なるタイプの分子連結(式DのTie基)を含む。式Dの異なる分子連結を有するそのような実施形態の例(したがって、収着化合物を形成するために使用される分子連結化合物)は、以下からなる群から選択される
i.RB1及びRB2が、いずれも水素である(例えばホルムアルデヒドで連結している)第1の分子連結、並びに、RB1が、水素であり、RB2が、メチルである(例えばアセトアルデヒドで連結している)第2の分子連結、例えば1ET-5FT-RCC3、
ii.RB1及びRB2が、いずれも水素である(例えばホルムアルデヒドで連結している)第1の分子連結、並びにRB1及びRB2が、いずれもメチルである(例えばアセトンで連結している)第2の分子連結、例えば1AT-5FT-RCC3、並びに
iii.RB1及びRB2が、いずれも水素である(例えばホルムアルデヒドで連結している)第1の分子連結、並びにRB1が、水素であり、RB2が、エチルである(例えばプロピオンアルデヒドで連結している)第2の分子連結、例えば1PT-5FT-RCC3。
In certain embodiments, the sorption compound of formula C3 comprises two or more (most preferably exactly two) different types of molecular linkages (Tie groups of formula D). Examples of such embodiments having different molecular linkages of formula D (and therefore molecular linkage compounds used to form the sorption compound) are selected from the group consisting of:
i.e., a first molecular linkage in which R and R are both hydrogen (e.g., formaldehyde linked), and a second molecular linkage in which R is hydrogen and R is methyl (e.g., acetaldehyde linked), e.g., 1ET-5FT-RCC;
ii. a first molecular linkage where R and R are both hydrogen (e.g., linked by formaldehyde), and a second molecular linkage where R and R are both methyl (e.g., linked by acetone), e.g., 1AT- 5FT -RCC; and
iii. A first molecular linkage where R and R are both hydrogen (e.g., linked by formaldehyde), and a second molecular linkage where R is hydrogen and R is ethyl (e.g., linked by propionaldehyde), e.g., 1PT-5FT- RCC3 .

特定の実施形態では、収着化合物は、6FT-RCC3、5FT-RCC3、6ET-RCC3、1AT-RCC3、1ET-5FT-RCC3、1AT-5FT-RCC3、1PT-5FT-RCC3からなる群から選択される。 In certain embodiments, the sorption compound is selected from the group consisting of 6FT-RCC3, 5FT-RCC3, 6ET-RCC3, 1AT-RCC3, 1ET-5FT-RCC3, 1AT-5FT-RCC3, and 1PT-5FT-RCC3.

特定の実施形態では、収着化合物は、5FT-RCC3、6ET-RCC3、1ET-5FT-RCC3、1AT-5FT-RCC3、1PT-5FT-RCC3からなる群から選択される。 In certain embodiments, the sorption compound is selected from the group consisting of 5FT-RCC3, 6ET-RCC3, 1ET-5FT-RCC3, 1AT-5FT-RCC3, and 1PT-5FT-RCC3.

特定の実施形態では、収着化合物が、6FT-RCC3又は1AT-RCC3ではないという条件で、収着化合物は、本明細書のいずれかの箇所で定義されている通りである。 In certain embodiments, the sorption compound is as defined anywhere herein, provided that the sorption compound is not 6FT-RCC3 or 1AT-RCC3.

特定の実施形態では、収着化合物は、6ET-RCC3である。6ET-RCC3は、式C3の収着化合物に一致し、すべてのTie基は同一であり、Tie基のRB1は、水素であり、Tie基のRB2は、メチルであり(例えばアセトアルデヒドで連結している)、cは6であり、aは0である。 In certain embodiments, the sorption compound is 6ET-RCC3, which corresponds to a sorption compound of formula C3, in which all Tie groups are identical, R B1 of the Tie groups is hydrogen, R B2 of the Tie groups is methyl (e.g., linked by acetaldehyde), c is 6, and a is 0.

収着化合物がキラルである場合、収着化合物は、ラセミ混合物であり得る、又は、単一の鏡像異性体として鏡像異性的に純粋であり得る(又は鏡像異性的に富化され得る)。適用可能であれば、収着化合物の(主な)鏡像異性体は、好適には、ある対応する共結晶化化合物のものとは反対のキラリティーのである。 When the sorption compound is chiral, it may be a racemic mixture or may be enantiomerically pure (or enantiomerically enriched) as a single enantiomer. Where applicable, the (major) enantiomer of the sorption compound is preferably of opposite chirality to that of any corresponding co-crystallized compound.

結晶構造及び同形結晶化
収着化合物は、好適には結晶化させて、収着化合物結晶又は結晶性収着化合物が得られる。結晶性収着化合物は、好適には、内在空隙(すなわち内部空洞)を含む。結晶性収着化合物は、好適には、外部の空隙も含む(好適には個々の収着化合物分子の間に)。内在及び外部の空隙の組合せにより、好適には、連続した多孔チャネルを含む相互接続した3次元(3D)多孔性ネットワークが得られる。
Crystal Structure and Isomorphous Crystallization The sorption compound is preferably crystallized to obtain sorption compound crystals or crystalline sorption compounds. The crystalline sorption compound preferably comprises intrinsic voids (i.e., internal cavities). The crystalline sorption compound also preferably comprises external voids (preferably between individual sorption compound molecules). The combination of intrinsic and external voids preferably results in an interconnected three-dimensional (3D) porous network comprising continuous porous channels.

収着化合物は、好適には、ダイヤモンドイド細孔ネットワークを有する。 The sorption compound preferably has a diamondoid pore network.

空洞サイズ
収着化合物は、このケースでは、好適には標的物質であるゲストを収容することが可能な内部空洞を、好適には有する。内部空洞は、好適には、標的物質(又は1つ若しくは複数の標的物質)に対処する大きさである。
Cavity Size The sorption compound preferably has an internal cavity capable of accommodating a guest, in this case preferably a target substance. The internal cavity is preferably sized to accommodate the target substance (or target substances).

空洞サイズは、好適には、内部空洞の最小寸法と一致し、これが「細孔径」と考えられる。空洞サイズは、好適には、標的物質の大きさ(又は最大寸法)より大きい。空洞サイズは、非標的物質の大きさ(又は最大寸法)より大きいことがある。標的物質の大きさは、物質の「大きさ」に関係して本明細書で定義されているように決定され得る。 The cavity size preferably corresponds to the smallest dimension of the internal cavity, which is considered the "pore size." The cavity size is preferably larger than the size (or largest dimension) of the target material. The cavity size may be larger than the size (or largest dimension) of non-target materials. The size of the target material may be determined as defined herein in relation to the "size" of the material.

本発明に関連する収着の選択性の利点は、標的化合物(又は非標的化合物、とりわけ標的と非標的との間における原子又は分子の大きさが、同一又は類似している場合)と、空洞サイズとの間における大きさの差が、標的化合物の(及び/又は非標的化合物の)熱的ドブロイ波長と同等である場合に現れる。したがって、水素が非標的化合物である場合、本発明の利点は、5Å以下の空洞サイズ(又は細孔径)で実現できる。 The sorption selectivity advantages associated with the present invention are realized when the size difference between the target compound (or non-target compound, particularly when the atomic or molecular sizes of the target and non-target compounds are the same or similar) and the cavity size is comparable to the thermal de Broglie wavelength of the target compound (and/or non-target compound). Therefore, when hydrogen is the non-target compound, the advantages of the present invention can be realized with a cavity size (or pore diameter) of 5 Å or less.

好ましくは、空洞サイズは、標的物質のドブロイ波長、好適には熱的ドブロイ波長に類似する。空洞サイズは、好ましくは、非標的物質のドブロイ波長(好適には熱的ドブロイ波長)よりも、標的物質のドブロイ波長(好適には熱的ドブロイ波長)に数値的に近い。空洞サイズは、非標的物質よりも標的物質に対する選択性が増加すると考えられる。 Preferably, the cavity size is similar to the de Broglie wavelength, preferably the thermal de Broglie wavelength, of the target material. The cavity size is preferably numerically closer to the de Broglie wavelength, preferably the thermal de Broglie wavelength, of the target material than to the de Broglie wavelength, preferably the thermal de Broglie wavelength, of non-target materials. The cavity size is believed to increase selectivity for the target material over non-target materials.

好適には、前述の大きさは、空洞サイズであれ標的物質(又はその該当分子)の大きさであれ、平均(例えば中央、又は他の統計的平均、例えばボルツマン平均)の大きさである。 Preferably, the aforementioned size, whether it be the cavity size or the size of the target substance (or its corresponding molecule), is an average (e.g., median, or other statistical average, e.g., Boltzmann mean) size.

空洞サイズは、分子のたわみ性を考慮して、(例えば分子動力学MDのシミュレーションによる)測定又は計算により決定して、単一の静的細孔径(static pore diameter)(例えばPLD)ではなく、時間平均の細孔限定包絡線(PLE)を確かめることができる。特定のPLE値は、好適には、前記値を中心としたPLEを意味する。 The cavity size can be determined by measurement (e.g., by molecular dynamics (MD) simulation) or calculation, taking into account molecular flexibility, to ascertain the time-averaged pore limit envelope (PLE) rather than a single static pore diameter (e.g., PLD). A particular PLE value preferably refers to the PLE centered around that value.

好適には、SATPにおける、又は該当接触温度における収着化合物の空洞サイズと、標的物質の大きさ(原子又は分子の、例えばファンデルワールス直径又は有効ファンデルワールス直径)との間における差は、それぞれSATPにおける、又は該当接触温度における、標的物質のドブロイ波長の+/-5Å以内、好適には+/-4Å以内、好適には+/-3.5Å以内、好適には+/-2Å以内 好適には+/-1Å以内、好適には+/-0.5Å以内である。好適には、SATPにおける、又は該当接触温度における収着化合物の空洞サイズと、標的物質の大きさ(原子又は分子の、例えばファンデルワールス直径又は有効ファンデルワールス直径)との間における差は、それぞれSATPにおける、又は該当接触温度における標的物質のドブロイ波長の大きくとも0.4Å、好適には大きくとも0.3Å、好適には大きくとも0.2Åである。 Preferably, the difference between the cavity size of the sorption compound at the SATP or at the contact temperature and the size of the target substance (e.g., the van der Waals diameter or effective van der Waals diameter of the atoms or molecules) is within +/- 5 Å, preferably within +/- 4 Å, preferably within +/- 3.5 Å, preferably within +/- 2 Å, preferably within +/- 1 Å, preferably within +/- 0.5 Å of the de Broglie wavelength of the target substance at the SATP or at the contact temperature, respectively. Preferably, the difference between the cavity size of the sorption compound at the SATP or at the contact temperature and the size of the target substance (e.g., the van der Waals diameter or effective van der Waals diameter of the atoms or molecules) is at most 0.4 Å, preferably at most 0.3 Å, preferably at most 0.2 Å of the de Broglie wavelength of the target substance at the SATP or at the contact temperature, respectively.

好適には、SATPにおける収着化合物の空洞サイズは、SATPにおける標的物質のドブロイ波長の+/-5Å以内である。好適には、SATPにおける収着化合物の空洞サイズは、SATPにおける標的物質のドブロイ波長の+/-4Å以内である。好適には、SATPにおける収着化合物の空洞サイズは、SATPにおける標的物質のドブロイ波長の+/-3.5Å以内である。より好ましくは、SATPにおける収着化合物の空洞サイズは、SATPにおける標的物質のドブロイ波長の+/-2Å以内である。好適には、SATPにおける収着化合物の空洞サイズは、SATPにおける標的物質のドブロイ波長の+/-1Å以内である。好適には、SATPにおける収着化合物の空洞サイズは、SATPにおける標的物質のドブロイ波長の+/-0.5Å以内である。 Preferably, the cavity size of the sorption compound in the SATP is within +/- 5 Å of the de Broglie wavelength of the target substance in the SATP. Preferably, the cavity size of the sorption compound in the SATP is within +/- 4 Å of the de Broglie wavelength of the target substance in the SATP. Preferably, the cavity size of the sorption compound in the SATP is within +/- 3.5 Å of the de Broglie wavelength of the target substance in the SATP. More preferably, the cavity size of the sorption compound in the SATP is within +/- 2 Å of the de Broglie wavelength of the target substance in the SATP. Preferably, the cavity size of the sorption compound in the SATP is within +/- 1 Å of the de Broglie wavelength of the target substance in the SATP. Preferably, the cavity size of the sorption compound in the SATP is within +/- 0.5 Å of the de Broglie wavelength of the target substance in the SATP.

好適には、該当接触温度における収着化合物の空洞サイズは、該当接触温度における標的物質のドブロイ波長の+/-5Å以内である。好適には、該当接触温度における収着化合物の空洞サイズは、該当接触温度における標的物質のドブロイ波長の+/-4Å以内である。好適には、該当接触温度における収着化合物の空洞サイズは、該当接触温度における標的物質のドブロイ波長の+/-3.5Å以内である。より好ましくは、該当接触温度における収着化合物の空洞サイズは、該当接触温度における標的物質のドブロイ波長の+/-2Å以内である。好適には、該当接触温度における収着化合物の空洞サイズは、該当接触温度における標的物質のドブロイ波長の+/-1Å以内である。好適には、該当接触温度における収着化合物の空洞サイズは、該当接触温度における標的物質のドブロイ波長の+/-0.5Å以内である。好適には、該当接触温度における収着化合物の空洞サイズは、該当接触温度における標的物質のドブロイ波長の+/-0.4Å以内である。 Preferably, the cavity size of the sorption compound at the contact temperature is within +/- 5 Å of the de Broglie wavelength of the target material at the contact temperature. Preferably, the cavity size of the sorption compound at the contact temperature is within +/- 4 Å of the de Broglie wavelength of the target material at the contact temperature. Preferably, the cavity size of the sorption compound at the contact temperature is within +/- 3.5 Å of the de Broglie wavelength of the target material at the contact temperature. More preferably, the cavity size of the sorption compound at the contact temperature is within +/- 2 Å of the de Broglie wavelength of the target material at the contact temperature. Preferably, the cavity size of the sorption compound at the contact temperature is within +/- 1 Å of the de Broglie wavelength of the target material at the contact temperature. Preferably, the cavity size of the sorption compound at the contact temperature is within +/- 0.5 Å of the de Broglie wavelength of the target material at the contact temperature. Preferably, the cavity size of the sorption compound at the contact temperature is within +/- 0.4 Å of the de Broglie wavelength of the target material at the contact temperature.

好適には、SATPにおける空洞サイズは、大きくとも6.0Åである。好適には、SATPにおける空洞サイズは、大きくとも5.0Åである。好適には、SATPにおける空洞サイズは、0.1から4.0Åの間である。好適には、SATPにおける空洞サイズは、0.2から3.5Åの間である。好適には、SATPにおける空洞サイズは、0.3から3.0Åの間である。好適には、SATPにおける空洞サイズは、0.5から2.5Åの間である。好適には、SATPにおける空洞サイズは、1から2.4Åの間である。好適には、SATPにおける空洞サイズは、1.5から2.3Åの間である。好ましくは、SATPにおける空洞サイズは、1.6から2.1Åの間である。特定の実施形態では、空洞サイズは、1.9から2.0Åの間である。 Preferably, the cavity size in SATP is at most 6.0 Å. Preferably, the cavity size in SATP is at most 5.0 Å. Preferably, the cavity size in SATP is between 0.1 and 4.0 Å. Preferably, the cavity size in SATP is between 0.2 and 3.5 Å. Preferably, the cavity size in SATP is between 0.3 and 3.0 Å. Preferably, the cavity size in SATP is between 0.5 and 2.5 Å. Preferably, the cavity size in SATP is between 1 and 2.4 Å. Preferably, the cavity size in SATP is between 1.5 and 2.3 Å. Preferably, the cavity size in SATP is between 1.6 and 2.1 Å. In certain embodiments, the cavity size is between 1.9 and 2.0 Å.

好適には、該当接触温度における空洞サイズは、大きくとも6.0Åである。好適には、該当接触温度における空洞サイズは、大きくとも5.0Åである。好適には、該当接触温度における空洞サイズは、0.1から4.0Åの間である。好適には、該当接触温度における空洞サイズは、0.2から3.5Åの間である。好適には、該当接触温度における空洞サイズは、0.3から3.0Åの間である。好適には、該当接触温度における空洞サイズは、0.5から2.5Åの間である。好適には、該当接触温度における空洞サイズは、1から2.4Åの間である。好適には、該当接触温度における空洞サイズは、1.5から2.3Åの間である。好ましくは、該当接触温度における空洞サイズは、1.6から2.1Åの間である。特定の実施形態では、空洞サイズは、1.9から2.0Åの間である。 Preferably, the cavity size at the contact temperature is at most 6.0 Å. Preferably, the cavity size at the contact temperature is at most 5.0 Å. Preferably, the cavity size at the contact temperature is between 0.1 and 4.0 Å. Preferably, the cavity size at the contact temperature is between 0.2 and 3.5 Å. Preferably, the cavity size at the contact temperature is between 0.3 and 3.0 Å. Preferably, the cavity size at the contact temperature is between 0.5 and 2.5 Å. Preferably, the cavity size at the contact temperature is between 1 and 2.4 Å. Preferably, the cavity size at the contact temperature is between 1.5 and 2.3 Å. Preferably, the cavity size at the contact temperature is between 1.6 and 2.1 Å. In certain embodiments, the cavity size is between 1.9 and 2.0 Å.

収着化合物は、好適にはSATPにおいて、及び/又は好適には該当接触温度において、好適にはプロチウムに多孔性である。収着化合物は、好適にはSATPにおいて、及び/又は好適には該当接触温度において、好適にはジュウテリウムに多孔性である。収着化合物は、好適にはSATPにおいて、及び/又は好適には該当接触温度において、好適にはプロチウム及びジュウテリウムに多孔性である。 The sorption compound is preferably porous to protium, preferably at SATP and/or preferably at the relevant contact temperature. The sorption compound is preferably porous to deuterium, preferably at SATP and/or preferably at the relevant contact temperature. The sorption compound is preferably porous to protium and deuterium, preferably at SATP and/or preferably at the relevant contact temperature.

収着化合物が結晶化して、収着化合物の結晶又は結晶性収着化合物が得られる場合、好適には、収着化合物は、空洞サイズより大きい外部の空隙を含むが、いくつかの実施形態では、外部の空隙は、空洞サイズよりわずかに小さいことがある。好適には、収着化合物の外部の空隙の大きさは、収着化合物の空洞サイズの1Å以内、好適にはその0.5Å以内、好適にはその0.2Å以内である。 When the sorption compound crystallizes to provide sorption compound crystals or a crystalline sorption compound, the sorption compound preferably includes external voids that are larger than the cavity size, although in some embodiments the external voids may be slightly smaller than the cavity size. Preferably, the size of the external voids of the sorption compound is within 1 Å of the cavity size of the sorption compound, preferably within 0.5 Å, and preferably within 0.2 Å.

収着化合物を調製する方法
本発明は、収着化合物を調製する方法であって、本明細書で定義されている前駆体化合物と分子連結化合物を反応させることを含む方法を提供する。
Methods for Preparing Sorption Compounds The present invention provides a method for preparing a sorption compound, comprising reacting a precursor compound, as defined herein, with a molecular linking compound.

本発明は、収着化合物を調製する方法であって、本明細書で定義されている前駆体化合物を得、前駆体化合物は、1個又は複数の官能基化可能な基を保有する内部空洞を含む、多孔性有機ケージであること、及び、官能基化可能な基の1個又は複数を官能基化して、内部空洞の大きさを修飾する(好適には縮小する)ことを含む、方法を提供する。好適には内部空洞の官能基化は、収着化合物の結晶構造を変更しない。 The present invention provides a method for preparing a sorption compound, comprising obtaining a precursor compound as defined herein, the precursor compound being a porous organic cage comprising an internal cavity carrying one or more functionalizable groups, and functionalizing one or more of the functionalizable groups to modify (preferably reduce) the size of the internal cavity. Preferably, functionalization of the internal cavity does not alter the crystalline structure of the sorption compound.

内部空洞の官能基化可能な基は、好適には、適正に官能基化して、望ましい空洞サイズが得られる。したがって、内部空洞を官能基化することは、好適には、内部空洞及び/又は空洞サイズ(及び/又は空洞-ウィンドウの大きさ)の微調整を構成する。 The functionalizable groups of the internal cavity are preferably appropriately functionalized to obtain the desired cavity size. Thus, functionalizing the internal cavity preferably constitutes fine-tuning of the internal cavity and/or cavity size (and/or cavity-window size).

収着化合物を形成する、前駆体化合物の官能基化は、好適には、
i)1個又は複数の官能基化可能な基(又は、官能基化可能な基の1つ若しくは複数のセット若しくはペア)を、第1の官能基化物質で官能基化して、1個又は複数の第1の官能基化された基を得る工程、
ii)1個又は複数の他の官能基化可能な基(又は、官能基化可能な基の1つ若しくは複数の他のセット若しくはペア)を、第2の官能基化物質で官能基化して、1個又は複数の第2の官能基化された基を得る工程、
iii)第1の官能基化された基の1個又は複数を脱官能基化して(又は脱保護して)、好適には、再生される官能基化可能な基に対応する、1個又は複数の第1の脱官能基化された基を得る工程、
iv)第1の脱官能基化された基の1個又は複数を、任意選択で、第1又は第2の官能基化物質のいずれかと同一である、又はそれと異なる第3の官能基化物質で再度官能基化して、1個又は複数の第3の官能基化された基を得る工程、
v)第2の官能基化された基の1個又は複数を脱官能基化して(又は脱保護して)、好適には、再生される官能基化可能な基に対応する、1個又は複数の第2の脱官能基化された基を得る工程、
vi)第2の脱官能基化された基の1個又は複数を、任意選択で、第1、第2又は第3の官能基化物質のいずれかと同一である、又はそれと異なる官能基化物質で再度官能基化して、1個又は複数の第4の官能基化された基を得る工程の1つ又は複数を含み得る。
The functionalization of the precursor compound to form the sorption compound is preferably carried out by
i) functionalizing one or more functionalizable groups (or one or more sets or pairs of functionalizable groups) with a first functionalizing agent to obtain one or more first functionalized groups;
ii) functionalizing one or more other functionalizable groups (or one or more other sets or pairs of functionalizable groups) with a second functionalizing agent to obtain one or more second functionalized groups;
iii) defunctionalizing (or deprotecting) one or more of the first functionalized groups to obtain one or more first defunctionalized groups, preferably corresponding to the functionalizable groups to be regenerated;
iv) optionally re-functionalizing one or more of the first defunctionalized groups with a third functionalizing agent that is the same as or different from either the first or second functionalizing agent to obtain one or more third functionalized groups;
v) defunctionalizing (or deprotecting) one or more of the second functionalized groups to obtain one or more second defunctionalized groups, preferably corresponding to the functionalizable groups to be regenerated;
vi) optionally re-functionalizing one or more of the second defunctionalized groups with a functionalizing agent that is the same as or different from any of the first, second, or third functionalizing agents to obtain one or more fourth functionalized groups.

好ましくは、前駆体化合物の官能基化は、少なくとも工程i)、また、いくつかの実施形態では、工程i)のみ(工程i)~vi)の)を含んで、それにより、単一の官能基化物質から形成されるホモ官能基化された収着化合物を得る。 Preferably, functionalization of the precursor compound includes at least step i), and in some embodiments, only step i) (steps i) through vi), thereby obtaining a homo-functionalized sorption compound formed from a single functionalizing material.

ある実施形態では、前駆体化合物の官能基化は、少なくとも工程i)及びii)、また、いくつかの実施形態では工程i)及びii)のみ(工程i)~vi)の)を含んで、それにより、2つの異なる官能基化物質から形成されるヘテロ官能基化された収着化合物を得る。 In some embodiments, functionalization of the precursor compound includes at least steps i) and ii), and in some embodiments, only steps i) and ii) (steps i) through vi) to obtain a heterofunctionalized sorption compound formed from two different functionalizing materials.

ある実施形態では、前駆体化合物の官能基化は、少なくとも工程i)、ii)及びiii)、また、いくつかの実施形態では工程i)、ii)及びiii)のみ(工程i)~vi)の)を含んで、それにより、単一の官能基化物質から形成されるホモ官能基化された収着化合物を得る(但し、好適には、さほど官能基化されず、場合により、同一の官能基化物質を用いて工程i)にのみ関与する対応する方法よりも空洞サイズが小さい)。 In some embodiments, functionalization of the precursor compound includes at least steps i), ii), and iii), and in some embodiments, only steps i), ii), and iii) (steps i) through vi), thereby obtaining a homo-functionalized sorption compound formed from a single functionalizing material (although preferably less functionalized and, optionally, having a smaller cavity size than a corresponding method involving only step i) using the same functionalizing material).

ある実施形態では、前駆体化合物の官能基化は、少なくとも工程i)、ii)、iii)及びiv)、また、いくつかの実施形態では、工程i)、ii)、iii)及びiv)のみ(工程i)~vi)の)を含んで、それにより、2つの異なる官能基化物質から形成されるヘテロ官能基化された収着化合物(第2及び第3の官能基化物)を得る。そのような実施形態では、工程i)は、保護する工程として作用し、第1の官能基化物質を、後に工程iii)で除去される保護基として導入する。 In some embodiments, functionalization of the precursor compound includes at least steps i), ii), iii), and iv), and in some embodiments, only steps i), ii), iii), and iv) (steps i) through vi), thereby obtaining a heterofunctionalized sorption compound (second and third functionalized compounds) formed from two different functionalized substances. In such embodiments, step i) acts as a protecting step, introducing the first functionalized substance as a protecting group that is subsequently removed in step iii).

いくつかの実施形態では、更なる微調整は、第2の官能基化も保護する工程である場合に行われ得、そのような実施形態は、工程i)~v)のすべて又は工程i)~vi)のすべてを含み得る。 In some embodiments, further refinement can be performed where a second functionalization is also a protecting step, and such embodiments can include all of steps i) through v) or all of steps i) through vi).

収着化合物を形成する、前駆体化合物の官能基化は、好適には、以下を含み得る
- 単一の連結化合物での官能基化、部分的に(すなわち、内部空洞内における官能基化可能な基の一部を官能基化するが、すべては官能基化しないこと)又は完全に(すなわち、内部空洞内における、すべての官能基化可能な基を官能基化すること)を問わない、
- 第1の連結化合物が、第2の連結化合物より大きい(立体的に)、第1の連結化合物での部分的な官能基化、続いて、第2の連結化合物での官能基化、
- 第1の連結化合物が、第2の連結化合物より大きい(立体的に)、第1の連結化合物での部分的な官能基化、続いて、第2の連結化合物での官能基化、その後、第1の連結化合物の脱官能基化(脱保護)、
- 第1の連結化合物が、第2の連結化合物より大きい(立体的に)、第1の連結化合物での部分的な官能基化、続いて、第2の連結化合物での官能基化、その後、第1の連結化合物の脱官能基化(脱保護)、及び第3の連結化合物での再官能基化。
The functionalization of the precursor compound to form the sorption compound may suitably include:
functionalization with a single linking compound, whether partial (i.e. functionalization of some but not all of the functionalizable groups within the internal cavity) or complete (i.e. functionalization of all of the functionalizable groups within the internal cavity);
- partial functionalization with a first linking compound, where the first linking compound is larger (sterically) than the second linking compound, followed by functionalization with a second linking compound;
- partial functionalization with a first linking compound, where the first linking compound is larger (sterically) than the second linking compound, followed by functionalization with a second linking compound, and then defunctionalization (deprotection) of the first linking compound;
- partial functionalization with a first linking compound, where the first linking compound is larger (sterically) than the second linking compound, followed by functionalization with a second linking compound, then defunctionalization (deprotection) of the first linking compound, and refunctionalization with a third linking compound.

収着化合物を調製する方法は、好適には、RCC3と、ホルムアルデヒド(又はその合成等価物、例えばパラホルムアルデヒド、又はホルムアルデヒドのアセタール若しくはヘミアセタール)を反応させて、収着化合物6FT-RCC3を生成することを含み得る。 The method for preparing the sorption compound may suitably include reacting RCC3 with formaldehyde (or a synthetic equivalent thereof, such as paraformaldehyde, or an acetal or hemiacetal of formaldehyde) to produce the sorption compound 6FT-RCC3.

収着化合物を調製する方法は、好適には、RCC3と、アセトアルデヒド(又はその合成等価物)を反応させて、収着化合物6ET-RCC3を生成することを含み得る。 The method for preparing the sorption compound may suitably include reacting RCC3 with acetaldehyde (or a synthetic equivalent thereof) to produce the sorption compound 6ET-RCC3.

収着化合物を調製する方法は、好適には、RCC3と、アセトン(又はその合成等価物)を反応させて、収着化合物1AT-RCC3を生成することを含み得る。 The method for preparing the sorption compound may suitably include reacting RCC3 with acetone (or a synthetic equivalent thereof) to produce the sorption compound 1AT-RCC3.

収着化合物を調製する方法は、好適には、RCC3と、アセトン(又はその合成等価物)を反応させて、収着化合物1AT-RCC3を生成し、その後、1AT-RCC3とホルムアルデヒド(又はその合成等価物)を反応させて、収着化合物1AT-5FT-RCC3を生成することを含み得る。 The method for preparing the sorption compound may suitably include reacting RCC3 with acetone (or a synthetic equivalent thereof) to form the sorption compound 1AT-RCC3, and then reacting 1AT-RCC3 with formaldehyde (or a synthetic equivalent thereof) to form the sorption compound 1AT-5FT-RCC3.

収着化合物を調製する方法は、好適には、RCC3と、アセトン(又はその合成等価物)を反応させて、収着化合物1AT-RCC3を生成すること、次いで、1AT-RCC3とホルムアルデヒド(又はその合成等価物)を反応させて、収着化合物1AT-5FT-RCC3を生成すること、その後、アセトン連結を除去して(脱保護して)、5FT-RCC3を生成することを含み得る。 The method for preparing the sorption compound may suitably include reacting RCC3 with acetone (or a synthetic equivalent thereof) to form the sorption compound 1AT-RCC3, then reacting 1AT-RCC3 with formaldehyde (or a synthetic equivalent thereof) to form the sorption compound 1AT-5FT-RCC3, and then removing (deprotecting) the acetone linkage to form 5FT-RCC3.

収着化合物を調製する方法は、好適には、RCC3と、アセトン(又はその合成等価物)を反応させて、収着化合物1AT-RCC3を生成すること、次いで、1AT-RCC3と、ホルムアルデヒド(又はその合成等価物)を反応させて、収着化合物1AT-5FT-RCC3を生成すること、その後、アセトン連結を除去して(脱保護して)、5FT-RCC3を生成すること、次いで、5FT-RCC3と、アセトアルデヒド(又はその合成等価物)を反応させて、収着化合物1ET-5FT-RCC3を生成することを含み得る。 The method for preparing the sorption compound may suitably include reacting RCC3 with acetone (or a synthetic equivalent thereof) to form the sorption compound 1AT-RCC3, then reacting 1AT-RCC3 with formaldehyde (or a synthetic equivalent thereof) to form the sorption compound 1AT-5FT-RCC3, then removing (deprotecting) the acetone linkage to form 5FT-RCC3, and then reacting 5FT-RCC3 with acetaldehyde (or a synthetic equivalent thereof) to form the sorption compound 1ET-5FT-RCC3.

収着化合物を調製する方法は、好適には、RCC3と、アセトン(又はその合成等価物)を反応させて、収着化合物1AT-RCC3を生成すること、次いで、1AT-RCC3と、ホルムアルデヒド(又はその合成等価物)を反応させて、収着化合物1AT-5FT-RCC3を生成すること、その後、アセトン連結を除去して(脱保護して)、5FT-RCC3を生成すること、次いで、5FT-RCC3と、プロピオンアルデヒド(又はその合成等価物)を反応させて、収着化合物1PT-5FT-RCC3を生成することを含み得る。 The method for preparing the sorption compound may suitably include reacting RCC3 with acetone (or a synthetic equivalent thereof) to form the sorption compound 1AT-RCC3, then reacting 1AT-RCC3 with formaldehyde (or a synthetic equivalent thereof) to form the sorption compound 1AT-5FT-RCC3, then removing (deprotecting) the acetone linkage to form 5FT-RCC3, and then reacting 5FT-RCC3 with propionaldehyde (or a synthetic equivalent thereof) to form the sorption compound 1PT-5FT-RCC3.

すべての反応は、好適には溶液中で行われる。 All reactions are preferably carried out in solution.

本発明は、収着化合物を調製する方法であって、
収着化合物は、1個又は複数の官能基化可能な基を有する内部空洞を含む多孔性有機ケージである、予め官能基化された収着化合物を調製すること、並びに
任意選択で、保護基を有する内部空洞内の官能基化可能な基を、すべてではないが一部保護すること、1個又は複数の保護されていない官能基化可能な基を官能基化すること、保護基で保護されている官能基化可能な基を脱保護すること、及び任意選択で、その後、1個又は複数の保護されていない官能基化可能な基を更に官能基化することにより、収着化合物の内部空洞を化学的に修飾する(後官能基化する)ことを含む方法を提供する。
The present invention provides a method for preparing a sorption compound, comprising the steps of:
The sorption compound is a porous organic cage comprising an interior cavity having one or more functionalizable groups, and optionally chemically modifying the interior cavity of the sorption compound (post-functionalizing) by protecting some, but not all, of the functionalizable groups in the interior cavity with protecting groups, functionalizing one or more unprotected functionalizable groups, deprotecting the protected functionalizable groups, and optionally subsequently further functionalizing one or more unprotected functionalizable groups.

微調整
本発明は、多孔性有機ケージの内部空洞を微調整する方法であって、本明細書で定義されている前駆体化合物を得ることを含み、前駆体化合物は、1個又は複数の官能基化可能な基を保有する内部空洞を含む多孔性有機ケージであり、官能基化可能な基の1個又は複数を選択的に官能基化して、内部空洞の大きさを微調整する(好適には縮小する)、方法を提供する。好適には内部空洞の官能基化は、収着化合物の結晶構造を変更しない。微調整の方法は、好適には、本明細書で定義されている収着化合物を調製する方法の工程を行うことを含む。この方法は、その後、本明細書で定義されている収着する方法(又は他の関連した方法、例えば抽出する方法)における、収着化合物を使用することを更に含み得る。
The present invention provides a method for fine-tuning the internal cavity of a porous organic cage, comprising obtaining a precursor compound as defined herein, which precursor compound is a porous organic cage comprising an internal cavity carrying one or more functionalizable groups, and selectively functionalizing one or more of the functionalizable groups to fine-tune (preferably reduce) the size of the internal cavity. Preferably, functionalization of the internal cavity does not alter the crystalline structure of the sorption compound. The method of fine-tuning preferably comprises carrying out the steps of the method for preparing a sorption compound as defined herein. The method may further comprise subsequently using the sorption compound in a sorption method (or other related method, e.g., an extraction method) as defined herein.

本発明のある態様によれば、標的物質及び非標的物質を含む、それらから本質的になる、又はそれらからなる標的混合物から、1つ又は複数の標的物質を、1つ又は複数の非標的物質より優先的に収着する方法であって、
収着化合物は、1個又は複数の官能基化可能な基を有する内部空洞を含む多孔性有機ケージである、予め官能基化された収着化合物を調製すること、
保護基を有する内部空洞内の官能基化可能な基を、すべてではないが一部保護すること、1個又は複数の保護されていない官能基化可能な基を官能基化すること、保護基で保護されている官能基化可能な基を脱保護すること、及び任意選択で、その後、更に1個又は複数の保護されていない官能基化可能な基を官能基化することにより、任意選択で、収着化合物の内部空洞を化学的に修飾する(後官能基化する)こと、並びに、
収着組成物は、収着化合物、及び任意選択で共結晶化化合物を含む、それらから本質的になる、又はそれらからなる、標的混合物と収着組成物(又は収着組成物を含むデバイス)を接触させることを含む、方法が提供される。
According to one aspect of the present invention, there is provided a method for preferentially sorbing one or more target substances over one or more non-target substances from a target mixture comprising, consisting essentially of, or consisting of target substances and non-target substances, the method comprising:
preparing a pre-functionalized sorption compound, wherein the sorption compound is a porous organic cage containing an interior cavity having one or more functionalizable groups;
Optionally chemically modifying the interior cavity of the sorption compound (post-functionalizing) by protecting some, but not all, of the functionalizable groups in the interior cavity with protecting groups, functionalizing one or more unprotected functionalizable groups, deprotecting the protected functionalizable groups with protecting groups, and optionally then further functionalizing one or more unprotected functionalizable groups; and
Methods are provided that include contacting a sorption composition (or a device comprising a sorption composition) with a target mixture, wherein the sorption composition comprises, consists essentially of, or consists of a sorption compound and, optionally, a co-crystallized compound.

共結晶化化合物
共結晶化化合物は、収着化合物に関係した本明細書で示されている定義のいずれかに従って定義され得るが、但し、共結晶化化合物が、収着化合物(又は分子)と異なる、すなわち化学的に異なる化合物である(が、その他の点のいずれか、一部又はすべてについて、これらは同様又は同一であり得る)ことを唯一の条件とする。したがって、共結晶化化合物は、好適には、多次元(少なくとも2次元、好ましくは3次元)相互接続(好適には、相互接続した空隙を経由した)多孔性ネットワークを含む。共結晶化化合物は、好適にはそれら自体の多孔性分子内の空洞から生じる内在細孔を好適には含み、そのような内在空隙は、好適には、全体の結晶構造から独立している。共結晶化化合物は、内在及び/又は外部細孔(又は空隙)のいずれか又はその両方を含み得る。収着化合物は、好適には、少なくとも1つの内在空洞を含む。収着化合物は、好ましくは、多孔性有機ケージ(POC)である。
Co-crystallized Compounds Co-crystallized compounds may be defined according to any of the definitions set forth herein relating to sorption compounds, with the sole proviso that the co-crystallized compound is a different, i.e., chemically distinct, compound from the sorption compound (or molecule) (although they may be similar or identical in any, some, or all other respects). Thus, the co-crystallized compound preferably comprises a multidimensional (at least two-dimensional, preferably three-dimensional) interconnected (preferably via interconnected voids) porous network. Co-crystallized compounds preferably comprise endogenous pores arising from cavities within their own porous molecules, and such endogenous voids are preferably independent of the overall crystalline structure. Co-crystallized compounds may comprise either endogenous and/or external pores (or voids), or both. Sorption compounds preferably comprise at least one endogenous void. Sorption compounds are preferably porous organic cages (POCs).

共結晶化化合物は、好適には、収着化合物と異なるが、共結晶化化合物は、好適には、収着化合物と(実質的に)同形様式で結晶化する、すなわち、共結晶化化合物は、好適には、収着化合物と(実質的に)同一の結晶構造を有する。共結晶化化合物及び収着化合物のいずれも、好適には、ダイヤモンドイド細孔ネットワークを有する。好適には、収着化合物及び共結晶化化合物の個々の結晶構造は、同一の対称性(わずかに大きさが異なっていても)を有する。好適には、収着化合物及び共結晶化化合物の個々の結晶構造は、同一の空間群を有する。好適には、収着化合物及び共結晶化化合物の個々の結晶構造は、同一の単位セル構造を有する。共結晶化化合物の内在及び外部の空隙の組合せにより、好適には、連続した多孔性チャネルを含む、相互接続した3次元(3D)多孔性ネットワークが得られる。 While the co-crystallized compound is preferably different from the sorption compound, the co-crystallized compound preferably crystallizes in a (substantially) isomorphous manner with the sorption compound, i.e., the co-crystallized compound preferably has (substantially) the same crystal structure as the sorption compound. Both the co-crystallized compound and the sorption compound preferably have a diamondoid pore network. Preferably, the individual crystal structures of the sorption compound and the co-crystallized compound have the same symmetry (even if they differ slightly in size). Preferably, the individual crystal structures of the sorption compound and the co-crystallized compound have the same space group. Preferably, the individual crystal structures of the sorption compound and the co-crystallized compound have the same unit cell structure. The combination of the internal and external porosity of the co-crystallized compound preferably results in an interconnected three-dimensional (3D) porous network containing continuous porous channels.

共結晶化化合物は、好適には形状持続性であり、例えば、これらは、好適には崩壊(例えば細孔崩壊)しにくい。 The co-crystallized compounds are preferably shape-persistent, e.g., they are preferably resistant to collapse (e.g., pore collapse).

共結晶化化合物は、好適には、ゲストを収容することが可能な内部空洞を有し、このケースでは、ゲストは、好適には標的物質である。共結晶化化合物の内部空洞は、好適には、標的物質(又は1つ若しくは複数の標的物質)に対処する大きさである。 The co-crystallized compound preferably has an internal cavity capable of accommodating a guest, which in this case is preferably the target substance. The internal cavity of the co-crystallized compound is preferably sized to accommodate the target substance (or one or more target substances).

共結晶化化合物は、好適には、収着化合物のものより大きい、好適には少なくとも0.2Å大きい、好適には少なくとも0.5Å大きい、好適には少なくとも1Å大きい、好適には少なくとも2Å大きい、好適には少なくとも2.5Å大きい空洞サイズを有する。共結晶化化合物は、好適には、収着化合物のものより大きいが、好適には大きくとも30Å大きい、好適には大きくとも20Å大きい、好適には大きくとも10Å大きい、好適には大きくとも5Å大きい、好適には大きくとも4Å大きい、好適には大きくとも3Å大きい空洞サイズを有する。共結晶化化合物は、好適には、収着化合物のものより、0.5~4Åの間、好適には1~3Åの間大きい空洞サイズを有する。 The co-crystallized compound preferably has a cavity size larger than that of the sorption compound, preferably at least 0.2 Å larger, preferably at least 0.5 Å larger, preferably at least 1 Å larger, preferably at least 2 Å larger, preferably at least 2.5 Å larger. The co-crystallized compound preferably has a cavity size larger than that of the sorption compound, preferably at most 30 Å larger, preferably at most 20 Å larger, preferably at most 10 Å larger, preferably at most 5 Å larger, preferably at most 4 Å larger, preferably at most 3 Å larger. The co-crystallized compound preferably has a cavity size between 0.5 and 4 Å, preferably between 1 and 3 Å larger than that of the sorption compound.

好適には、SATPにおける共結晶化化合物の空洞サイズは、大きくとも30Åである。好適には、SATPにおける共結晶化化合物の空洞サイズは、大きくとも20Åである。好適には、SATPにおける共結晶化化合物の空洞サイズは、1から15Åの間である。好適には、SATPにおける共結晶化化合物の空洞サイズは、2から10Åの間である。好適には、SATPにおける共結晶化化合物の空洞サイズは、3から7Åの間である。好適には、SATPにおける共結晶化化合物の空洞サイズは、4から5Åの間である。 Preferably, the cavity size of the co-crystallized compound in SATP is at most 30 Å. Preferably, the cavity size of the co-crystallized compound in SATP is at most 20 Å. Preferably, the cavity size of the co-crystallized compound in SATP is between 1 and 15 Å. Preferably, the cavity size of the co-crystallized compound in SATP is between 2 and 10 Å. Preferably, the cavity size of the co-crystallized compound in SATP is between 3 and 7 Å. Preferably, the cavity size of the co-crystallized compound in SATP is between 4 and 5 Å.

好適には、該当接触温度における共結晶化化合物の空洞サイズは、大きくとも30Åである。好適には、該当接触温度における共結晶化化合物の空洞サイズは、大きくとも20Åである。好適には、該当接触温度における共結晶化化合物の空洞サイズは、1から15Åの間である。好適には、該当接触温度における共結晶化化合物の空洞サイズは、2から10Åの間である。好適には、該当接触温度における共結晶化化合物の空洞サイズは、3から7Åの間である。好適には、該当接触温度における共結晶化化合物の空洞サイズは、4から5Åの間である。 Preferably, the cavity size of the co-crystallized compound at the contact temperature is at most 30 Å. Preferably, the cavity size of the co-crystallized compound at the contact temperature is at most 20 Å. Preferably, the cavity size of the co-crystallized compound at the contact temperature is between 1 and 15 Å. Preferably, the cavity size of the co-crystallized compound at the contact temperature is between 2 and 10 Å. Preferably, the cavity size of the co-crystallized compound at the contact temperature is between 3 and 7 Å. Preferably, the cavity size of the co-crystallized compound at the contact temperature is between 4 and 5 Å.

共結晶化化合物は、好適にはSATPにおいて、及び/又は好適には該当接触温度において、好適にはプロチウムに多孔性である。共結晶化化合物は、好適にはSATPにおいて、及び/又は好適には該当接触温度において、好適にはジュウテリウムに多孔性である。共結晶化化合物は、好適にはSATPにおいて、及び/又は好適には該当接触温度において、好適にはプロチウム及びジュウテリウムに多孔性である。 The co-crystallized compound is preferably porous to protium, preferably in SATP, and/or preferably at the relevant contact temperature. The co-crystallized compound is preferably porous to deuterium, preferably in SATP, and/or preferably at the relevant contact temperature. The co-crystallized compound is preferably porous to protium and deuterium, preferably in SATP, and/or preferably at the relevant contact temperature.

共結晶化化合物は、結晶化して、共結晶化化合物の結晶又は結晶性共結晶化化合物が得られる場合、好適には、共結晶化化合物は、共結晶化化合物の空洞サイズより大きい外部の空隙を含むが、いくつかの実施形態では、外部の空隙は、空洞サイズよりわずかに小さいことがある。好適には、共結晶化化合物の外部の空隙の大きさは、共結晶化化合物の空洞サイズの3Å以内、好適にはその2Å以内、好適にはその1Å以内である。 When a co-crystallized compound is crystallized to obtain a crystal of the co-crystallized compound or a crystalline co-crystallized compound, the co-crystallized compound preferably comprises an external void that is larger than the cavity size of the co-crystallized compound, although in some embodiments the external void may be slightly smaller than the cavity size. Preferably, the size of the external void of the co-crystallized compound is within 3 Å, preferably within 2 Å, and preferably within 1 Å of the cavity size of the co-crystallized compound.

共結晶化化合物は、標的物質を、非標的物質より優先的に収着する観点から、好適には収着化合物より選択的ではない(それ自体)。共結晶化化合物は、好適には、多くとも3、好適には多くとも2、好適には多くとも0.5の、標的物質の、非標的物質に対する収着選択性(すなわち、収着される標的物質の、収着される非標的物質に対する比、例えばモル比、体積比又は質量比、好ましくはモル比)を呈する(それ自体)。 The co-crystallized compound is preferably less selective than the sorption compound (per se) in terms of preferentially sorbing the target substance over non-target substances. The co-crystallized compound preferably exhibits a sorption selectivity for the target substance relative to the non-target substances (i.e., the ratio, e.g., molar ratio, volume ratio, or mass ratio, preferably molar ratio) of the sorbed target substance to the sorbed non-target substances (per se) of at most 3, preferably at most 2, preferably at most 0.5.

共結晶化化合物は、好適には、とりわけ該当接触温度において、標的物質に対して(及び好適には非標的物質に対しても)、収着化合物より高い収着容量を呈する。共結晶化化合物は、好適には1bar、該当接触温度において(又はSATPにおいて)、収着化合物のものより少なくとも1mmol/g(すなわち共結晶化化合物1グラム当たり標的/非標的物質1mmol)多い、より好適には収着化合物より少なくとも2mmol/g多い、標的物質及び/又は非標的物質の収着容量(すなわち、収着取込が可能である)を好適には有する。 The co-crystallized compound preferably exhibits a higher sorption capacity for the target substance (and preferably also for non-target substances) than the sorption compound, particularly at the relevant contact temperature. The co-crystallized compound preferably has a sorption capacity (i.e., is capable of sorptive uptake) of the target substance and/or non-target substance at 1 bar, at the relevant contact temperature (or at SATP), of at least 1 mmol/g (i.e., 1 mmol of target/non-target substance per gram of co-crystallized compound) greater than that of the sorption compound, more preferably at least 2 mmol/g greater than that of the sorption compound.

共結晶化化合物は、好適には、収着化合物と構造的な類似性を呈するが、より大きい内部空洞を有する。好適には、共結晶化化合物の内部空洞は、収着化合物及び/又は収着化合物に関連する前駆体化合物に存在する官能基化される基、又は官能基化可能な基をそれぞれ伴わない。共結晶化化合物の内部空洞は、好適には、収着化合物の内部空洞と同じように化学的に修飾できない。 The co-crystallized compound preferably exhibits structural similarity to the sorption compound, but has a larger internal cavity. Preferably, the internal cavity of the co-crystallized compound does not involve functionalized or functionalizable groups present in the sorption compound and/or the precursor compound related to the sorption compound, respectively. The internal cavity of the co-crystallized compound preferably cannot be chemically modified in the same way as the internal cavity of the sorption compound.

収着化合物及び共結晶化化合物の両方がキラルである場合、その両方が、好適には、単一の鏡像異性体として鏡像異性的に純粋であり(又は鏡像異性的に富化されており)、収着化合物の単一の鏡像異性体は、共結晶化化合物のものと反対のキラリティーである(例えば一方がR-鏡像異性体であり、他方がS-鏡像異性体である)。 When both the sorption compound and the co-crystallized compound are chiral, both are preferably enantiomerically pure (or enantiomerically enriched) as a single enantiomer, with the single enantiomer of the sorption compound being of the opposite chirality to that of the co-crystallized compound (e.g., one is the R-enantiomer and the other is the S-enantiomer).

好適には、収着化合物及び共結晶化化合物は、同一又は関連する分類の化合物である。例えば、収着化合物がホウ素エステルケージである場合、共結晶化化合物も、好適には、ホウ素エステルケージである。しかし、特定の実施形態では、収着化合物は、ジアミンケージである一方、共結晶化化合物は、イミンケージである。特定の実施形態では、収着化合物は、[4+6]官能基化ジアミンケージであり、共結晶化化合物は、[4+6]イミンケージである。 Preferably, the sorption compound and the co-crystallized compound are from the same or related classes of compounds. For example, if the sorption compound is a boron ester cage, the co-crystallized compound is also preferably a boron ester cage. However, in certain embodiments, the sorption compound is a diamine cage while the co-crystallized compound is an imine cage. In certain embodiments, the sorption compound is a [4+6] functionalized diamine cage and the co-crystallized compound is a [4+6] imine cage.

特定の実施形態では、共結晶化化合物は、式E In certain embodiments, the co-crystallized compound has the formula E

(式中、
nは、1から4の間の整数であり、
各RA1及びRA2基は、独立して、水素、又は任意選択で置換されている置換基であり、RA1及びRA2基の任意のペアは、任意選択で、一緒につながって、炭素環、ヘテロ環、アリール環又はヘテロアリール環を形成する)により定義される1つ又は複数の単位を含み、
好適には式Eの単位は、リンカーを経由して一緒に結び付く(すなわち直接結合しない)。
(In the formula,
n is an integer between 1 and 4,
each R and R group is independently hydrogen or an optionally substituted substituent, and any pair of R and R groups is optionally joined together to form a carbocyclic, heterocyclic, aryl or heteroaryl ring;
Suitably, the units of formula E are linked together via a linker (ie are not directly bonded).

式Eの単位は、角括弧が交差する結合(これらの結合は、基又は「接続可能な結合」と考えられ得る)により表される二価形態で表される。これらの単位は、該当化合物が、前記単位の2つ以上を含む(一般的ケースである)場合、考えられる繰り返し単位であり得る。共結晶化化合物は、好適には、その「接続可能な結合」を経由して、好適には介在リンカーを経由して、(好適には開鎖、大環式又はケージ化化合物/分子、最も好適にはケージを形成するために)一緒に結び付く式Eの複数の単位を含む。そのようなリンカーは、一緒に式Eの2つ以上の単位に一緒に結び付き得、いくつかの実施形態では、そのような単位3つに結び付く。したがって、前記リンカーは、好適には多価(例えば二価、三価)である。共結晶化化合物のリンカー、n、RA1及びRA2は、好適には、収着化合物に関係して明記されている定義のいずれかを有する。最も好ましくは、収着化合物は、1つ又は複数の式Cの連結単位を含み、共結晶化化合物は、2つの化合物が、他のすべての点で一致する(例えば同一のリンカー、n、RA1及びRA2)、式Eの1つ又は複数の連結の単位を含む。 The units of formula E are represented in a divalent form by bonds (which may be considered groups or "connectable bonds") crossed by square brackets. These units may be possible repeat units if the compound in question contains two or more of said units (which is the common case). The co-crystallization compound preferably comprises multiple units of formula E linked together via their "connectable bonds", preferably via an intervening linker (preferably to form an open-chain, macrocyclic or caged compound/molecule, most preferably a cage). Such a linker may link two or more units of formula E together, and in some embodiments, three such units. The linker is therefore preferably multivalent (e.g., divalent, trivalent). The linkers n, R and R of the co-crystallization compound preferably have any of the definitions specified in connection with the sorption compound. Most preferably, the sorption compound comprises one or more linking units of formula C and the co-crystallized compound comprises one or more linking units of formula E, where the two compounds match in all other respects (e.g., identical linkers, n, R A1 and R A2 ).

特定の実施形態では、RA1、RA2及びL1-は、共結晶化化合物が、式E1 In certain embodiments, R A1 , R A2 and L 1 - are such that the co-crystallized compound has the formula E 1

(式中、環Aは、炭素環、アリール環、ヘテロ環又はヘテロアリール環であり、
式E1又はA1Lの基のいずれかは、任意選択で、本明細書で定義されているように置換される)の複数の反応性単位を含むように選択され、各反応性単位は、隣接する、式A1Lの独特な単位の介在リンカー単位を経由して(角括弧により表される、その接続可能な結合を介して)、間接的に結び付く(やはり角括弧により表される、その接続可能な結合を介して)。この実施形態では、共結晶化化合物は、好適には、式E1及びA1Lの単位を3:2のモル比で(例えばA1の単位6つ及びA1Lの単位4つ)それぞれ含む。この実施形態の適用に関して、環Aは、該当イミン部分の間における(2~3C)アルキレン基で置き換えられて、アルキレンジイミンを生成する。
wherein ring A is a carbocyclic ring, an aryl ring, a heterocyclic ring, or a heteroaryl ring;
Either the group of formula E1 or A 1L is selected to include multiple reactive units of formula (optionally substituted as defined herein), each reactive unit being indirectly linked (through its connectable bond, also represented by a square bracket) via an intervening linker unit of an adjacent unique unit of formula A 1L . In this embodiment, the co-crystallized compound suitably includes units of formula E1 and A 1L in a 3:2 molar ratio (e.g., 6 units of A 1 and 4 units of A 1L ), respectively. For application of this embodiment, ring A is replaced with a (2-3C) alkylene group between the relevant imine moieties to form an alkylenediimine.

特定の実施形態では、RA1、RA2-L1-、環A及び環Lは、共結晶化化合物が、式E2の複数の反応性単位を含むように選択され、各反応性単位は、式A2L In certain embodiments, R A1 , R A2 -L 1 -, ring A, and ring L are selected such that the co-crystallized compound comprises multiple reactive units of formula E 2 , each reactive unit having the formula A 2L

の介在リンカー単位を経由して隣接する異なる反応性単位に間接的に結び付き、
式E2又はA2Lの基のいずれかは、任意選択で、本明細書で定義されているように置換されるが、最も好適には、これらは非置換である。この実施形態では、共結晶化化合物は、好適には、式E2及びA2Lの単位を3:2のモル比で(例えばA2の単位6つ及びA2Lの単位4つ)それぞれ含む。この実施形態の適用に関して、シクロヘキサン環は、該当イミン部分の間における(2~3C)アルキレン基で置き換えて、アルキレンジイミンを生成でき、任意選択で、リンカーのベンゼン環は、ヘテロアレーン環で置き換えられる。
is indirectly linked to adjacent different reactive units via an intervening linker unit of
Either the group of formula E2 or A2L is optionally substituted as defined herein, but most preferably is unsubstituted. In this embodiment, the co-crystallized compound preferably comprises units of formula E2 and A2L in a molar ratio of 3:2 (e.g., 6 units of A2 and 4 units of A2L ), respectively. For application of this embodiment, the cyclohexane rings can be replaced with (2-3C) alkylene groups between the relevant imine moieties to form alkylenediimines, and optionally the benzene rings of the linker are replaced with heteroarene rings.

特定の実施形態では、共結晶化化合物は、式E3 In certain embodiments, the co-crystallized compound has the formula E3

(式中、太線は、式A3のものに一致する)のイミン化合物である。このイミン 化合物は、本明細書ではCC3とも呼ばれる。 (where the bold line corresponds to that of formula A3). This imine compound is also referred to herein as CC3.

共結晶化化合物は、好適にはCC3である。 The co-crystallization compound is preferably CC3.

共結晶
本発明は、本明細書で定義されている収着化合物、及び本明細書で定義されている共結晶化化合物を含む共結晶を提供する。共結晶では、収着化合物及び共結晶化化合物は、一緒に共結晶化される。
Co-crystals The present invention provides co-crystals comprising a sorption compound as defined herein and a co-crystallized compound as defined herein, in which the sorption compound and the co-crystallized compound are co-crystallized together.

共結晶は、収着化合物及び共結晶化化合物を、好適には、その混合物、より好適には、その溶液から、共結晶化(又は再結晶化)することにより形成される。好適には、収着化合物及び共結晶化化合物は、共結晶における標的モル比を達成するのに好適なモル比で混合される。 The co-crystal is formed by co-crystallizing (or re-crystallizing) the sorption compound and the co-crystallizing compound, preferably from a mixture thereof, more preferably from a solution thereof. Preferably, the sorption compound and the co-crystallizing compound are mixed in a molar ratio suitable to achieve the target molar ratio in the co-crystal.

共結晶は、好適には、収着化合物及び/又は共結晶化化合物と(実質的に)同形様式で結晶化させる。共結晶は、好適には、ダイヤモンドイド細孔ネットワークを有する。好適には、共結晶は、収着化合物及び/又は共結晶化化合物と、同一の対称性(わずかに大きさが異なっていても)を有する。好適には、共結晶は、収着化合物及び/又は共結晶化化合物と同一の空間群を有する。好適には、共結晶は、収着化合物及び/又は共結晶化化合物と同一の単位セル構造を有する。共結晶は、好適には、収着化合物及び共結晶化化合物の内部空洞により設けられる内在空隙(内部空洞)を含み、したがって、好適には異なる大きさの2種の異なる内部空洞を好適には含む(それぞれの収着化合物及び共結晶化化合物の空洞サイズに関しては上記を参照されたく、これらは、好適には、共結晶内の空洞サイズと一致する)。共結晶は、好適には、外部の空隙も含む。共結晶化化合物の内在及び外部の空隙の組合せにより、好適には、連続した多孔性チャネルを含む、相互接続した3次元(3D)多孔性ネットワークが得られる。 The co-crystal preferably crystallizes in a (substantially) isomorphous manner with the sorption compound and/or co-crystallizing compound. The co-crystal preferably has a diamondoid pore network. Preferably, the co-crystal has the same symmetry (even if slightly different in size) as the sorption compound and/or co-crystallizing compound. Preferably, the co-crystal has the same space group as the sorption compound and/or co-crystallizing compound. Preferably, the co-crystal has the same unit cell structure as the sorption compound and/or co-crystallizing compound. The co-crystal preferably comprises an internal void (internal cavity) provided by the internal cavities of the sorption compound and the co-crystallizing compound, and therefore preferably comprises two different internal cavities of different sizes (see above for the cavity sizes of the respective sorption compound and co-crystallizing compound, which preferably correspond to the cavity sizes in the co-crystal). The co-crystal preferably also comprises an external void. The combination of internal and external voids of the co-crystallized compounds preferably results in an interconnected three-dimensional (3D) porous network containing continuous porous channels.

共結晶は、好適には形状持続性であり、例えば、これらは、好適には崩壊(例えば細孔崩壊)しにくい。 The cocrystals are preferably shape-persistent, e.g., they are preferably resistant to collapse (e.g., pore collapse).

共結晶は、好適には、比較的小さい内部空洞、及び、比較的大きい内部空洞を有し、そのいずれも、ゲストを収容することが可能であり、このケースでは、ゲストは、好適には標的物質である。小さい内部空洞は、好適には収着化合物により設けられる(また、その性質は、好適には収着化合物に関係して本明細書で定義されている)一方、大きい内部空洞は、好適には共結晶化化合物により設けられる(また、その性質は、好適には共結晶化化合物に関係して本明細書で定義されている)。ある外部の空隙は、好適には小さい内部空洞より大きい。 The co-crystal preferably has a relatively small internal cavity and a relatively large internal cavity, either of which is capable of accommodating a guest, in this case the guest is preferably the target substance. The small internal cavity is preferably provided by the sorption compound (and the properties of which are preferably defined herein in relation to the sorption compound), while the large internal cavity is preferably provided by the co-crystallization compound (and the properties of which are preferably defined herein in relation to the co-crystallization compound). Any external voids are preferably larger than the small internal cavity.

収着化合物及び共結晶化化合物は、最も好適には、異なる分子であるが、いくつかの実施形態では、2つの化合物は、任意選択で、リンカーを経由して共有結合で結び付いて、収着-共結晶化化合物(好適には、前述のように大きさに差異がある2つの異なるタイプの内部空洞を有する)を形成し得、共結晶は、そのような状況において、収着-共結晶化化合物を含み得る、又はそれからなり得る。 The sorption compound and the co-crystallization compound are most preferably different molecules, although in some embodiments the two compounds may optionally be covalently linked via a linker to form a sorption-co-crystallization compound (preferably having two different types of internal cavities with different sizes as described above), and the co-crystal may in such circumstances comprise or consist of the sorption-co-crystallization compound.

共結晶は、好適にはSATPにおいて、及び/又は好適には該当接触温度において、好適にはプロチウムに多孔性である。共結晶は、好適にはSATPにおいて、及び/又は好適には該当接触温度において、好適にはジュウテリウムに多孔性である。共結晶は、好適にはSATPにおいて、及び/又は好適には該当接触温度において、好適にはプロチウム及びジュウテリウムに多孔性である。 The co-crystal is preferably porous to protium, preferably in SATP, and/or preferably at the relevant contact temperature. The co-crystal is preferably porous to deuterium, preferably in SATP, and/or preferably at the relevant contact temperature. The co-crystal is preferably porous to protium and deuterium, preferably in SATP, and/or preferably at the relevant contact temperature.

共結晶は、標的物質を、非標的物質より優先的に収着する観点から、好適には収着化合物より選択的である。共結晶は、好適には、少なくとも3、好適には少なくとも5、好適には少なくとも7の、標的物質の非標的物質に対する収着選択性(すなわち、収着される標的物質の、収着される非標的物質に対する比、例えばモル比、体積比又は質量比、好ましくはモル比)を呈する。 The cocrystal is preferably more selective than the sorption compound in terms of preferentially sorbing the target substance over the non-target substances. The cocrystal preferably exhibits a sorption selectivity for the target substance relative to the non-target substances (i.e., the ratio, e.g., molar ratio, volume ratio, or mass ratio, preferably molar ratio, of the sorbed target substance to the sorbed non-target substances) of at least 3, preferably at least 5, and preferably at least 7.

共結晶は、好適には、とりわけ該当接触温度において、標的物質に対して(及び好適には非標的物質に対しても)、収着化合物より高い収着容量を呈する。共結晶は、好適には1bar、該当接触温度において(又はSATPにおいて)、収着化合物のものより少なくとも1mmol/g(すなわち共結晶1グラム当たり標的/非標的物質1mmol)多い、より好適には収着化合物より少なくとも2mmol/g多い、標的物質及び/又は非標的物質の収着容量(すなわち、収着取込みが可能である)を好適には有する。 The cocrystal preferably exhibits a higher sorption capacity for the target substance (and preferably also for non-target substances) than the sorption compound, particularly at the relevant contact temperature. The cocrystal preferably has a sorption capacity (i.e., is capable of sorptive uptake) of the target substance and/or non-target substance at 1 bar at the relevant contact temperature (or SATP) that is at least 1 mmol/g (i.e., 1 mmol of target/non-target substance per gram of cocrystal) greater than that of the sorption compound, more preferably at least 2 mmol/g greater than that of the sorption compound.

共結晶内では、好適には、収着化合物及び共結晶化化合物は、これらがキラルである場合、反対のキラリティーを有する。これにより、好適には、より密接に充填された結晶構造を促進する「キラル認識」が可能となる。 Within the co-crystal, the sorption compound and the co-crystallized compound, if chiral, preferably have opposite chirality. This preferably allows for "chiral recognition" that promotes a more closely packed crystal structure.

共結晶は、好適には、収着化合物分子及び共結晶化化合物分子に関する結晶構造の変更を呈する。 The co-crystal preferably exhibits a modified crystal structure relative to the sorption compound molecules and the co-crystallized compound molecules.

共結晶は、好適には、該当接触温度及び圧力において、収着化合物により設けられる内部空洞、及び共結晶化化合物により設けられる内部空洞の両方で、標的物質を収着するように設定される。 The co-crystal is preferably configured to sorb the target substance in both the internal cavity provided by the sorption compound and the internal cavity provided by the co-crystallized compound at the relevant contact temperature and pressure.

共結晶における収着化合物と共結晶化化合物のモル比は、好適には10:1から1:10の間、より好適には5:1から1:5の間、より好適には3:1から1:3の間である。特定の実施形態では、共結晶における収着化合物と共結晶化化合物のモル比は、約1:1である。 The molar ratio of sorption compound to co-crystallized compound in the co-crystal is preferably between 10:1 and 1:10, more preferably between 5:1 and 1:5, and more preferably between 3:1 and 1:3. In certain embodiments, the molar ratio of sorption compound to co-crystallized compound in the co-crystal is about 1:1.

本発明の詳細な実施形態
本発明の方法の特定の実施形態では、収着化合物は、SATPにて、該当接触温度における標的物質のドブロイ波長の+/-1Å以内の大きさを有する官能基化された内部空洞を有する多孔性有機ケージであり、共結晶化化合物は、SATPにおいて、収着化合物の内部空洞サイズより少なくとも1Å大きい内部空洞サイズを有する多孔性有機ケージであり、収着組成物は、収着化合物及び共結晶化化合物の共結晶を含み、標的化合物は、ジュウテリウム及び/又はトリチウムであり、又はそれを含み、非標的化合物は、プロチウムであり、又はそれを含み、接触温度は、20~80Kである。
Detailed Embodiments of the Invention In particular embodiments of the method of the invention, the sorption compound is a porous organic cage having a functionalized internal cavity with a size within +/- 1 Å of the de Broglie wavelength of the target substance at the contact temperature in question at SATP, the co-crystallized compound is a porous organic cage with an internal cavity size at SATP that is at least 1 Å larger than the internal cavity size of the sorption compound, the sorption composition comprises a co-crystal of the sorption compound and the co-crystallized compound, the target compound is or comprises deuterium and/or tritium, the non-target compound is or comprises protium, and the contact temperature is 20-80K.

本発明の方法の特定の実施形態では、収着化合物は、SATPにて、該当接触温度における標的物質のドブロイ波長の+/-1Å以内の大きさを有する官能基化された内部空洞を有する多孔性有機ケージであり、共結晶化化合物は、SATPにおいて、収着化合物の内部空洞サイズより少なくとも1Å大きい内部空洞サイズを有する多孔性有機ケージであり、収着組成物は、収着化合物及び共結晶化化合物の共結晶を含み、標的化合物は、ジュウテリウムであり、非標的化合物は、プロチウムであり、又はそれを含み、接触温度は、20~80Kである。 In a specific embodiment of the method of the present invention, the sorption compound is a porous organic cage having a functionalized internal cavity in SATP with a size within +/- 1 Å of the de Broglie wavelength of the target substance at the contact temperature; the co-crystallized compound is a porous organic cage in SATP with an internal cavity size at least 1 Å larger than the internal cavity size of the sorption compound; the sorption composition comprises a co-crystal of the sorption compound and the co-crystallized compound; the target compound is deuterium, the non-target compound is or comprises protium, and the contact temperature is 20 to 80 K.

本発明の方法の特定の実施形態では、収着化合物は、官能基化されたポリジアミンケージであり、好適には、1つ、一部又はすべて(しかし必ずしもすべてではない)のジアミン単位が官能基化される(好適には分子連結により)。 In certain embodiments of the method of the present invention, the sorption compound is a functionalized polydiamine cage, preferably in which one, some, or all (but not necessarily all) of the diamine units are functionalized (preferably by molecular linkages).

本発明の方法の特定の実施形態では、収着化合物は、SATPにおいて、1から2.4Åの間の内部空洞サイズを有する官能基化されたポリジアミンケージであり、共結晶化化合物は、SATPにおいて、収着化合物の内部空洞サイズより少なくとも1Å大きい内部空洞サイズを有するポリジイミンケージであり、収着組成物は、収着化合物及び共結晶化化合物の共結晶を含み、標的化合物は、ジュウテリウム及び/又はトリチウムであり、又はそれらを含み、非標的化合物は、プロチウムであり、又はそれを含み、接触温度は、20~80Kである。 In a specific embodiment of the method of the present invention, the sorption compound is a functionalized polydiamine cage in SATP having an internal cavity size between 1 and 2.4 Å, the co-crystallized compound is a polydiimine cage in SATP having an internal cavity size at least 1 Å larger than the internal cavity size of the sorption compound, the sorption composition comprises a co-crystal of the sorption compound and the co-crystallized compound, the target compound is or comprises deuterium and/or tritium, the non-target compound is or comprises protium, and the contact temperature is 20 to 80 K.

本発明の方法の特定の実施形態では、収着化合物は、SATPにおいて、1から2.4Åの間の内部空洞サイズを有する官能基化されたポリジアミンケージであり、共結晶化化合物は、SATPにおいて、収着化合物の内部空洞サイズより少なくとも1Å大きい内部空洞サイズを有するポリジイミンケージであり、収着組成物は、収着化合物及び共結晶化化合物の共結晶を含み、標的化合物は、ジュウテリウムであり、非標的化合物は、プロチウムであり、又はそれを含み、接触温度は、20~80Kである。 In a specific embodiment of the method of the present invention, the sorption compound is a functionalized polydiamine cage in SATP having an internal cavity size between 1 and 2.4 Å, the co-crystallized compound is a polydiimine cage in SATP having an internal cavity size at least 1 Å larger than the internal cavity size of the sorption compound, the sorption composition comprises a co-crystal of the sorption compound and the co-crystallized compound, the target compound is deuterium, the non-target compound is or comprises protium, and the contact temperature is 20 to 80 K.

本発明の方法の特定の実施形態では、収着化合物は、6ET-RCC3であり、共結晶化化合物は、CC3であり、収着組成物は、収着化合物及び共結晶化化合物の共結晶を含み、標的化合物は、ジュウテリウム及び/又はトリチウムであり、又はそれらを含み、非標的化合物は、プロチウムであり、又はそれを含み、接触温度は、25~35Kであり、接触圧力は、10~1100mbarである。 In a specific embodiment of the method of the present invention, the sorption compound is 6ET-RCC3, the co-crystallized compound is CC3, the sorption composition comprises a co-crystal of the sorption compound and the co-crystallized compound, the target compound is or comprises deuterium and/or tritium, the non-target compound is or comprises protium, the contact temperature is 25 to 35 K, and the contact pressure is 10 to 1100 mbar.

本発明の方法の特定の実施形態では、収着化合物は、6ET-RCC3であり、共結晶化化合物は、CC3であり、収着組成物は、収着化合物及び共結晶化化合物の共結晶を含み、標的化合物は、ジュウテリウムであり、非標的化合物は、プロチウムであり、又はそれを含み、接触温度は、25~35Kであり、接触圧力は、10~1100mbarである。 In a specific embodiment of the method of the present invention, the sorption compound is 6ET-RCC3, the co-crystallized compound is CC3, the sorption composition comprises a co-crystal of the sorption compound and the co-crystallized compound, the target compound is deuterium, the non-target compound is or comprises protium, the contact temperature is 25 to 35 K, and the contact pressure is 10 to 1100 mbar.

本発明は、後続する非限定的な実施例、実験及び結果により更に例証され、これらから、ある具体的な特徴が、本明細書の他の箇所に記載されている本発明の態様及び実施形態のいずれかと組み合わせられ得ることは自明になる。実験の詳細な考察を始める前に、まず該当材料、プロトコール、方法及び化合物を明らかにする。 The present invention is further illustrated by the following non-limiting examples, experiments, and results, from which it will become apparent that certain specific features may be combined with any of the aspects and embodiments of the invention described elsewhere herein. Before proceeding with a detailed discussion of the experiments, the relevant materials, protocols, methods, and compounds will first be identified.

本発明者らによる前述の先行開示、Liu Mら、Barely porous organic cages for hydrogen isotope separation. Science. 2019年、366(6465):613~620. doi:10.1126/science.aax7427は、以下で使用される同一の、又は類似した実施例及び命名法、略語並びに専門用語を記載しており、これらは、当文書又はその別記を参照することにより明確になる。同じく、追加のデータ及び説明は、本開示の別記で明らかになる。更に、本開示内のある引用文献は、以下で考察されている該当化合物、組成物及び材料の生成を可能にすることに関連し得る。 The inventors' aforementioned prior disclosure, Liu M et al., Barely porous organic cages for hydrogen isotope separation. Science. 2019, 366(6465):613-620. doi:10.1126/science.aax7427, describes the same or similar examples and nomenclature, abbreviations, and terminology used below, which will be clarified by reference to this document or its appendices. Similarly, additional data and explanations will be found in appendices to this disclosure. Additionally, certain citations within this disclosure may be relevant to enabling the production of the relevant compounds, compositions, and materials discussed below.

材料
命名法:有機ケージ分子は、RCC3の6個のジアミン基と反応する「連結する」分子に従って名付けた。したがって、FT、AT、ET及びPTは、ジアミン基/が、ホルムアルデヒド、アセトン、エタナール(アセトアルデヒド)及びプロピオンアルデヒドと連結した生成物を表す。先行する数は、この手段においていくつのRCC3のジアミン基が反応するかを指し示し、例えば、1AT-5FT-RCC3は、RCC3と、1個のアセトン分子(1AT)、次いで5個のホルムアルデヒド分子(5FT)を連続して反応させることにより形成された生成物である。
Materials Nomenclature: The organic cage molecules were named according to the "linking" molecule that reacts with the six diamine groups of RCC3. Thus, FT, AT, ET, and PT represent products in which the diamine group is linked with formaldehyde, acetone, ethanal (acetaldehyde), and propionaldehyde. The preceding number indicates how many diamine groups of RCC3 react in this manner; for example, 1AT-5FT-RCC3 is the product formed by sequentially reacting RCC3 with one acetone molecule (1AT) followed by five formaldehyde molecules (5FT).

1,3,5-トリホルミルベンゼンは、Manchester Organics社、UKから購入した。他の化学物質はすべて、Sigma-Aldrich社から購入し、受領したままで使用した。CC3(共有結合性ケージ3)、RCC3(還元共有結合性ケージ3)、1AT-RCC3及び6FT-RCC3を、以前に報告されている手順に従って、キラル的に純粋な(1S,2S)-(+)-1,2-ジアミノシクロヘキサン(31)を使用して、そのホモキラル形態で調製した。 1,3,5-Triformylbenzene was purchased from Manchester Organics, UK. All other chemicals were purchased from Sigma-Aldrich and used as received. CC3 (covalent cage 3), RCC3 (reduced covalent cage 3), 1AT-RCC3, and 6FT-RCC3 were prepared in their homochiral forms using chirally pure (1S,2S)-(+)-1,2-diaminocyclohexane (31) according to previously reported procedures.

Cocryst1(CC3-S/6ET-RCC3-R共結晶)形成。CC3-SをDCM(5mg/mL)に溶解し、6ET-RCC3-Rの当量のジクロロメタン溶液に等モル濃度にて(5.75mg/mL)添加した。溶液を、撹拌しながら、室温にて直接添加することにより混合した。沈殿物は、混合時に観察されなかったが、溶液は、およそ10分後に濁った。共結晶Cocryst1は、濾取した(Whatman(登録商標)膜フィルターPTFE、細孔径0.2μm)。単結晶X線回折に好適な結晶は、等モル濃度CC3-S及び6ET-RCC3-RのCHCl3溶液中に、アセトンを蒸気拡散することにより培養した。 Formation of Cocryst 1 (CC3-S/6ET-RCC3-R cocrystal). CC3-S was dissolved in DCM (5 mg/mL) and added to an equimolar solution of 6ET-RCC3-R in dichloromethane (5.75 mg/mL). The solutions were mixed by direct addition at room temperature with stirring. No precipitate was observed upon mixing, but the solution became cloudy after approximately 10 minutes. The cocrystal Cocryst 1 was collected by filtration (Whatman® membrane filter PTFE, 0.2 μm pore size). Crystals suitable for single-crystal X-ray diffraction were grown by vapor diffusion of acetone into equimolar solutions of CC3-S and 6ET-RCC3-R in CHCl3 .

分析プロトコール
溶液のNMR
溶液の1H NMRスペクトルを、Bruker社Avance 400 NMR分光計を使用して、400.13MHzで記録した。13C NMRスペクトルを、100.6MHzで記録した。
Analysis Protocol Solution NMR
The 1 H NMR spectrum of the solution was recorded at 400.13 MHz using a Bruker Avance 400 NMR spectrometer. The 13 C NMR spectrum was recorded at 100.6 MHz.

フーリエ変換赤外分光法(FTIR)
IRスペクトルをBruker社Tensor 27分光計で収集した。試料を、4cm-1の分解能で16回のスキャンのために、KBrディスクとして分析した。スペクトルを伝送モードで記録した。
Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR)
IR spectra were collected on a Bruker Tensor 27 spectrometer. Samples were analyzed as KBr disks for 16 scans at a resolution of 4 cm −1 . Spectra were recorded in transmission mode.

熱重量分析
TGA分析は、自動化垂直オーバーヘッド熱天秤(automated vertical overhead thermobalance)を有するQ5000IR分析器(TA instruments社)を使用して実行した。試料を、5℃/minの速度で加熱した。
thermogravimetric analysis
TGA analysis was performed using a Q5000 IR analyzer (TA instruments) with an automated vertical overhead thermobalance. Samples were heated at a rate of 5°C/min.

粉末X線回折
研究室の粉末X線回折(PXRD)パターンを、Cu-Kα(λ=1.541Å)放射線を使用して、ハイスループットスクリーニング(HTS)XYZステージ、X線集束鏡及びPIXcel検出器を備えたPanalytical社Empyrean回折計にて、アルミニウムウェルプレート中にMylar薄膜で保持された試料にて、伝送モードで収集した。PXRDパターンは、2θ範囲5~50°、約0.013°刻みで1hかけて測定した。指標付けのために、試料をホウケイ酸ガラスキャピラリー中に入れ、試料スピナーを備えたPanalytical社Empyrean回折計にて、PXRDパターンを伝送モードで記録して、粉末平均化を改善した。Cocryst1、(CC3-S/6ET-RCC3-R)に対する高解像度シンクロトロンPXRDデータは、Mythen II位置敏感検出器を備えたDiamond Light Source(λ=0.825015Å)でI11ビームラインを使用して収集した。この試料は、ホウケイ酸ガラスキャピラリーに入れ、これを揺すって、データ獲得中の粉末平均化を改善した。
Powder X-ray Diffraction. Laboratory powder X-ray diffraction (PXRD) patterns were collected in transmission mode on samples held in aluminum well plates by Mylar films on a Panalytical Empyrean diffractometer equipped with a high-throughput screening (HTS) XYZ stage, an X-ray focusing mirror, and a PIXcel detector, using Cu-Kα (λ = 1.541 Å) radiation. PXRD patterns were measured over a 2θ range of 5–50°, with approximately 0.013° increments, over a 1 h period. For indexing, samples were placed in borosilicate glass capillaries, and PXRD patterns were recorded in transmission mode on a Panalytical Empyrean diffractometer equipped with a sample spinner to improve powder averaging. High-resolution synchrotron PXRD data for Cocryst1 (CC3-S/6ET-RCC3-R) were collected using the I11 beamline at the Diamond Light Source (λ = 0.825015 Å) equipped with a Mythen II position-sensitive detector. The sample was placed in a borosilicate glass capillary, which was rocked to improve powder averaging during data acquisition.

電子顕微鏡法
結晶形態の撮像は、スキャン及び伝送モードの両方で動作するHitachi社S-4800冷電界放出走査型電子顕微鏡(FE-SEM)を使用して達成した。スキャンモード試料は、高純度接着カーボンタブを使用して、乾燥結晶を、15mm Hitachi社M4アルミニウムスタブに堆積させてから、Emitech社K550X自動スパッタコーターを使用して、2nm層の金でコーティングすることにより調製した。撮像は、上下第2の電子検出器の混合を使用して、8mmの作動距離及び3kVの作動電圧で実施した。伝送モード試料を、メタノール懸濁液中にケージ粒子を分散させること、及び、炭素-コーティングした銅グリッド(300メッシュ)を堆積させることにより調製し、30kVの作動電圧及び7mmの作動距離で撮像した。
Electron Microscopy. Imaging of the crystal morphology was accomplished using a Hitachi S-4800 cold field emission scanning electron microscope (FE-SEM) operating in both scanning and transmission modes. Scanning mode samples were prepared by depositing dried crystals onto 15 mm Hitachi M4 aluminum stubs using high-purity adhesive carbon tabs, followed by coating with a 2 nm layer of gold using an Emitech K550X automated sputter coater. Imaging was performed at an 8 mm working distance and 3 kV operating voltage using a combination of upper and lower secondary electron detectors. Transmission mode samples were prepared by dispersing cage particles in a methanol suspension and depositing a carbon-coated copper grid (300 mesh) and were imaged at a 30 kV working voltage and 7 mm working distance.

ガス収着分析
ガス収着等温線を判定するために、以下の純度のガスを使用した、水素(99.9995% - BOCガス)及び二酸化炭素(SCFグレード - BOCガス)。表面積及び細孔径分布は、Micromeritics社ASAP 2020体積吸着分析器を使用して、77.3Kにて窒素吸着及び脱離により測定した。試料は、分析の前にオフラインで80℃にて15h、真空下で(10~5bar)脱ガスし、続いて、真空下で、また、80℃にて分析ポートにおいて脱ガスした。二酸化炭素等温線は、Micromeritics社2420体積吸着分析器を使用して、同一の脱ガス手順を使用し、289Kにて測定した。
Gas sorption analysis: To determine gas sorption isotherms, gases of the following purity were used: hydrogen (99.9995% - BOC gas) and carbon dioxide (SCF grade - BOC gas). Surface area and pore size distribution were measured by nitrogen adsorption and desorption at 77.3 K using a Micromeritics ASAP 2020 volumetric sorption analyzer. Samples were degassed offline at 80 °C for 15 h under vacuum (10-5 bar) prior to analysis and subsequently degassed in the analysis port under vacuum and also at 80 °C. Carbon dioxide isotherms were measured at 289 K using the same degassing procedure using a Micromeritics 2420 volumetric sorption analyzer.

単結晶X線回折
単結晶X線データセットは、Rigaku社MicroMax-007 HF回転陽極回折計(Mo-Kα放射線、λ=0.71073Å、Kappa 4サークルゴニオメーター、Rigaku社Saturn724+検出器)を使用し、ビームライン11.3.1で、Advanced Light Source、Berkeley、USA、ケイ素モノクロ化シンクロトロン放射線(λ=0.7749Å又は1.0332Å、PHOTON100 CMOS検出器)を使用して、又はビームラインI19で、Diamond Light Source、Didcot、UK、ケイ素二重結晶モノクロ化シンクロトロン放射線(λ=0.6889Å、Dectris社Pilatus 2M検出器)を使用して、測定した。改良の詳細セクションで定められていない限り、溶媒を353Kにて動的真空下で除去することにより活性化された脱溶媒和単結晶を、MiTeGen社ループに乗せ、乾燥窒素ガス流下で100Kにフラッシュ冷却した。経験的吸収補正は、マルチスキャン方法を使用して、プログラムSADABSで行った(49)。Diamond Light Source(λ=0.6889Å)で収集したシンクロトロンX線データに関しては、データ還元及び吸収補正を、xia2(50)で行った。構造は、SHELXT(51)で解明し、プログラムOLEX2(53)を介してインターフェースするSHELX(52)によりフルマトリックス最小二乗法|F|2により精製した。定めのない限り、すべての非H-原子を異方的に精製し、定めのない限り、H-原子を幾何学的推定位置に固定し、騎乗モデルを使用して精製した。構造要因を含む捕捉CIFは、Cambridge Crystallographic Data Centre(CCDC)から、www.ccdc.cam.ac.uk/data_request/cif.を経由して無料で入手可能である。
Single-crystal X-ray diffraction. Single-crystal X-ray data sets were measured using a Rigaku MicroMax-007 HF rotating anode diffractometer (Mo-Kα radiation, λ = 0.71073 Å, Kappa 4 circle goniometer, Rigaku Saturn 724+ detector) at beamline 11.3.1 at the Advanced Light Source, Berkeley, USA, using silicon monochromated synchrotron radiation (λ = 0.7749 Å or 1.0332 Å, PHOTON100 CMOS detector), or at beamline I19 at the Diamond Light Source, Didcot, UK, using silicon double-crystal monochromated synchrotron radiation (λ = 0.6889 Å, Dectris Pilatus 2M detector). Unless specified in the detailed modification section, desolvated single crystals activated by removing the solvent under dynamic vacuum at 353 K were mounted on a MiTeGen loop and flash-cooled to 100 K under a stream of dry nitrogen gas. Empirical absorption corrections were performed with the program SADABS using the multiscan method (49). For synchrotron X-ray data collected at the Diamond Light Source (λ = 0.6889 Å), data reduction and absorption corrections were performed with xia2 (50). The structure was solved with SHELXT (51) and refined by full-matrix least-squares |F| 2 with SHELX (52) interfaced through the program OLEX2 (53). All non-H-atoms were refined anisotropically unless otherwise specified, and H-atoms were fixed to their geometrically estimated positions and refined using the riding model unless otherwise specified. The captured CIF, including structure factors, is available free of charge from the Cambridge Crystallographic Data Centre (CCDC) via www.ccdc.cam.ac.uk/data_request/cif.

水素同位体吸着/分離測定
完全自動化Sieverts装置iQ2(Quantachrome Instruments社)を使用して、吸着実験を行った。較正セルは、各実験と同一の温度及び圧力範囲にて実行される空分析であり、試料体積及び吸着物質の非直線性に関連した補正が行われる。いかなる溶媒分子も除去するために、およそ20mgの試料を真空下で343Kにて5hrs活性化した。つないだ低温クーラーをGifford-McMahonサイクルに基づいて使用して、試料温度をコントロールした。冷却系により、筆者らは、20から300K、推定誤差<0.05Kの温度を測定することが可能となる。
Hydrogen Isotope Adsorption/Separation Measurements Adsorption experiments were performed using a fully automated Sieverts iQ2 instrument (Quantachrome Instruments). The calibration cell was a blank run performed over the same temperature and pressure range as each experiment, with corrections related to the nonlinearity of the sample volume and adsorbed material. Approximately 20 mg of sample was activated under vacuum at 343 K for 5 hours to remove any solvent molecules. The sample temperature was controlled using an attached cryocooler based on the Gifford-McMahon cycle. The cooling system allowed us to measure temperatures from 20 to 300 K with an estimated error of <0.05 K.

D2/H2同位体混合物に曝露した後の選択的吸着は、社内で設計した昇温脱離ガス分析法(TDS)をセットアップすることにより直接的に測定した。典型的なプロセスでは、約 4mgの試料を試料ホルダーに入れ、真空下で343Kにて5h活性化した。次いで、等モルD2/H2同位体混合物を、固定した温度(曝露温度、Texp)にて、選択された曝露時間(texp)にわたり試料に入れた。遊離ガスを排出し、次いで、吸着状態を保存するために、試料を20Kに冷却した。最終的に、0.1K/sの加熱速度で20Kから室温へと加熱中に、ガスが脱離する場合、試料チャンバにおいて圧力の増加を認識する質量分析計(QMS)を使用して、脱離ガスを継続的に検出した。脱離ピーク下面積は、ガスの脱離量に比例しており、これは、TDS装置の慎重な較正の後で定量できる。 Selective adsorption after exposure to a D2 / H2 isotope mixture was directly measured by setting up an in-house designed temperature-programmed desorption spectrometry (TDS) system. In a typical process, approximately 4 mg of sample was placed in a sample holder and activated at 343 K under vacuum for 5 h. An equimolar D2 / H2 isotope mixture was then applied to the sample at a fixed temperature (exposure temperature, T exp ) for a selected exposure time (t exp ). The sample was then cooled to 20 K to expel the free gas and preserve the adsorption state. Finally, during heating from 20 K to room temperature at a heating rate of 0.1 K/s, the desorbed gas was continuously detected using a mass spectrometer (QMS), which recognizes the pressure increase in the sample chamber as gas desorbs. The area under the desorption peak is proportional to the amount of gas desorbed, which can be quantified after careful calibration of the TDS instrument.

質量分析計シグナルの較正
希釈したPd合金Pd95Ce5(約0.5g)の固体多結晶片を、較正に使用した。較正の前に、オキシド層を除去するために、合金を王水でエッチングし、これを次いで、高真空下で600Kまで加熱して、エッチング手順中に吸収され得るあらゆる水素を除去した。その後、これを重み付けし、試料チャンバに挿入した。350Kにて、チャンバに、40mbar純粋H2又は純粋D2を1.5~2.5h入れた。H及びDを、この希釈合金中において低負荷圧でセリウム原子に優先的に結合させると、合金は、周囲条件下で短時間取り扱うことができた。負荷した後で、合金を室温に冷却し、計量した。その後、これを試料チャンバに戻し、0.1K/sで通常のTDS測定を行った。脱離後、RTに戻して合金を冷却し、再度重み付けした。負荷していない状態と、負荷した状態との間における質量差は、水素又はジュウテリウムそれぞれの質量取込量に等しかった。
Calibration of the Mass Spectrometer Signal . A solid polycrystalline piece of diluted Pd alloy Pd95Ce5 (approximately 0.5 g) was used for calibration. Prior to calibration, the alloy was etched with aqua regia to remove the oxide layer. It was then heated to 600 K under high vacuum to remove any hydrogen that may have been absorbed during the etching procedure. It was then weighed and inserted into the sample chamber. At 350 K, the chamber was filled with 40 mbar pure H2 or pure D2 for 1.5–2.5 h. Since H and D preferentially bind to cerium atoms at low loading pressures in this diluted alloy, the alloy could be handled briefly under ambient conditions. After loading, the alloy was cooled to room temperature and weighed. It was then returned to the sample chamber and a conventional TDS measurement was performed at 0.1 K/s. After desorption, the alloy was cooled back to RT and reweighed. The mass difference between the unloaded and loaded states was equal to the mass uptake of hydrogen or deuterium, respectively.

計算方法
2.10.1細孔限定包絡線
分子動力学的(MD)シミュレーションを使用して、本研究の合成後に修飾されたケージの同形シリーズで、時間平均の細孔限定包絡線(PLE)を計算した。これらのMDシミュレーションの個々のフレームを抽出し、それぞれに対する細孔限定直径(PLD)を、ハイスループット幾何学的ベース分析ツールZeo++を使用して判定した(55)。これらの値のヒストグラムは、本明細書で研究された系に対するそれぞれのPLEを形成し、FIG 1Cで表示されている。PLEから、平衡結晶構造のたわみ性、分子内振動及び周囲の分子運動が明らかになる。MDシミュレーションでは、実験の単結晶構造は、出発構成として使用した。MDシミュレーションは、DL_POLY_2.20、2×2×2スーパーセル(56)を使用して実行した。すべてのケージ結晶は、カットオフ距離が10ÅのOPLS力場を使用してモデル化した。1atm及び298Kにおいて、いずれも、0.5psの時間定数を有するHooverバロスタット及びサーモスタットを用いてNPTアンサンブルを使用した。0.5fsの時間刻みを使用し、系を最初に100ps平衡を保ち、続いて生成を2ns実行し、1psごとにフレーム生成した。このMD軌道を使用して、系に対するPLEを生成した。
Calculation method
2.10.1 Pore Confinement Envelope Molecular dynamics (MD) simulations were used to calculate the time-averaged pore confinement envelope (PLE) for the isomorphous series of post-synthetic modified cages in this study. Individual frames from these MD simulations were extracted, and the pore confinement diameter (PLD) for each was determined using the high-throughput geometry-based analysis tool Zeo++ (55). A histogram of these values forms the PLE for each system studied here and is displayed in Figure 1C. The PLE reveals the flexibility of the equilibrium crystal structure, intramolecular vibrations, and surrounding molecular motions. For MD simulations, the experimental single crystal structure was used as the starting configuration. MD simulations were performed using DL_POLY_2.20, a 2 × 2 × 2 supercell (56). All cage crystals were modeled using the OPLS force field with a cutoff distance of 10 Å. The NPT ensemble was used, with a Hoover barostat and thermostat, both with a time constant of 0.5 ps, at 1 atm and 298 K. Using a time step of 0.5 fs, the system was first equilibrated for 100 ps, followed by a 2 ns generation run, with frames generated every 1 ps. This MD trajectory was used to generate the PLE for the system.

2.10.2 吸着及び拡散シミュレーション
古典的分子シミュレーションにおける量子回折効果を明らかにするために、いわゆるFeynman-Hibbs(FH)有効ポテンシャルが使用され得る(44)。二次FHポテンシャルUFH(r)は、ある古典的モデルポテンシャルUC(r)で作用し、
2.10.2 Adsorption and Diffusion Simulations To account for quantum diffraction effects in classical molecular simulations, the so-called Feynman-Hibbs (FH) effective potential can be used. (44) The quadratic FH potential U FH (r) acts on some classical model potential U C (r),

により示され、rijは、粒子i及びjの間における分離距離であり、hは、換算プランク定数であり、kBは、ボルツマン定数であり、Tは、温度であり、μijは、換算質量であり、これらは、mimi/(mi+mi)と同等であり、mi及びmjは、粒子の質量である。筆者らの水素吸着/拡散のシミュレーションでは、温度77K以下にて、Uc(r)は、レナード-ジョーンズ(LJ)ポテンシャルの形態を取った。単純な電荷電荷クーロンポテンシャルを伴った、全体の(非結合)相互作用エネルギーは、 where r ij is the separation distance between particles i and j, h is the reduced Planck constant, k B is the Boltzmann constant, T is the temperature, and μ ij is the reduced mass, which is equivalent to m i m i /(m i +m i ), where m i and m j are the masses of the particles. In our simulations of hydrogen adsorption/diffusion, at temperatures below 77 K, U c (r) took the form of a Lennard-Jones (LJ) potential. With a simple charge-charge Coulomb potential, the total (non-bonded) interaction energy is

により示され、εij及びσijは、それぞれ十分な深さ及び中核直径のLJポテンシャルであり、qi及びqjは、部分的原子電荷であり、ε0は、電気定数である。 where ε ij and σ ij are the LJ potentials at full depth and core diameter, respectively, q i and q j are the partial atomic charges, and ε 0 is an electric constant.

Levesqueらにより提案されているモデル(57)を使用して、H-H結合距離が0.74Åに固定された、硬い2部位分子として水素、2個の水素原子に配置させた部分原子電荷、ガス相に分子水素の四重極モーメントを再発生させる水素分子の質量中心が記載される。同一の力場パラメーター(Levesqueら)が、H2及びD2の両方に使用されるにもかかわらず、その周囲の相互作用は、FH有効ポテンシャルが使用されるため、依然として異なり得る。12.0Åの実空間カットオフをすべてのLJ相互作用に適用したが、長距離クーロン相互作用を、相対精度10-6のEwald総和法により取り扱った。Lorentz-Berthelot組合せ規則を使用して、ホスト-ゲスト及びゲスト-ゲスト相互作用のLJクロスパラメーターを計算した。シミュレーションしたすべての多孔性有機ケージ結晶で、実験結晶構造の細胞1単位を使用し、周期的境界条件を3次元で作用させた。たわみ性のあるホストをシミュレーションしたケースでは、実験結晶構造を出発構成として使用した。OPLS力場(58)は、(結合及び非結合相互作用の両方に)力場パラメーターを割り当てるために、また、すべてのケージ分子に部分原子電荷を割り当てるために使用した。 Using the model proposed by Levesque et al. (57), hydrogen is described as a rigid two-site molecule with a fixed HH bond distance of 0.74 Å, partial atomic charges placed on the two hydrogen atoms, and the center of mass of the hydrogen molecule, which reproduces the quadrupole moment of molecular hydrogen in the gas phase. Although the same force field parameters (Levesque et al.) are used for both H2 and D2 , the interactions around them may still differ due to the use of an FH effective potential. A real-space cutoff of 12.0 Å was applied to all LJ interactions, but long-range Coulomb interactions were handled by the Ewald summation method with a relative accuracy of 10-6 . The Lorentz-Berthelot combination rule was used to calculate the LJ cross parameters for host-guest and guest-guest interactions. For all simulated porous organic cage crystals, one cell unit of the experimental crystal structure was used, and periodic boundary conditions were applied in three dimensions. In the case of a flexible host simulation, the experimental crystal structure was used as the starting configuration. The OPLS force field (58) was used to assign force field parameters (for both bonded and nonbonded interactions) and to assign partial atomic charges to all cage molecules.

たわみ性のあるナノ多孔性材料における吸着及び拡散に対する分子シミュレーションソフトウェア、RASPA 2.0(59)が、本研究を通じて使用された。ガス吸着シミュレーションは、ハイブリッドグランドカノニカルモンテカルロ(GCMC)/分子動力学的(MD)スキームを使用して実行し、これにより、吸着シミュレーションにおいてホストの運動を直接サンプリングすることが可能となった。ハイブリッドMC/MDの移動は、等エンタルピー(NPH)定圧集団で計算したMD経路からなる。各MDの移動は、それぞれ0.5fsの5つの時間刻みで行い、シミュレーションにおいて2%の確立である。MDの実行により、ゲスト分子を負荷した際に分子ケージ結晶を弛緩させ、新たに弛緩した配置は、MCサンプリング規則により受け入れられる、又は棄却される。他のトライアルMC移動は、挿入、欠失、翻訳、回転、再挿入及びアイデンティティースワップ(identity swap)(ガス混合物のケース)を含み、これらの移動は、等しい可能性でランダムに試みられた。すべてのGCMC/MD及びGCMCシミュレーションは、800,000サイクルの平衡期、続いて200,000サイクルの生成実行に関与し、1サイクルは、n回のMC移動からなり、nは、吸着物質分子の数に等しかった(又は20、どちらか大きい方)。本明細書で行われる典型的なGCMC/MDシミュレーションでは、サンプリングしたMDの経路は、全体でおよそ1nsに達した。 RASPA 2.0 (59), a molecular simulation software for adsorption and diffusion in flexible nanoporous materials, was used throughout this study. Gas adsorption simulations were performed using a hybrid grand canonical Monte Carlo (GCMC)/molecular dynamics (MD) scheme, which allowed for direct sampling of host motion in the adsorption simulation. Hybrid GCMC/MD moves consisted of MD paths calculated in an isenthalpic (NPH) constant-pressure ensemble. Each MD move consisted of five time steps of 0.5 fs each, with a probability of 2% in the simulation. MD runs allowed the molecular cage crystal to relax upon loading with guest molecules, and the newly relaxed configurations were either accepted or rejected according to the MC sampling rules. Other trial MC moves included insertions, deletions, translations, rotations, reinsertions, and identity swaps (in the case of gas mixtures). These moves were attempted randomly with equal probability. All GCMC/MD and GCMC simulations involved an equilibration period of 800,000 cycles followed by a production run of 200,000 cycles, with one cycle consisting of n MC transfers, where n was equal to the number of adsorbate molecules (or 20, whichever was larger). In a typical GCMC/MD simulation performed here, the sampled MD path spanned approximately 1 ns in total.

2.10.3 ケージ結晶におけるガス拡散の自由エネルギープロファイル
ナノメートル単位の分子拡散の閉じ込め、例えば、本明細書でシミュレーションされている結晶構造で提示されるものは、ある自由エネルギーの最小値から次の値へとホップする粒子に対する時間尺度が大きくなりすぎて、分子動力学的シミュレーションの日常的適用に達しないほど、非常に遅くなり得る。例えば、ゲスト分子は、ケージ分子の内側に閉じ込められ得、ケージウィンドウから出るのに必要な実時間は、ケージ内側で費やす時間と比較してわずかである。そのようなプロセスは、活性化プロセスと考えられ、これは、或いは、稀な事象のシミュレーション方法、例えば遷移状態理論(TST)により精査され得る。ナノ多孔性吸着剤における、吸着物質の運搬の研究に関して、方法の包括的な実証は、Dubbeldamらにより示されている(60)。
2.10.3 Free Energy Profiles of Gas Diffusion in Cage Crystals Nanometer-scale molecular diffusion confinement, such as that presented in the crystal structures simulated here, can be so slow that the time scale for a particle hopping from one free energy minimum to the next becomes too large for routine application of molecular dynamics simulations. For example, a guest molecule can be confined inside a cage molecule, and the actual time required to escape the cage window is small compared to the time spent inside the cage. Such processes can be considered activated processes, which can alternatively be probed by rare-event simulation methods, such as transition state theory (TST). A comprehensive demonstration of the method for studying adsorbate transport in nanoporous adsorbents is presented by Dubbeldam et al. (60).

自由エネルギープロファイル(図5A~C)は、カノニカル(NVT)集団において、Widom粒子挿入法と共に、モンテカルロシミュレーションを使用して計算した。シミュレーション中、ケージ結晶構造における多くのランダムな位置に精査する分子(すなわちH2又はD2)を挿入して、系への分子挿入のそれぞれに必要とされる、又はそれにより得られるエネルギーを測定した。このエネルギーは、反応座標qにマッピングして、
βF(q)=-ln〈e-βΔUN
を使用し、自由エネルギープロファイルを生成し、
式中、β=1/(kBT)であり、kBは、ボルツマン定数であり、Tは、温度であり、〈e-βΔUNは、反応座標qに対して垂直な平面において、サンプリングした位置のすべてのNの平均ボルツマン因子である。
The free energy profiles (Figures 5A-C) were calculated using Monte Carlo simulations with the Widom particle insertion method in the canonical (NVT) ensemble. During the simulation, the probe molecule (i.e., H2 or D2 ) was inserted into many random positions in the cage crystal structure, and the energy required or gained by each molecular insertion into the system was measured. This energy was mapped to the reaction coordinate q,
βF(q)=-ln〈e -βΔUN
to generate a free energy profile,
where β=1/(k B T), k B is the Boltzmann constant, T is the temperature, and 〈e −βΔUN is the average Boltzmann factor over all N sampled positions in the plane perpendicular to the reaction coordinate q.

2.11ホスト-ゲスト結合エネルギー
経路積分分子動力学(PIMD)的シミュレーションを、量子力学的相互作用の評価と組み合わせて、ケージ分子におけるH2及びD2の拡散挙動を更に精査し、これにより、電子及び核両方の量子力学的性質が明白に説明される。経路積分シミュレーションを行うには、典型的には、核を古典的に処理する場合より2桁高価なので、筆者らは、ケージから拡散する1個のガス分子(すなわち、H2又はD2)を有する、単離した6ET-RCC3ケージ分子にのみ重点を置いた。更なる計算コスト削減は、電子構造の評価から相互作用を計算するために、UFFに基づく分散体補正スキームと共に(62)、自己無撞着電荷密度汎関数強束縛DFTB3法(61)を使用することによってなされた。
2.11 Host-Guest Binding Energy. Path-integral molecular dynamics (PIMD) simulations, combined with quantum-mechanical interaction evaluations, further probed the diffusion behavior of H2 and D2 in the cage molecules, explicitly accounting for both electronic and nuclear quantum mechanical properties. Because path-integral simulations are typically two orders of magnitude more expensive than classical nuclear treatments, we focused only on isolated 6ET-RCC3 cage molecules with a single gas molecule (i.e., H2 or D2 ) diffusing from the cage. Further computational cost reduction was achieved by using the self-consistent charge density functional tight-binding DFTB3 method (61) with a UFF-based dispersion correction scheme (62) to calculate interactions from electronic structure evaluations.

筆者らは、BLYP及びPBE密度汎関数でDFT-D3方法に対する本発明のホスト-ゲスト系(すなわち、H2又はD2を有する6ET-RCC3)のエネルギー代謝について説明する、DFTB3-UFF法をベンチマークした。3OBパラメーター化を、すべてのDFTB3計算に使用した(63)。DFTに基づく計算では、MOLOPT-DZVP基底関数系は、Goedecker-Teter-Hutter擬ポテンシャルと共にすべての要素に使用した(64、65)。平面波補助基底法は、500Ryのエネルギーカットオフにより定義され、Gaussian基底関数系選定法では、50Ryの相対的カットオフを伴った。各自己無撞着磁場サイクル中、電子構造は、10-8Hartreeの許容値に最小化した。計算は、CP2Kシミュレーションパッケージ(https://www.cp2k.org/)で行った。ホスト-ゲスト結合エネルギーは、
E結合=E(ホスト…ゲスト)-E(ホスト)-E(ゲスト)
と定義され、式中、E(ホスト…ゲスト)、E(ホスト)及びE(ゲスト)は、ゲストを負荷した6ET-RCC3 ホスト、空いた6ET-RCC3ホスト及び単離されるゲスト分子(H2又はD2)、それぞれの合計エネルギーである。表S6は、異なる方法を使用して得られる結合エネルギーすべてについて報告しており、これにより、DFTB3-UFF法は、計算上効率的であるだけではなく、系を正しく説明もできることが明らかに示される。したがって、すべてのPIMDシミュレーションにより、電子構造の評価にDFTB3-UFF法が使用される。
We benchmarked the DFTB3-UFF method, which describes the energy metabolism of our host-guest system (i.e., 6ET-RCC3 with H2 or D2 ) against the DFT-D3 method with BLYP and PBE density functionals. The 3OB parameterization was used for all DFTB3 calculations. (63) For DFT-based calculations, the MOLOPT-DZVP basis set was used for all elements along with Goedecker-Teter-Hutter pseudopotentials. (64, 65) The plane wave auxiliary basis method was defined with an energy cutoff of 500 Ry, and the Gaussian basis set selection method involved a relative cutoff of 50 Ry. During each self-consistent field cycle, the electronic structure was minimized to a tolerance of 10-8 Hartree. Calculations were performed with the CP2K simulation package (https://www.cp2k.org/). The host-guest binding energy was calculated using
E bond = E(host...guest)-E(host)-E(guest)
where E(host...guest), E(host), and E(guest) are the total energies of the guest-loaded 6ET-RCC3 host, the unloaded 6ET-RCC3 host, and the isolated guest molecule ( H2 or D2 ), respectively. Table S6 reports all the binding energies obtained using the different methods, clearly demonstrating that the DFTB3-UFF method is not only computationally efficient but also able to correctly describe the system. Therefore, all PIMD simulations use the DFTB3-UFF method to evaluate the electronic structure.

2.12 ケージウィンドウを介したH2分散の最小エネルギー経路
筆者らは、クライミングイメージナッジドエラスティックバンド(CI-NEB)の計算を行って、6ET-RCC3ケージ分子のウィンドウ4つのそれぞれを通して移行する単一のH2分子に対する最小エネルギー経路(MEP)を判定した。上記の同DFTB3-UFF設定を、すべてのCI-NEB計算に使用した。
2.12 Minimum Energy Paths for H2 Dispersion through Cage Windows We performed climbing image nudged elastic band (CI-NEB) calculations to determine the minimum energy paths (MEPs) for a single H2 molecule transitioning through each of the four windows of the 6ET-RCC3 cage molecule. The same DFTB3-UFF settings described above were used for all CI-NEB calculations.

2.13 経路積分分子動力学的シミュレーション及び自由エネルギー計算
系。上で考察したように、PIMDによる周期性ケージ結晶構造の直接のシミュレーションは、系が大きいため、難しい。(例えば、共結晶構造は、単位セルに1,500個超の原子を含む)。分子ケージ結晶は、個々のケージ分子の充填により集合するので、結晶構造の多孔性に関連した多くの性質は、構成分子のサブ単位の性質に密接に従い、例えば、CC3結晶構造における細孔限定直径は、ケージウィンドウの大きさにより適用される。これにより、筆者らが単離したケージ分子を研究して、当該拡散プロセスの本質的な特徴を捉えると以前に示されている(66)ケージ結晶の性質を理解することが可能になる。
2.13 Path-Integral Molecular Dynamics Simulations and Free Energy Calculations. As discussed above, direct simulation of periodic cage crystal structures with PIMD is challenging due to the large size of the systems (e.g., cocrystal structures contain over 1,500 atoms in the unit cell). Because molecular cage crystals assemble through the packing of individual cage molecules, many properties related to the porosity of the crystal structure closely follow the properties of the constituent molecular subunits; for example, the pore-limiting diameter in the CC3 crystal structure is governed by the size of the cage window. This allows us to study isolated cage molecules to understand the properties of cage crystals, which have previously been shown to capture essential features of the diffusion process (66).

統計力学。核自由度の量子ボルツマン統計を明らかにするために、筆者らは、虚時間経路積分分子動力学(PIMD)を使用した(67)。この技術は、系の量子統計力学と、系の複数のレプリカでできているいわゆる環ポリマーの古典的統計力学の間における同型写像に基づく(68)。この方法は、ゼロ点変動及び量子トンネル効果の統計を正確に説明するが、区別不可能な同一の原子から生じる効果を含まない。この近似は、低温にて、H2又はD2分子における原子に問題が起きる可能性がある(69)。しかし、PIMDシミュレーション内の交換による効果を含むと、病理学的兆候の問題が生じ(70)、後の補正から、これが簡単ではないことが明らかになる。筆者らは、したがって、区別可能な原子を推定し、近似は正確なものではないことがある点を留意してすべてのシミュレーションを行った。 Statistical mechanics. To characterize the quantum Boltzmann statistics of the nuclear degrees of freedom, we used imaginary-time path-integral molecular dynamics (PIMD). (67) This technique is based on an isomorphism between the quantum statistical mechanics of a system and the classical statistical mechanics of so-called ring polymers, which consist of multiple replicas of the system. (68) This method accurately describes the statistics of zero-point fluctuations and quantum tunneling, but does not include effects arising from indistinguishable identical atoms. This approximation can be problematic for atoms in H2 or D2 molecules at low temperatures. (69) However, including exchange effects in PIMD simulations raises the issue of pathological manifestations. (70) Subsequent corrections reveal that this is not straightforward. We therefore assumed distinguishable atoms and performed all simulations with the understanding that the approximation may not be accurate.

6ET-RCC3ケージ内側におけるH2を上回るD2の相対的母集団。特定の温度にて、ケージ内側におけるH2を上回るD2の相対的母集団は、D2のH2に対する相対的優先性の尺度であり、これは、実験のD2/H2選択性と比較され得る。相対的母集団を計算するために、筆者らは、ケージ内側におけるH2の分子を、ガス相におけるD2の分子で可逆的に置換することを検討する。 Relative population of D2 over H2 inside the 6ET-RCC3 cage. At a particular temperature, the relative population of D2 over H2 inside the cage is a measure of the relative preference of D2 over H2 , which can be compared to experimental D2 / H2 selectivity. To calculate the relative population, we consider the reversible replacement of H2 molecules inside the cage with D2 molecules in the gas phase.

この置換の平衡定数(α)により、温度Tにて、ガス相全体で、ケージ内側におけるH2を上回るD2の相対的存在率が示され、
-kBTin(α)={[A[D2(ケージ)]-[A[H2(ケージ)]-[A[D2(ガス)]-[A[H2(ガス)]}
として表現され(71)、Aは、系のヘルムホルツ自由エネルギーを表し、kBは、ボルツマン定数である。自由エネルギー差は、質量にわたって熱力学的積分を行うことにより計算され(72)、
The equilibrium constant (α) of this substitution describes the relative abundance of D2 over H2 inside the cage throughout the gas phase at temperature T,
-k B Tin(α)={[A[D2(cage)]-[A[H2(cage)]-[A[D2(gas)]-[A[H2(gas)]}
(71) where A represents the Helmholtz free energy of the system and kB is the Boltzmann constant. The free energy difference is calculated by thermodynamic integration over the mass (72),

を評価し、mD2及びmH2は、D2及びH2分子のそれぞれの原子質量であり、T(m;ケージ/ガス)は、ケージ又はガス相における、原子質量mを有する、ゲスト分子の量子運動エネルギーの予想値である。Ceriotti及びMarklandの求積法を使用して選択される3点で全体を離散化した(73)。PIMDシミュレーションを使用して、ケージ内側、及びガス相におけるH2及びD2分子の量子運動エネルギーを計算した。シミュレーションは、温度T=30K、40K、50K、77K及び100Kにて、NVT集団においてi-PIを使用して行った(74)。量子変動は、以下のパラメーターを用い、PIGLETサーモスタットを使用して強制した(75) where mD2 and mH2 are the atomic masses of the D2 and H2 molecules, respectively, and T(m; cage/gas) is the expected quantum kinetic energy of the guest molecule with atomic mass m in the cage or gas phase. The entire system was discretized at three points selected using the quadrature method of Ceriotti and Markland (73). PIMD simulations were used to calculate the quantum kinetic energies of the H2 and D2 molecules inside the cage and in the gas phase. Simulations were performed using i-PI in the NVT ensemble at temperatures T = 30 K, 40 K, 50 K, 77 K, and 100 K (74). Quantum fluctuations were forced using a PIGLET thermostat with the following parameters (75):

これらのパラメーターは、オンラインリポジトリー、http://gle4md.org/から得た。DFTB+コード(76)を使用して、力の評価を行った。BAOABスキームを使用し、0.5fsの時間刻みを使用して、運動の等式を積分した(77)。シミュレーションを20ps実行し、量子運動エネルギーを各工程でサンプリングした。相対的母集団における誤差は、量子運動エネルギーからの誤差の伝搬により計算し、これを、PIMDシミュレーションから得られた時系列の標準誤差として計算した(図5H)。 These parameters were obtained from the online repository, http://gle4md.org/. Force evaluation was performed using the DFTB+ code (76). The equations of motion were integrated using the BAOAB scheme with a time step of 0.5 fs (77). Simulations were run for 20 ps, with the quantum kinetic energy sampled at each step. The error in the relative population was calculated by error propagation from the quantum kinetic energy, which was calculated as the standard error of the time series obtained from the PIMD simulation (Figure 5H).

ケージウィンドウを通したH2及びD2の拡散に対する自由エネルギープロファイル。自由エネルギープロファイルは、PIMD及びアンブレラサンプリングの組合せを使用して計算した(78)。CI-NEB計算により評価されるように最も弱いエネルギーバリアを有する6ET-RCC3のケージウィンドウを調査した。オーダーパラメーターは、
S=(rゲスト-rケージ)・(rウィンドウ- rケージ)/[(rウィンドウ-rケージ)]2
と定義され、rゲスト、rケージ及びrウィンドウは、それぞれゲスト分子の位置ベクトル、ケージの中心及びウィンドウの中心である。s=0、s=1及びs>1は、それぞれ、ケージの中心に位置するゲスト分子、ゲスト分子に対して遷移状態の、ウィンドウの中心に位置するゲスト分子、及びケージの外側におけるゲスト分子に相当する。ケージは、フェニル環に対向するウィンドウ4つを有するおおよそ不規則な八面体である。当該ウィンドウの中心は、3個の炭素原子の質量中心と定義される。ケージ分子の中心は、6個の炭素原子の質量中心と定義される。
Free energy profiles for the diffusion of H2 and D2 through cage windows. The free energy profiles were calculated using a combination of PIMD and umbrella sampling (78). The cage window of 6ET-RCC3, which has the weakest energy barrier as assessed by CI-NEB calculations, was investigated. The order parameter is
S = (r guest - r cage ) (r window - r cage ) / [(r window - r cage )] 2
where r guest , r cage , and r window are the position vector of the guest molecule, the cage center, and the window center, respectively. s = 0, s = 1, and s > 1 correspond to the guest molecule located at the center of the cage, the guest molecule located at the center of the window in the transition state with respect to the guest molecule, and the guest molecule outside the cage, respectively. The cage is an approximately irregular octahedron with four windows facing the phenyl rings. The window center is defined as the center of mass of the three carbon atoms. The cage molecule center is defined as the center of mass of the six carbon atoms.

s=0.0からs=4.5の間に均一に中心がある全50例の調和拘束を使用した。調和力定数は、最初に40例の拘束、また、残り10例の拘束に、それぞれK=150kJ mol-1 及びK=500kJ mol-1に設定した。ゲスト分子がケージ分子から飛散するのを防止するために、 A total of 50 harmonic restraints were used, uniformly centered between s = 0.0 and s = 4.5. The harmonic force constants were set to K = 150 kJ mol −1 and K = 500 kJ mol −1 for the first 40 restraints and the remaining 10 restraints, respectively. To prevent the guest molecules from scattering from the cage molecules,

で壁を適用した。 The wall was applied.

PIMDシミュレーションは、50Kにて、i-PIを使用して行い、プラムED(79)を使用して、環ポリマーの質量中心ハミルトニアンに対してバイアスをかける。計算の設定を、以前の位置におけるものと同一に保持した。各拘束では、シミュレーションを10ps行った。Grossfieldにより実践された重み付けヒストグラム分析法(80)を使用して、無バイアス自由エネルギー曲線を利用する。このプロセスは、異なる出発構成、並びに異なる乱数シードを使用して4回繰り返して、エラーバー付きの平均化自由エネルギープロファイルを得た(図5I)。 PIMD simulations were performed at 50 K using i-PI, with Plum ED (79) biasing the center-of-mass Hamiltonian of the ring polymer. The calculation settings were kept identical to those in the previous position. Simulations were run for 10 ps at each constraint. The unbiased free energy curves were obtained using the weighted histogram analysis method implemented by Grossfield (80). This process was repeated four times using different starting configurations and different random number seeds to obtain averaged free energy profiles with error bars (Figure 5I).

本発明に関して適用可能な更なる技術
以下で考察されている実験において必ずしも具体的に実践されないが、以下の技術は、本発明を更に活用するため、及び/又は、更なる実施形態を示すために実践され得る。
Further Techniques Applicable in Relation to the Present Invention Although not necessarily specifically practiced in the experiments discussed below, the following techniques may be practiced to further utilize the present invention and/or to demonstrate further embodiments.

二原子水素同位体のガスクロマトグラフィーによる定量化及び分離
M. Ravichandran、P. R. Ramya、S. Sankar Ganesh、K. Ramesh Naidu及びM. M. Rajput、「Optimization of Indigenously Developed Column for the Separation and Analysis of All the Six Hydrogen Isotopic Combinations in Elemental form using Gas Chromatograph」、BARC NEWSLETTER、2016年1月~2月、23~26頁、ISSN 0976-2108は、ホモ-二原子及びヘテロ-二原子水素同位体、例えばH2、HD、HT、D2、DT及びT2を、それらの混合物(典型的にはヘリウム担体ガスと混合されている)から分離し、ひいては、処理したγ-アルミナ固定相に対するそれらの示差的親和性、及び、熱伝導率におけるそれらの差に基づいて定量化するためのガスクロマトグラフィー装置及び方法について記載する。これは、本発明の技術を展開して、核融合の産物を分離する場合に特に有用と想定される。
Gas chromatographic quantification and separation of diatomic hydrogen isotopes.
M. Ravichandran, P.R. Ramya, S. Sankar Ganesh, K. Ramesh Naidu, and M.M. Rajput, "Optimization of Indigenously Developed Column for the Separation and Analysis of All the Six Hydrogen Isotopic Combinations in Elemental Form using Gas Chromatograph," BARC NEWSLETTER, January-February 2016, pp. 23-26, ISSN 0976-2108, describes a gas chromatography apparatus and method for separating homo- and hetero-diatomic hydrogen isotopes, such as H2 , HD, HT, D2 , DT, and T2 , from their mixtures (typically mixed with helium carrier gas) and then quantifying them based on their differential affinity for a treated gamma-alumina stationary phase and their differences in thermal conductivity. This is envisioned to be particularly useful when deploying the technology of the present invention to separate the products of nuclear fusion.

圧力スイング吸収
圧力スイング吸収(PSA)は、当業界で周知であり、高圧ガス下で、固体表面に吸着する傾向があり、更に減圧でそこから脱離することに基づいて作用させる。PSAプロセスは、「標的」ガス中で、そこから「非標的」ガスを選択的に除去することにより、ガス混合物を富化しようとすることがあるが、逆もまた完全に実行可能であり、特に本発明に適用可能であり、例えば選択的に抽出し、及びこれを選択的に収着して、「標的」ガスを精製する。2つの吸着装置を利用して、特定のガスにおける混合物を富化する、又は、標的ガスを選択的に抽出する、実質的に連続したプロセスが促進される。実際に、標的」ガスが収着される種である場合、この標的ガスは、脱離に続いて(減圧の際に)使用して、第2の装置を部分的に加圧できる。更に、脱離した標的ガス(更に精製して、非標的ガスを除去する必要があり得る)は、同一のプロセスで(同一の装置を経由して、又は、更に同様の下流装置を経由して、インライン若しくは別々で)投入(又は再投入)できる。K. Kotoh及びM. Tanaka及びY. Nakamura及びT. Sakamoto及びY. Asakura及びT. Uda及びT. Sugiyama、「Experimental Verification of Hydrogen Isotope Separation by Pressure Swing Adsorption」、Fusion Science and Technology、第54巻、第2号、2008年、411~414頁、https://doi.org/10.13182/FST08-A1842は、本発明に適用可能な圧力スイング吸収技術について説明している。
Pressure Swing Absorption. Pressure swing absorption (PSA) is well known in the art and operates on the basis of the tendency of gases to adsorb onto solid surfaces under high pressure, followed by desorption therefrom at reduced pressure. While PSA processes often seek to enrich a gas mixture in a "target" gas by selectively removing "non-target" gases therefrom, the reverse is also entirely feasible and particularly applicable to the present invention, e.g., selectively extracting and selectively sorbing it to purify the "target" gas. Utilizing two adsorption devices facilitates a substantially continuous process of enriching a mixture in a particular gas or selectively extracting a target gas. Indeed, if the "target" gas is the sorbed species, this target gas can be used (upon depressurization) to partially pressurize the second device following desorption. Furthermore, the desorbed target gas (which may need further purification to remove non-target gases) can be introduced (or reintroduced) in the same process (either through the same device or through further similar downstream devices, in-line or separately). K. Kotoh, M. Tanaka, Y. Nakamura, T. Sakamoto, Y. Asakura, T. Uda, and T. Sugiyama, "Experimental Verification of Hydrogen Isotope Separation by Pressure Swing Adsorption," Fusion Science and Technology, Vol. 54, No. 2, 2008, pp. 411-414, https://doi.org/10.13182/FST08-A1842, describes pressure swing absorption technology applicable to the present invention.

発明に適用可能な異なるタイプの多孔性有機ケージ
Hasell, T.、Cooper, A. Porous organic cages :soluble, modular and molecular pores. Nat Rev Mater 1、16053(2016年).https://doi.org/10.1038/natrevmats.2016.53は、概説記事であり、「多孔性有機ケージ」という用語を、区別される他の多孔性化合物(例えばMOF、ゼオライト)として定義するだけではなく、網羅的ではない、範囲の異なるタイプの多孔性有機ケージを探査することにより、この用語の範囲も例証する。以下で詳細に述べられている実験は、多孔性有機ケージ化合物の詳細な亜型であり、当業者は、本発明の原理が、より広く適用可能であることを容易に認識する。
Different types of porous organic cages applicable to the invention
Hasell, T., Cooper, A. Porous organic cages: soluble, modular, and molecular pores. Nat Rev Mater 1, 16053 (2016). https://doi.org/10.1038/natrevmats.2016.53 is a review article that not only defines the term "porous organic cage" as distinct from other porous compounds (e.g., MOFs, zeolites), but also illustrates the scope of the term by exploring a non-exhaustive range of different types of porous organic cages. The experiments detailed below are specific subtypes of porous organic cage compounds, and those skilled in the art will readily recognize that the principles of the present invention are more broadly applicable.

該当化合物の合成
CC3(ケージ3)を、そのホモキラル形態CC3-Rで以前に報告されているように調製した(Jones, J. T.、Hasell, T.、Wu, X.、Bacsa, J.、Jelfs, K. E.、Schmidtmann, M.、Chong, S. Y.、Adams, D. J.、Trewin, A.、Schiffman, F.、Cora, F.、Slater, B.、Steiner, A.、Day, G. M.、Cooper, A. I. Nature 2011年、474、367頁を参照されたい)。1AT-RCC3及び6FT-RCC3は、以前に報告されている手順に従って、キラル的に純粋な(1S,2S)-(+)-1,2-ジアミノシクロヘキサン(31)を使用して、そのホモキラル形態で調製した。
Synthesis of the relevant compound
CC3 (cage 3) was prepared in its homochiral form, CC3-R, as previously reported (Jones, JT, Hasell, T., Wu, X., Bacsa, J., Jelfs, K.E., Schmidtmann, M., Chong, S.Y., Adams, D.J., Trewin, A., Schiffman, F., Cora, F., Slater, B., Steiner, A., Day, G.M., Cooper, A.I. Nature 2011, 474, 367). 1AT-RCC3 and 6FT-RCC3 were prepared in their homochiral forms using chirally pure (1S,2S)-(+)-1,2-diaminocyclohexane (31) according to previously reported procedures.

RCC3の合成
イミンケージCC3-R(926mg、0.83mmol)を、CHCl3/メタノール混合物(1:1v/v、50mL)に、撹拌することにより溶解した。この溶液が透明になった際に、水素化ホウ素ナトリウム(1.00g、26.5mol)を添加し、反応を室温にて更に12時間撹拌した。水(2mL)を、次いで添加し、反応を更に12時間撹拌した。溶媒を次いで真空下で除去した。生じた白色固体を、クロロホルム(2×50mL)で抽出し、次いで合わせた有機相を水(2×100mL)により洗浄した。CHCl3相は、無水MgSO4を使用して乾燥させてから、真空下で除去した。アミンケージ1(粗収率=900mg、95.1%)を白色固体として得た。1H NMR (CDCl3, 400 MHz) δ 7.12 (s, 12H, -ArH), 3.81 (d, 12H, -ArCH2), 3.59 (d, 12H, -ArCH2), 2.18 (m, 12H, シクロヘキサンのCH), 0.95 - 1.98 (m, 48H, シクロヘキサンのCH2) ppm; 13C NMR (CDCl3, 100 MHz): δ 141.2, 124.9, 61.2, 50.7, 32.0, 25.0 ppm. IR (KBr ペレット, ν) 2922 (s), 2850 (s), 1603 (w), 1446 (s), 1354 (w), 1338 (w), 1153 (m), 1113 (s), 856 (s), 789 (m), 750 (m), 714 (m), 525 (w) cm-1. MS (ES+) 1141.9 ([M+H]+).
Synthesis of RCC3: Imine cage CC3-R (926 mg, 0.83 mmol) was dissolved in a CHCl3 /methanol mixture (1:1 v/v, 50 mL) by stirring. When the solution became clear, sodium borohydride (1.00 g, 26.5 mol) was added, and the reaction was stirred at room temperature for an additional 12 h. Water (2 mL) was then added, and the reaction was stirred for an additional 12 h. The solvent was then removed under vacuum. The resulting white solid was extracted with chloroform (2 x 50 mL), and the combined organic phases were then washed with water (2 x 100 mL). The CHCl3 phase was dried over anhydrous MgSO4 and then removed under vacuum. Amine cage 1 (crude yield = 900 mg, 95.1%) was obtained as a white solid. 1H NMR ( CDCl3 , 400 MHz) δ 7.12 (s, 12H, -ArH), 3.81 (d, 12H, -ArCH2 ), 3.59 (d, 12H, -ArCH2 ), 2.18 (m, 12H, CH from cyclohexane), 0.95 - 1.98 (m, 48H, CH from cyclohexane) ppm; 13C NMR ( CDCl3 , 100 MHz): δ 141.2, 124.9, 61.2, 50.7, 32.0, 25.0 ppm. IR (KBr pellet, ν) 2922 (s), 2850 (s), 1603 (w), 1446 (s), 1354 (w), 1338 (w), 1153 (m), 1113 (s), 856 (s), 789 (m), 750 (m), 714 (m), 525 (w) cm -1 . MS (ES+) 1141.9 ([M+H] + ).

RCC3・14.68(H2O)の結晶データ。式C72H137.36N12O14.68、M=1406.21g・mol-1、立方晶空間群F4132、無色結晶a=25.71(1)Å、V=16999(13)Å3、ρ=1.092g・cm-3、μ=0.077mm-3、F(000)=6034、結晶サイズ=0.25×0.20×0.15mm3、T=100(2)K、測定された反射33042(2.63<Θ<25.01°)、1274ユニーク(Rint=0.0466)、1070(I>2σ(I)、観察された反射R1=0.0759及び全反射R1=0.0863、全反射wR2=0.2324、max/min残留電子密度=0.493及び-0.275e・Å-3、データ/拘束/パラメーター=1274/0/100、GOF=1.054。 Crystal data for RCC3·14.68(H 2 O). Formula C 72 H 137.36 N 12 O 14.68 , M = 1406.21 g·mol −1 , cubic space group F4 1 32, colorless crystals a = 25.71(1) Å, V = 16999(13) Å 3 , ρ = 1.092 g·cm −3 , μ = 0.077 mm −3 , F(000) = 6034, crystal size = 0.25 × 0.20 × 0.15 mm 3 , T = 100(2) K, measured reflections 33042 (2.63 < Θ < 25.01°), 1274 unique (R int = 0.0466), 1070 (I > 2σ(I)), observed reflections R 1 = 0.0759 and total reflection R 2 = 0.0863, total reflection wR 2 = 0.0863. = 0.2324, max/min residual electron density = 0.493 and -0.275e·Å −3 , data/restraints/parameters = 1274/0/100, GOF = 1.054.

MeOH/H2O溶液から結晶化されたRCC3・14.68(H2O)。構造は、RCC3断片の1/12からなる不斉単位を有するキラル立方晶空間群F4132として分割し、精製した。残留電子密度は、きわめて拡散性であり、H2Oを溶媒として仮に割り当て、精製中にFVARを使用してその占有率を判定した。H2O溶媒分子は、プロトン原子を乗せずに精製したが、これらは、精製された式単位に含まれていた。 RCC3·14.68( H2O ) crystallized from MeOH/ H2O solution. The structure was resolved and refined in the chiral cubic space group F4 1 32 with an asymmetric unit consisting of 1/12 of the RCC3 fragment. The residual electron density was highly diffuse, so H2O was tentatively assigned as the solvent and its occupancy was determined using FVAR during refinement. H2O solvent molecules were refined without proton atoms, but these were included in the refined formula unit.

後続の分析に向けて多量の結晶性RCC3を得るために、RCC3の溶液を、CHCl3に溶解し、これを2日間かけてゆっくり蒸発させた。粉末X線回折(PXRD)により、この溶媒和物材料は、単結晶構造と同一の相であったことが確認された。高温/低温真空、N2流、溶媒交換及び超臨界CO2乾燥を含めて、RCC3溶媒和物を活性化するための異なる脱溶媒和方法を調査した。しかし、これらの活性化状態のうち、溶媒和の際にRCC3の結晶化度を維持したものはなく、筆者らは、代わりに、PXRDパターンにおいてBragg反射がないことを示した非晶質固体を、すべてのケースにおいて単離した。 To obtain a large amount of crystalline RCC3 for subsequent analysis, a solution of RCC3 was dissolved in CHCl3 and allowed to slowly evaporate over two days. Powder X-ray diffraction (PXRD) confirmed that the solvated material was phase-identical to the single-crystal structure. Different desolvation methods were investigated to activate the RCC3 solvate, including high/low temperature vacuum, N2 flow, solvent exchange, and supercritical CO2 drying. However, none of these activation states maintained the crystallinity of RCC3 upon solvation; instead, the authors isolated amorphous solids in all cases, which exhibited an absence of Bragg reflections in the PXRD patterns.

AT-RCC3の合成
還元アミンケージRCC3(50mg、0.044mmol)を、10mLバイアル中の3mLアセトンに溶解した。バイアルを密封し、放置した。AT-RCC3の単結晶が、約30min後、バイアルの壁に及び底に徐々に現れた。12h後、結晶を濾過により収集し、アセトン(2×100mL)により洗浄した。収率:39mg、75.4%。(注記:濾液は、>12h放置して、更なる結晶クロップを収集でき、したがってこの75%収率は改善される。) 1H NMR (CDCl3, 400 MHz) δ 7.35 - 6.83 (m, 12H, -ArH), 4.00 - 3.04 (m, 12H, -ArCH2), 2.49 - 0.7 (m, 12H, -ArCH2), 2.18 (m, 60H, CH及びシクロヘキサンのCH2), 0.95 - 1.98 (m, 48H, シクロヘキサンのCH2) ppm; 13C NMR (CDCl3, 100 MHz): δ 141.2, 127.7, 125.0, 61.4, 51.8, 50.8, 50.0, 31.8, 30.9, 25.0, 23.9 ppm. IR (KBr ペレット, ν) 2927 (s), 2855 (m), 1605 (w), 1449 (m), 1374 (w), 1355 (w), 1337 (w), 1293 (w), 1206 (w), 1158 (w), 1110 (w), 1074 (w), 1001 (w), 862 (w), 789 (w), 736 (w) cm-1. MS (ES+) 1181.9 ([M+H]+).
Synthesis of AT-RCC3. The reduced amine cage RCC3 (50 mg, 0.044 mmol) was dissolved in 3 mL of acetone in a 10 mL vial. The vial was sealed and left to stand. Single crystals of AT-RCC3 gradually appeared on the wall and bottom of the vial after about 30 min. After 12 h, the crystals were collected by filtration and washed with acetone (2 × 100 mL). Yield: 39 mg, 75.4%. (Note: The filtrate can be allowed to stand for >12 h to collect an additional crystal crop, thus improving this 75% yield.) 1 H NMR (CDCl 3 , 400 MHz) δ 7.35 - 6.83 (m, 12H, -ArH), 4.00 - 3.04 (m, 12H, -ArCH 2 ), 2.49 - 0.7 (m, 12H, -ArCH 2 ), 2.18 (m, 60H, CH and CH 2 from cyclohexane), 0.95 - 1.98 (m, 48H, CH 2 from cyclohexane) ppm; 13 C NMR (CDCl 3 , 100 MHz): δ 141.2, 127.7, 125.0, 61.4, 51.8, 50.8, 50.0, 31.8, 30.9, 25.0, 23.9 ppm. IR (KBr pellets, ν) 2927 (s), 2855 (m), 1605 (w), 1449 (m), 1374 (w), 1355 (w), 1337 (w), 1293 (w), 1206 (w), 1158 (w), 1110 (w), 1074 (w), 1001 (w), 862 (w), 789 (w), 736 (w) cm -1 . MS (ES+) 1181.9 ([M+H] + ).

AT-RCC3・7.5(H2O)の結晶データ。式C75H127N12O7.5、M=1301.77g・mol-1、立方晶空間群F4132、無色結晶a=25.469(1)Å、V=16520(2)Å3、ρ=1.047g・cm-3、μ=0.068mm-3、F(000)=5648、結晶サイズ=0.18×0.18×0.12mm3、T=100(2)K、測定された反射29022(1.38<Θ<23.24°)、993ユニーク(Rint=0.0508)、955(I>2σ(I)、観察された反射R1=0.0848及び全反射R1=0.0868、全反射wR2=0.2534、max/min残留電子密度=0.485及び-0.250e・Å-3、データ/拘束/パラメーター=993/17/92、GOF=1.166。 Crystal data for AT-RCC3·7.5(H 2 O). Formula C 75 H 127 N 12 O 7.5 , M = 1301.77 g·mol −1 , cubic space group F4 1 32, colorless crystals a = 25.469(1) Å, V = 16520(2) Å 3 , ρ = 1.047 g·cm −3 , μ = 0.068 mm −3 , F(000) = 5648, crystal size = 0.18 × 0.18 × 0.12 mm 3 , T = 100(2) K, measured reflections 29022 (1.38 < Θ < 23.24°), 993 unique (R int = 0.0508), 955 (I > 2σ(I)), observed reflections R 1 = 0.0848 and total reflection R 2 = 0.0868, total reflection wR 2 = 0.0848. = 0.2534, max/min residual electron density = 0.485 and -0.250 e·Å −3 , data/restraints/parameters = 993/17/92, GOF = 1.166.

AT-RCC3・4.5(H2O)の結晶データ。式C75H121N12O4.5、M=1262.84g・mol-1、立方晶空間群F4132、無色結晶a=25.612(5)Å、V=16801(6)Å3、ρ=0.998g・cm-3、μ=0.063 mm-3、F(000)=5528、結晶サイズ=0.18×0.18×0.12mm3、T=300(2)K、測定された反射26066(1.38<Θ<20.88°)、759ユニーク(Rint=0.0767)、708(I>2σ(I)、観察された反射R1=0.0828及び全反射R1=0.0928、全反射wR2=0.2501、max/min残留電子密度=0.346及び-0.377e・Å-3、データ/拘束/パラメーター=759/14/95、GOF=1.125。 Crystal data for AT-RCC3·4.5(H 2 O). Formula C 75 H 121 N 12 O 4.5 , M = 1262.84 g·mol −1 , cubic space group F4 1 32, colorless crystals a = 25.612(5) Å, V = 16801(6) Å 3 , ρ = 0.998 g·cm −3 , μ = 0.063 mm −3 , F(000) = 5528, crystal size = 0.18 × 0.18 × 0.12 mm 3 , T = 300(2) K, measured reflections 26066 (1.38 < Θ < 20.88°), 759 unique (R int = 0.0767), 708 (I > 2σ(I)), observed reflections R 1 = 0.0828 and R 2 = 0.0928 . = 0.2501, max/min residual electron density = 0.346 and -0.377 e·Å −3 , data/restraints/parameters = 759/14/95, GOF = 1.125.

AT-RCC3の結晶データ。式C72H112N12、M=1181.76g・mol-1、立方晶空間群F4132、無色結晶a=25.456(6)Å、V=16495(7)Å3、ρ=0.952g・cm-3、μ=0.057mm-3、F(000)=5168、結晶サイズ=0.18×0.18×0.12mm3、T=350(2)K、測定された反射25340(2.26<Θ<20.82°)、730ユニーク(Rint=0.0940)、570(I>2σ(I)、観察された反射R1=0.1097及び全反射R1=0.1260、全反射wR2=0.3059、max/min残留電子密度=0.412及び-0.171e・Å-3、データ/拘束/パラメーター=730/14/81、GOF=1.287。 Crystal data for AT-RCC3. Formula C 72 H 112 N 12 , M = 1181.76 g·mol −1 , cubic space group F4 1 32, colorless crystals a = 25.456(6) Å, V = 16495(7) Å 3 , ρ = 0.952 g·cm −3 , μ = 0.057 mm −3 , F(000) = 5168, crystal size = 0.18 × 0.18 × 0.12 mm 3 , T = 350(2) K, measured reflections 25340 (2.26 < Θ < 20.82°), 730 unique (R int = 0.0940), 570 (I > 2σ(I)), observed reflections R 1 = 0.1097 and total reflection R 1 = 0.1260, total reflection wR 2 = 0.3059, max/min residual electron density = 0.412 and -0.171 e·Å −3 , data/restraints/parameters = 730/14/81, GOF = 1.287.

FT-RCC3の合成
パラホルムアルデヒド(52mg、20eq.)を、CH3OH(10mL)に溶解し、これを70℃にて撹拌した。この透明溶液に、CH3OH(10mL)に溶解したRCC3(100mg)を添加した。RCC3を添加すると、白色沈殿物が現れた。反応を70℃にて更に2h撹拌した。反応を室温に冷却し、沈殿物を濾取した。CH3OH(3×10mL)で洗浄し、真空下で乾燥させた後で、FT-RCC3(52mg、70%)を得た。1H NMR (CDCl3, 400 MHz) δ 7.11 (s, 12H, -ArH), 3.99 (d, 12H, -ArCH2), 3.23 (s, 12 H, -NCH2N-), 3.19 (d, 12H, -ArCH2), 2.27 (d, 12H, シクロヘキサンのCH), 1.96 (d, 12H, シクロヘキサンのCH2), 1.80 (d, 12H, シクロヘキサンのCH2), 1.28 (m, 24H, シクロヘキサンのCH2) ppm; 13C NMR (CDCl3, 100 MHz): δ 140.1, 123.6, 77.2, 68.8, 57.3, 29.4, 24.4 ppm. IR (KBr ペレット, ν) 2925 (s), 2858 (m), 2803 (w), 1605 (m), 1436 (s), 1348 (w), 1336 (s), 1313 (w), 1292 (m), 1215 (m), 1187 (s), 1122 (m), 1094 (w), 1066 (w), 1039 (w), 1006 (m), 952 (w), 908 (m), 858 (m), 835 (s), 751 (s), 684 (m), 666(w), 584 (m), 541 (w), 453 (m) cm-1. MS (ES+) 1213.9 ([M+H]+). C78H109N12の厳密な質量計算値: 1213.8898. 実測値: 1213.8894.
Synthesis of FT-RCC3 Paraformaldehyde (52 mg, 20 eq.) was dissolved in CH3OH (10 mL) and stirred at 70 °C. To this clear solution, RCC3 (100 mg) dissolved in CH3OH (10 mL) was added. Upon addition of RCC3, a white precipitate appeared. The reaction was stirred at 70 °C for an additional 2 h. The reaction was cooled to room temperature and the precipitate was collected by filtration. After washing with CH3OH (3 × 10 mL) and drying under vacuum, FT-RCC3 (52 mg, 70%) was obtained. 1H NMR ( CDCl3 , 400 MHz) δ 7.11 (s, 12H, -ArH), 3.99 (d, 12H , -ArCH2), 3.23 (s, 12H, -NCH2N- ), 3.19 (d, 12H, -ArCH2), 2.27 (d, 12H , CH of cyclohexane), 1.96 (d, 12H, CH of cyclohexane ) , 1.80 (d, 12H, CH of cyclohexane), 1.28 (m, 24H, CH of cyclohexane) ppm; 13C NMR ( CDCl3 , 100 MHz): δ 140.1, 123.6, 77.2, 68.8, 57.3, 29.4, 24.4 ppm. IR (KBr pellets, ν) 2925 (s), 2858 (m), 2803 (w), 1605 (m), 1436 (s), 1348 (w), 1336 (s), 1313 (w), 1292 (m), 1215 (m), 1187 (s), 1122 (m), 1094 (w), 1066 (w), 1039 (w), 1006 (m), 952 (w), 908 (m), 858 (m), 835 (s), 751 (s), 684 (m), 666(w), 584 (m), 541 (w), 453 (m) cm -1 . MS (ES+) 1213.9 ([M+H] + ). C 78 Exact calculated mass of H 109 N 12 : 1213.8898. Measured mass: 1213.8894.

FT-RCC3・4(MeOH)・2(CHCl3)の結晶データ。式C84H126Cl6N12O4、M=1580.67g・mol-1、立方空間群F4132、無色結晶a=25.370(3)Å、V=16329(3)Å3、ρ=1.286 g・cm-3、μ=0.268 mm-3、F(000)=6784、結晶サイズ=0.06×0.06×0.05mm3、T=30(2)K、測定された反射11627(2.66<Θ<26.35°)、1382ユニーク(Rint=0.0740)、1040(I>2σ(I)、観察された反射R1=0.1455及び全反射R1=0.1720、全反射wR2=0.4196、max/min残留電子密度=0.819及び-0.465e・Å-3、データ/拘束/パラメーター=1382/0/85、GOF=1.769。 Crystal data for FT-RCC3·4(MeOH)·2(CHCl 3 ). Formula C 84 H 126 Cl 6 N 12 O 4 , M = 1580.67 g·mol −1 , cubic space group F4 1 32, colorless crystals a = 25.370(3) Å, V = 16329(3) Å 3 , ρ = 1.286 g·cm −3 , μ = 0.268 mm −3 , F(000) = 6784, crystal size = 0.06 × 0.06 × 0.05 mm 3 , T = 30(2) K, measured reflections 11627 (2.66 < Θ < 26.35°), 1382 unique (R int = 0.0740), 1040 (I > 2σ(I)), observed reflections R 1 = 0.1455 and R 2 = 0.1720, total reflection wR 2 = 0.1720. = 0.4196, max/min residual electron density = 0.819 and -0.465e·Å −3 , data/restraints/parameters = 1382/0/85, GOF = 1.769.

キラル立方空間群F4132として、CHCl3/MeOH溶液から結晶化したFT-RCC3の単結晶。結晶は、小さく、かつ弱く回折した。好適な質のX線回折データは、ビームラインI19、Diamond Light Source、UKでシンクロトロン放射線源を使用して得た。30Kの採取温度を使用して、データの質を大幅に改善した。2つの位置にわたって不規則な1個のCHCl3分子を、2つのケージウィンドウの間における格子間空洞で見出した。追加の電子密度をMeOH溶媒としてモデル化した。拘束は精製中に使用されなかった。CHCl3及びMeOH溶媒の正確な占有率は、密接な接触のため、仮に割り当てられたとみなすべきである。より高い採取温度(>275K)では、FT-RCC3の単結晶は、弱く回折した。 Single crystals of FT-RCC3 crystallized from a CHCl3 /MeOH solution in the chiral cubic space group F4132 . The crystals were small and diffracted weakly. X-ray diffraction data of suitable quality were obtained using a synchrotron radiation source at beamline I19, Diamond Light Source, UK. A collection temperature of 30 K significantly improved the quality of the data. One CHCl3 molecule, disordered across two positions, was found in the interstitial cavity between two cage windows. Additional electron density was modeled as MeOH solvent. No restraints were used during purification. The exact occupancies of CHCl3 and MeOH solvent should be considered tentatively assigned due to their close contact. At higher collection temperatures (>275 K), single crystals of FT-RCC3 diffracted weakly.

1AT-5FT-RCC3の合成
1AT-RCC3(200mg、0.17mmol)固体を微粉末にすり潰し、開いた12mLガラスバイアル中に移した。ケージを含有する開いたバイアルを、次いで、固体パラホルムアルデヒド(200mg)を含有する、より大きい50mLガラス容器に入れた。ガラス容器を密封し、次いで60℃にて油浴中で加熱して、ガス状ホルムアルデヒド雰囲気を発生させた。[注意:ホルムアルデヒドは、クラスIのヒト発癌物質であり、好適な保護具を身に付けている訓練された人員によって、閉じ込めた環境においてのみ取り扱われるべきである]。反応は、60℃にて12時間密封してから、反応を室温に冷却した。バイアル中の固体を回収し、動的真空下で40℃にて乾燥させて、表面に吸着されたホルムアルデヒドを除去した。1AT-5FT-RCC3(粗収率=205mg、97.5%)を結晶性白色固体として得た。1H NMR (CDCl3, 400 MHz) δ 7.20-6.95 (m, 12H, -ArH), 4.14-3.86 (m, 12H, -ArCH2), 3.45-3.00 (m, 12H, -ArCH2及び10 H, -NCH2N-), 2.20-2.40 (m, 12H, シクロヘキサンのCH), 2.15-1.75 (m, 24H, シクロヘキサンのCH2), 1.40-1.00 (m, 24H, シクロヘキサンのCH2), 0.85-0.40 (m, 6H, CH3) ppm; 13C NMR (CDCl3, 100 MHz): δ 140.1, 123.6, 78.4, 68.8, 57.8, 57.3, 30.9, 29.4, 24.4 ppm. IR (KBr ペレット, ν) 2925 (s), 2857 (s), 2795 (w), 1669 (w), 1605 (m), 1446 (s), 1349 (w), 1335 (s), 1313 (w), 1291 (m), 1216 (w), 1185 (m), 1121 (m), 1065 (w), 1039 (w), 1005 (m), 953 (w), 907 (m), 859 (m), 834 (m), 736 (w), 685 (m), cm-1. MS (ES+) 1241.9 ([M+H]+). [C80H113N12]+の厳密な質量計算値: 1241.921. 実測値:1241.849.
Synthesis of 1AT-5FT-RCC3
Solid 1AT-RCC3 (200 mg, 0.17 mmol) was ground to a fine powder and transferred into an open 12 mL glass vial. The open vial containing the cage was then placed into a larger 50 mL glass container containing solid paraformaldehyde (200 mg). The glass container was sealed and then heated in an oil bath at 60 °C to generate a gaseous formaldehyde atmosphere. [Caution: Formaldehyde is a Class I human carcinogen and should only be handled in a contained environment by trained personnel wearing appropriate protective equipment.] The reaction was sealed at 60 °C for 12 hours, after which the reaction was cooled to room temperature. The solid in the vial was collected and dried under dynamic vacuum at 40 °C to remove surface-adsorbed formaldehyde. 1AT-5FT-RCC3 (crude yield = 205 mg, 97.5%) was obtained as a crystalline white solid. 1H NMR ( CDCl3 , 400 MHz) δ 7.20-6.95 (m, 12H, -ArH), 4.14-3.86 (m, 12H , -ArCH2), 3.45-3.00 (m, 12H, -ArCH2 and 10H , -NCH2N- ), 2.20-2.40 (m, 12H, CH of cyclohexane), 2.15-1.75 (m, 24H, CH of cyclohexane ) , 1.40-1.00 (m, 24H , CH of cyclohexane), 0.85-0.40 (m, 6H, CH3 ) ppm; 13C NMR (CDCl3 , 100 MHz): δ 140.1, 123.6, 78.4, 68.8, 57.8, 57.3, 30.9, 29.4, 24.4 ppm. IR (KBr pellets, ν) 2925 (s), 2857 (s), 2795 (w), 1669 (w), 1605 (m), 1446 (s), 1349 (w), 1335 (s), 1313 (w), 1291 (m), 1216 (w), 1185 (m), 1121 (m), 1065 (w), 1039 (w), 1005 (m), 953 (w), 907 (m), 859 (m), 834 (m), 736 (w), 685 (m), cm -1 . MS (ES+) 1241.9 ([M+H] + ). Exact mass calculated for [C 80 H 113 N 12 ] + : 1241.921. Found: 1241.849.

5FT-RCC3の合成
1AT-5FT-RCC3(100mg、0.081mmol)を20mLのCHCl3:MeOH混合物(1:1、v:v)に溶解した。水1滴を添加し、混合物を室温にて12時間激しく撹拌した。減圧下で溶媒を除去し、続いて、60℃にて動的真空下で乾燥させた後で、5FT-RCC3(91mg、94.0%)を白色固体として単離した。1H NMR (CDCl3, 400 MHz) δ 7.55-6.75 (m, 12H, -ArH), 4.16-2.95 (m, 24H, -ArCH2及び10 H, -NCH2N-), 2.50-0.85 (m, 12H, シクロヘキサンのCH及び48H, シクロヘキサンのCH2). 13C NMR (CDCl3, 100 MHz): δ 140.1, 123.6, 78.4, 68.8, 57.3, 29.4, 24.4 ppm. IR (KBr ペレット, ν) 2923 (s), 2854 (m), 1668 (w), 1605 (w), 1447 (m), 1349 (w), 1336 (m), 1313 (w), 1292 (w), 1215 (w), 1184 (m), 1121(w), 1066 (w), 1039 (w), 1006 (m), 950 (w), 908 (m), 858 (w), 835 (m), 749 (s), 684 (w), 666 (w) cm-1. MS (ES+) 1201.8 ([M+H]+). [C77H109N12]+の厳密な質量計算値: 1201.813. 実測値: 1201.890.
Synthesis of 5FT-RCC3
1AT-5FT-RCC3 (100 mg, 0.081 mmol) was dissolved in 20 mL of a CHCl 3 :MeOH mixture (1:1, v:v). One drop of water was added, and the mixture was vigorously stirred at room temperature for 12 h. After removing the solvent under reduced pressure and subsequently drying under dynamic vacuum at 60 °C, 5FT-RCC3 (91 mg, 94.0%) was isolated as a white solid. 1H NMR ( CDCl3 , 400 MHz) δ 7.55-6.75 (m, 12H, -ArH), 4.16-2.95 (m, 24H, -ArCH2 and 10H , -NCH2N- ), 2.50-0.85 (m, 12H, CH from cyclohexane and 48H, CH2 from cyclohexane). 13C NMR ( CDCl3 , 100 MHz): δ 140.1, 123.6, 78.4, 68.8, 57.3, 29.4, 24.4 ppm. IR (KBr pellet, ν) 2923 (s), 2854 (m), 1668 (w), 1605 (w), 1447 (m), 1349 (w), 1336 (m), 1313 (w), 1292 (w), 1215 (w), 1184 (m), 1121(w), 1066 (w), 1039 (w), 1006 (m), 950 (w), 908 (m), 858 (w), 835 (m), 749 (s), 684 (w), 666 (w) cm -1 . MS (ES+) 1201.8 ([M+H] + ). Exact mass calculated for [C 77 H 109 N 12 ] + : 1201.813. Found: 1201.890.

1ET-5FT-RCC3の合成
エタナール(アセトアルデヒド、15.7mg、0.36mmol)を10mL CHCl3/MeOH(50:50、v:v)混合物に溶解し、0℃にて撹拌した。20mL CHCl3/MeOH(50:50、v:v)中の5FT-RCC3(128mg、0.11mmol)を、0℃にて上記の溶液に添加した。この反応混合物を室温にて撹拌した後で、白色沈殿物が徐々に現れた。反応溶媒を真空下で除去した後で、1ET-5FT-RCC3(126mg、96.3%)を白色固体として単離した。1H NMR (CDCl3, 400 MHz) δ 7.50 - 6.99 (m, 12H, -ArH), 4.05 - 3.95 (m, 12H, -ArCH2), 3.54-3.16 (m, 12H, -ArCH2 ; 10 H, -NCH2N-及び1H, -N2CHCH3-), 2.10-2.40 (m, 12H, シクロヘキサンのCH), 2.15-1.75 (m, 24H, シクロヘキサンのCH2), 1.40-1.10 (m, 24H, シクロヘキサンのCH2), 0.86 (m, 3H, CH3) ppm; 13C NMR (CDCl3, 100 MHz): δ 140.0, 123.6, 78.2, 68.7, 57.3, 30.9,29.4, 24.4 ppm. IR (KBr ペレット, ν) 2925 (s), 2857 (s), 2798 (w), 1606 (m), 1436 (s), 1349 (w), 1336 (s), 1313 (w), 1293 (m), 1218 (w), 1190 (m), 1122 (m), 1094 (w), 1066 (w), 1039 (w), 1006 (m), 953 (w), 908 (m), 859 (m), 836 (m), 753 (w), 685 (m) cm-1. MS (ES+) 1227.9 ([M+H]+). [C79H111N12]+の厳密な質量計算値: 1227.905. 実測値: 1227.837.
Synthesis of 1ET-5FT-RCC3
Ethanal (acetaldehyde, 15.7 mg, 0.36 mmol) in 10 mL of CHCl3/MeOH (50:50, v:v) mixture and stirred at 0 °C.35FT-RCC3 (128 mg, 0.11 mmol) in HCl/MeOH (50:50, v:v) was added to the above solution at 0 °C. After stirring the reaction mixture at room temperature, a white precipitate gradually appeared. After removing the reaction solvent under vacuum, 1ET-5FT-RCC3 (126 mg, 96.3%) was isolated as a white solid.1H NMR (CDCl3, 400 MHz) δ 7.50 - 6.99 (m, 12H, -ArH), 4.05 - 3.95 (m, 12H, -ArCH2), 3.54-3.16 (m, 12H, -ArCH2; 10 H, -NCH2N- and 1H, -N2CHCH3-), 2.10-2.40 (m, 12H, cyclohexane CH), 2.15-1.75 (m, 24H, cyclohexane CH2), 1.40-1.10 (m, 24H, CH of cyclohexane2), 0.86 (m, 3H, CH3) ppm;13C NMR (CDCl3, 100 MHz): δ 140.0, 123.6, 78.2, 68.7, 57.3, 30.9, 29.4, 24.4 ppm. IR (KBr pellets, ν) 2925 (s), 2857 (s), 2798 (w), 1606 (m), 1436 (s), 1349 (w), 1336 (s), 1313 (w), 1293 (m), 1218 (w), 1190 (m), 1122 (m), 1094 (w), 1066 (w), 1039 (w), 1006 (m), 953 (w), 908 (m), 859 (m), 836 (m), 753 (w), 685 (m) cm-1MS (ES+) 1227.9 ([M+H]+). [C79H111N12]+Exact calculated mass: 1227.905. Measured mass: 1227.837.

1PT-5FT-RCC3の合成
プロピオンアルデヒド(5.0mg、0.09mmol)を5mL CHCl3/MeOH(50:50、v:v)混合物に溶解し、0℃にて撹拌した。10mL CHCl3/MeOH(50:50、v:v)中の5FT-RCC3(50.0mg、0.04mmol)を、0℃にて上記の溶液に添加した。混合物を室温にて撹拌した後で、白色沈殿物が徐々に現れた。溶媒を除去し、真空下で乾燥させた後で、1PT-5FT-RCC3(49mg、94.8%)、白色固体を回収した。1H NMR (CDCl3, 400 MHz) δ 7.50-6.98 (m, 12H, -ArH), 4.25-3.75 (m, 12H, -ArCH2), 3.49-3.15 (m, 12H, -ArCH2 ; 10H, -NCH2N-及び1H, -N2CHCH2CH3-), 2.50 -1.50 (m, 12H, シクロヘキサンのCH; m, 24H, シクロヘキサンのCH2), 1.40-1.01 (m, 24H, シクロヘキサンのCH2), 0.88 (m, 5H, CH2CH3) ppm; 13C NMR (CDCl3, 100 MHz): δ 140.0, 123.6, 78.2, 68.7, 57.3, 30.9,29.4, 24.4 ppm. MS (ES+) 1241.9 ([M+H]+). [C80H113N12]+の厳密な質量計算値: 1241.921. 実測値: 1241.850.
Synthesis of 1PT-5FT-RCC3
Dissolve propionaldehyde (5.0 mg, 0.09 mmol) in 5 mL of CHCl3/MeOH (50:50, v:v) mixture and stirred at 0 °C.35FT-RCC3 (50.0 mg, 0.04 mmol) in HCl/MeOH (50:50, v:v) was added to the above solution at 0 °C. After the mixture was stirred at room temperature, a white precipitate gradually appeared. After removing the solvent and drying under vacuum, 1PT-5FT-RCC3 (49 mg, 94.8%), a white solid, was recovered.1H NMR (CDCl3, 400 MHz) δ 7.50-6.98 (m, 12H, -ArH), 4.25-3.75 (m, 12H, -ArCH2), 3.49-3.15 (m, 12H, -ArCH2; 10H, -NCH2N- and 1H, -N2CHCH2CH3-), 2.50 -1.50 (m, 12H, cyclohexane CH; m, 24H, cyclohexane CH2), 1.40-1.01 (m, 24H, cyclohexane CH2), 0.88 (m, 5H, CH2CH3) ppm;13C NMR (CDCl3, 100 MHz): δ 140.0, 123.6, 78.2, 68.7, 57.3, 30.9, 29.4, 24.4 ppm.+). [C80H113N12]+Exact calculated mass: 1241.921. Measured mass: 1241.850.

6ET-RCC3の合成
アセトアルデヒド(200mg、4.55mmol)をMeOH(10mL)に溶解し、この溶液を0℃にて撹拌した。MeOH(20mL)中のRCC3(500mg、0.438mmol)を、上記の溶液に添加した。RCC3を添加すると、白色沈殿物が現れた。反応を室温にて更に2h撹拌した。沈殿物を濾取した。沈殿物をMeOH(3×10mL)で洗浄し、真空下で生成物を乾燥させた後で、6ET-RCC3(472mg、83.0%)を得た。1H NMR (CDCl3, 400 MHz) δ 7.50-6.74 (m, 12H, -ArH), 4.23-3.05 (m, 6H, -NCHCH3N及びm, 24H, -NCH2Ar-), 2.75-2.15 (m, 12H, シクロヘキサンのCH2), 2.10-1.75 (m, 24H, シクロヘキサンのCH2), 1.47-1.12 (m, 24H, シクロヘキサンのCH2), 0.50-0.15 (m, 18H, CH3) ppm; 13C NMR (CDCl3, 100 MHz): δ 140.4, 128.2, 126.6, 125.7, 123.1, 79.7, 69.4, 65.7, 52.4, 29.5,29.4, 24.7, 20.5, 18.0 ppm. MS (ES+) 1296.9759 ([M+H]+). [C84H121N12]+の厳密な質量計算値: 1297.9837. 実測値: 1297.9727.
Synthesis of 6ET-RCC3 Acetaldehyde (200 mg, 4.55 mmol) was dissolved in MeOH (10 mL) and the solution was stirred at 0 °C. RCC3 (500 mg, 0.438 mmol) in MeOH (20 mL) was added to the above solution. Upon addition of RCC3, a white precipitate appeared. The reaction was stirred at room temperature for another 2 h. The precipitate was collected by filtration. After washing the precipitate with MeOH (3 × 10 mL) and drying the product under vacuum, 6ET-RCC3 (472 mg, 83.0%) was obtained. 1H NMR ( CDCl3 , 400 MHz) δ 7.50-6.74 (m, 12H, -ArH), 4.23-3.05 (m, 6H , -NCHCH3N and m, 24H, -NCH2Ar- ), 2.75-2.15 (m, 12H, CH2 of cyclohexane), 2.10-1.75 (m, 24H, CH2 of cyclohexane), 1.47-1.12 (m, 24H, CH2 of cyclohexane), 0.50-0.15 (m, 18H, CH3 ) ppm; 13C NMR ( CDCl3 , 100 MHz): δ 140.4, 128.2, 126.6, 125.7, 123.1, 79.7, 69.4, 65.7, 52.4, 29.5, 29.4, 24.7, 20.5, 18.0 ppm. MS (ES+) 1296.9759 ([M+H] + ). Exact mass calculated for [C 84 H 121 N 12 ] + : 1297.9837. Found: 1297.9727.

実験の状況
ジュウテリウム(D)は、中性子減速材として、非放射性同位体トレーサーとして、また、中性子散乱実験に使用される。これらの用途は、天然存在度が低い(0.0156mol%)ため、高価な高純度のジュウテリウムを必要とする。典型的には、D2は、重水の電気分解により生成し、ガードラー-スルフィド法(2)を使用して、又は24Kにて低温蒸留法(3)により抽出する。いずれのプロセスも、複数の富化工程が必要とされるため、コストがかかり、エネルギーを大量に消費する(4)。
Experimental Status Deuterium (D) is used as a neutron moderator, as a non-radioactive isotope tracer, and in neutron scattering experiments. These applications require expensive, highly purified deuterium due to its low natural abundance (0.0156 mol%). Typically, D is produced by electrolysis of heavy water and extracted using the Girdler-sulfide method (2) or by cryogenic distillation at 24 K (3). Both processes are costly and energy-intensive, as multiple enrichment steps are required (4).

D2をH2/D2ガス混合物から精製する魅力的な代替法は、D2を微孔床で選択的に吸着することである(5)。ナノ多孔性固体を使用した動的量子ふるい(KQS)は、Beenakkerらにより最初に提案された(6)。KQSの効果は、水素分子と閉じ込め空間との大きさにおける差が、分子水素の熱的ドブロイ波長と同等である場合に顕著になる、λT=h/(2πmkBT)1/2。量子ふるいは、D2/H2のようなガス状同位体混合物を分離するために開発された(7)が、好適な多孔性固体を特定するのは難易度が高い。これは、KQSが、超微細孔の開口部(およそ3Å)を必要とする(8、9)ためであり、この開口部により、典型的には細孔体積が低い材料が得られ、したがって、D2吸着容量が低いと、そのようなプロセスはスケール変換が困難になる。類似した選択性/容量トレードオフ、又は、膜の場合は選択性/パーミアンストレードオフが、KQSに関与しない幅広い他のガスの分離で観察される(10~13)。 An attractive alternative method for purifying D2 from H2 / D2 gas mixtures is the selective adsorption of D2 in microporous beds (5). Dynamic quantum sieving (KQS) using nanoporous solids was first proposed by Beenakker et al. (6). The KQS effect becomes significant when the difference in size between the hydrogen molecule and the confined space is comparable to the thermal de Broglie wavelength of molecular hydrogen, λT = h/( 2πmkBT ) 1/2 . Quantum sieving has been developed to separate gaseous isotope mixtures such as D2 / H2 (7), but identifying suitable porous solids is challenging. This is because KQS requires ultrafine pore openings (approximately 3 Å) (8, 9), which typically result in materials with low pore volumes. Therefore, the low D2 adsorption capacity makes such processes difficult to scale. Similar selectivity/capacity tradeoffs, or in the case of membranes, selectivity/permeance tradeoffs, are observed in the separation of a wide range of other gases that do not involve KQS ( 10 – 13 ).

炭素(14、15)、カーボンナノチューブ(16)、ゼオライト(17、18)、金属有機骨格(MOF)(7、19~20)、共有結合性有機骨格(COF)(21)及び2D結晶(22)を含む様々な多孔性材料が、水素同位体の分離のために研究されている。MOF及びCOFは、結晶性、並びに合成で調整可能な細孔径及び官能基のため、更に注目を集めている(23)。しかし、MOF又はCOFを用いても、KQSに必要とされる群を抜いて微細なレベルの細孔径を調整することは、難易度が高い。例えば、MOFでは、細孔の開口部を調整するための一般的なストラテジーは、有機リンカーにおけるフェニレン環数の体系的増加又は減少により、個別の増大/減少は、約2.8Å(24)、つまり、KQSに必要なサイズコントロールより粗くなる。 Various porous materials, including carbon (14, 15), carbon nanotubes (16), zeolites (17, 18), metal-organic frameworks (MOFs) (7, 19-20), covalent organic frameworks (COFs) (21), and 2D crystals (22), have been investigated for hydrogen isotope separation. MOFs and COFs have attracted increasing attention due to their crystallinity and synthetically tunable pore size and functional groups. (23) However, even with MOFs or COFs, it is difficult to achieve the exceptionally fine pore size required for KQS. For example, in MOFs, a common strategy for tailoring pore openings is to systematically increase or decrease the number of phenylene rings in the organic linker, with each individual increase/decrease being approximately 2.8 Å (24), a coarser size control than that required for KQS.

多孔性有機ケージ(POC)(25、26)は、キシレン異性体(27)、希ガス(28)及びキラル分子(28)を分離するために以前から使用されている個別の分子である。POCも、H2/D2分離の有望な候補になり得るが、MOF及びCOFとは異なり、構成成分リンカーを変えることだけではPOCにおける細孔径を調整するのは困難である。POCは、個別の分子であるため、その分子の構造におけるわずかな変化が、ケージの固体状態の充填、ひいては細孔構造に対する計り知れない影響を有し得る(25)。籠構造そのものではなく、ケージ分子の内部のみを修飾すると、結晶充填の変更を避けることができる。内部官能基化が実行できる。例えば、Mastalerzらは、6回のWilliamsonエーテル化を使用して、有機ケージ内部の合成後の修飾について記載している(29)が、この内部修飾は、ケージ形状に影響を与え、続いてこれにより、結晶充填様式が変化した。 Porous organic cages (POCs) (25, 26) are discrete molecules that have previously been used to separate xylene isomers (27), noble gases (28), and chiral molecules ( 28 ). POCs may also be promising candidates for H /D separations. However, unlike MOFs and COFs, it is difficult to tune the pore size in POCs by simply varying the constituent linkers. Because POCs are discrete molecules, slight changes in their structure can have profound effects on the solid-state packing of the cage and, therefore, the pore structure. (25) Modifying only the interior of the cage molecule, rather than the cage structure itself, can avoid altering the crystal packing. Internal functionalization can be performed. For example, Mastalerz et al. described postsynthetic modification of the interior of an organic cage using six Williamson etherifications. (29) This internal modification affected the cage shape, which in turn altered the crystal packing pattern.

実験、結果及び考察
以下で考察されている実験は、前述の状況で行い、前述の材料、分析プロトコール、計算方法及び合成した化合物を利用する。
Experiments, Results and Discussion The experiments discussed below were performed in the context described above and utilize the materials, analytical protocols, computational methods and synthesized compounds described above.

合成後の修飾による有機ケージの細孔径の体系的調整
筆者らは、同形様式で結晶化される、内部を後官能基化した一連の多孔性有機ケージを合成した。具体的には、筆者らは、保護-脱保護ストラテジーを使用して、筆者らが報告したホルムアルデヒド「連結」方法を使用して官能基化したケージ空洞における6箇所の内部反応部位のうち5箇所でケージを生成した(31)(図1、A及びB)。脱保護後、単一の未反応ジアミン基を、一連のアルデヒド又はケトン前駆体と反応させて、ケージ空洞サイズ全体、ひいては細孔包絡線に超微細コントロールを達成できる(図1C)。この方法により、筆者らは、外部のケージ形状及び大きさ、又は、その結晶充填に影響を与えずにケージ細孔の大きさ及び形状を原子レベルで体系的に調整できた。このストラテジーを使用して、筆者らは一連のPOCで細孔径を3.5から1.95Åの範囲で調整し、これは、ガスのペア、例えばH2/N2、H2/CO、CH4/N2及びXe/Krを分離するために有用なカットオフ範囲である(8)。
Systematic Tuning of Organic Cage Pore Size through Postsynthetic Modification. We synthesized a series of internally post-functionalized porous organic cages that crystallized in an isomorphous manner. Specifically, we used a protection-deprotection strategy to generate cages with five of the six internal reactive sites in the cage cavity functionalized using our previously reported formaldehyde “ligation” method (31) (Figure 1, A and B). After deprotection, a single unreacted diamine group was reacted with a series of aldehyde or ketone precursors, allowing us to achieve ultrafine control over the overall cage cavity size and, therefore, the pore envelope (Figure 1C). This method allowed us to systematically tune the size and shape of the cage pores at the atomic level without affecting the external cage shape and size or its crystalline packing. Using this strategy, the authors tuned the pore size in a series of POCs from 3.5 to 1.95 Å, a useful cutoff range for separating gas pairs such as H 2 /N 2 , H 2 /CO, CH 4 /N 2 , and Xe/Kr (8).

以前に、筆者らは、6個のジアミン基を有する有機ケージRCC3を、6個のホルムアルデヒド分子と反応させて、環式アミナール環(31)の形成により6FT-RCC3を形成したことを報告した。今回は、RCC3を6当量のアセトアルデヒドと反応させて、新たなケージ6ET-RCC3を形成し(反応a、図1B)、この場合、嵩高いエチリデン橋は、6FT-RCC3では6つのメチレン橋に置き換わった。それに反して、RCC3は、単一のアセトン分子のみと反応させて、1AT-RCC3を形成し(31)(反応b、図1B)、立体障害は、ケージ空洞における更なる反応を防止した。 Previously, we reported that the organic cage RCC3, which has six diamine groups, reacted with six formaldehyde molecules to form 6FT-RCC3 through the formation of a cyclic aminal ring (31). Here, we reacted RCC3 with six equivalents of acetaldehyde to form a new cage, 6ET-RCC3 (reaction a, Figure 1B), in which the bulky ethylidene bridge was replaced by six methylene bridges in 6FT-RCC3. In contrast, RCC3 reacted with only a single acetone molecule to form 1AT-RCC3 (31) (reaction b, Figure 1B), and steric hindrance prevented further reaction in the cage cavity.

この結果に基づき、筆者らが、単結晶-単結晶反応を介して、1AT-RCC3における5個の未官能基化ジアミン基と、固体状態のガス状ホルムアルデヒドを反応させて、新たなデュアル「連結」ケージ分子1AT-5FT-RCC3(反応 d、図1B及び図S1)を形成する保護-脱保護ストラテジーを筆者らは開発した。固体状態の合成は、1AT-RCC3が溶液(CHCl3又はMeOH)中でホルムアルデヒドと混合される場合、単一のアセトン「保護基」が移動して、6FT-RCC3(図1Bにおける反応c及び図S2)が得られることから、本明細書には不可欠である。1AT-5FT-RCC3における化学的不安定性が様々なイミダゾリジン環を引き出すことにより、筆者らは、CHCl3:MeOH(1:1、v/v)中で撹拌し、ひいては新たな脱保護したケージ5FT-RCC3(図1Bにおける反応e、図S3)を合成することにより、単一のプロピル「連結」を選択的に加水分解できた。脱保護した後で、筆者らは、次に5FT-RCC3における空位のジアミン基と、アセトアルデヒド及びプロピオンアルデヒドを反応させて、2つの新たなケージ1ET-5FT-RCC3及び1PT-5FT-RCC3(反応f、図1B)を合成した。すべての反応を、ほぼ100%の変換、追加の精製工程なしで進めた。 Based on this result, we developed a protection-deprotection strategy to react the five unfunctionalized diamine groups in 1AT-RCC3 with gaseous formaldehyde in the solid state via a single-crystal-single-crystal reaction to form a new dual "linked" cage molecule, 1AT-5FT-RCC3 (reaction d, Figure 1B, and Figure S1). Solid-state synthesis is essential here because when 1AT-RCC3 is mixed with formaldehyde in solution ( CHCl3 or MeOH), a single acetone "protecting group" is transferred to give 6FT-RCC3 (reaction c in Figure 1B and Figure S2). Due to the chemical instability of 1AT-5FT-RCC3, which leads to the formation of various imidazolidine rings, we were able to selectively hydrolyze a single propyl linkage by stirring in CHCl 3 :MeOH (1:1, v/v), thereby synthesizing the new deprotected cage 5FT-RCC3 (reaction e in Figure 1B, Figure S3). After deprotection, we then reacted the vacant diamine group in 5FT-RCC3 with acetaldehyde and propionaldehyde to synthesize two new cages, 1ET-5FT-RCC3 and 1PT-5FT-RCC3 (reaction f, Figure 1B). All reactions proceeded with nearly 100% conversion and no additional purification steps.

この研究の親ケージRCC3は、大半の有機溶媒から結晶化して、ダイヤモンドイド細孔ネットワークを有する微孔性固体を形成した、形状持続性のイミン前駆体CC3(25、27、28)に由来する。この細孔ネットワークを介してゲストを拡散させるために、ゲストには、四面体の結合点として作用する内在ケージ空洞を通過させなければならない(26)。したがって、ケージ空洞内部の官能基化により、ケージ分子の基本的な形状及び結晶化癖を変えることなく、細孔径を体系的に微調整する経路が得られる(33)。すべてのケージは、粉末X線回折(PXRD)及び単結晶X線回折により判定されるように、CC3と同形であった。構造の高い結晶学的対称性(立方体F4132)では、筆者らは、異なる「連結」基が微孔構造に配列されているが、すべてのケージが同一のダイヤモンドイド細孔構造を有するかどうかを決定できなかった。 The parent cage RCC3 in this study was derived from the shape-persistent imine precursor CC3 (25, 27, 28), which crystallized from most organic solvents to form a microporous solid with a diamondoid pore network. To diffuse guests through this pore network, the guests must pass through the intrinsic cage cavities, which act as tetrahedral attachment points. (26) Therefore, functionalization of the cage cavity interior provides a route to systematically fine-tuning the pore size without altering the fundamental shape and crystallization habits of the cage molecule. (33) All cages were isomorphous to CC3, as determined by powder X-ray diffraction (PXRD) and single-crystal X-ray diffraction. The high crystallographic symmetry of the structure (cubic F4 1 32) allowed the authors to determine whether all cages possessed the same diamondoid pore structure, although different "linking" groups were arranged in the micropore structure.

これらの構造を介して、小さいガス分子の拡散率に対する分子たわみ性の効果を可能にするために、筆者らは、分子動力学的(MD)シミュレーションを使用して、単一の静的細孔径を測定するのではなく、時間平均の細孔限定包絡線(PLE)を計算した(28)。これらの計算から、合成後の修飾により、PLEは1.95Å(6ET-RCC3)から3.50Å(6FT-RCC3)に及び1.55Åの調整性ウィンドウが生じたことが示された(図1C)。この状況で、この調整性ウィンドウは、同形ケージの全シリーズにわたり、単一の窒素原子のファンデルワールス(vdW)半径と同等である。 To allow for the effect of molecular flexibility on the diffusivity of small gas molecules through these structures, we used molecular dynamics (MD) simulations to calculate time-averaged pore confinement envelopes (PLEs) rather than measuring a single static pore diameter. (28) These calculations showed that post-synthetic modification resulted in PLEs ranging from 1.95 Å (6ET-RCC3) to 3.50 Å (6FT-RCC3), yielding a tunability window of 1.55 Å (Figure 1C). In this context, this tunability window is equivalent to the van der Waals (vdW) radius of a single nitrogen atom across the entire series of isomorphous cages.

筆者らは、4種の異なるガスで、これらのケージのガス吸着性を研究した(図 1D)。予想通り、とりわけガスがほぼ飽和した条件下で(例えば、77KにてN2、図1Dにおける橙色バー)、ケージ空洞体積と全体のガス取込量との間に正の相関が認められる。例えば、このシリーズにおける最大のケージ空洞を有する5FT-RCC3は、研究した全4種のガスで最高の取込量を示した。それに反して、1AT-5FT-RCC3は、より低いガス取込量を示し、6ET-RCC3は、クリプトン(Kr)及びキセノン(Xe)を完全にサイズ排除した。 We studied the gas sorption properties of these cages with four different gases (Figure 1D). As expected, a positive correlation between the cage cavity volume and the overall gas uptake was observed, especially under near-saturated gas conditions (e.g., N2 at 77 K, orange bars in Figure 1D). For example, 5FT-RCC3, which has the largest cage cavity in this series, exhibited the highest uptake for all four gases studied. In contrast, 1AT-5FT-RCC3 exhibited lower gas uptake, and 6ET-RCC3 completely size-excluded krypton (Kr) and xenon (Xe).

この合成ストラテジーは、分離が困難なガスのペア、例えばXe及びKrに対するガス選択性を調整するためにも使用した(34、35)。キセノンは、Krより重く、かつより分極性であり、細孔がKr吸着に特に適合する場合を除いて、大半の収着剤と、より強いvdW相互作用を形成する傾向がある。優先的なKr吸着は、きわめて稀である。例えば、1つのみのMOF、FMOFCuは、0℃未満の温度にて、KrをXeよりも選択的に吸着する(35)。 This synthetic strategy has also been used to tailor gas selectivity for difficult-to-separate gas pairs, such as Xe and Kr (34, 35). Xenon is heavier and more polarizable than Kr and tends to form stronger vdW interactions with most sorbents, unless the pores are specifically adapted for Kr adsorption. Preferential Kr adsorption is extremely rare. For example, only one MOF, FMOFCu, selectively adsorbs Kr over Xe at temperatures below 0 °C (35).

これらの有機ケージの大半は、XeでKrより高い取込量も呈するが、1AT-5FT-RCC3は、これらの2つのガスで逆の取込量を呈した。評価した理想的なKr/Xeモル選択性は、0℃未満の温度にて切り替えることができる。筆者らは、この効果は、Krに対処するのに理想的に向いているが、Xeには小さすぎる空洞を有する1AT-5FT-RCC3によるものとみなしている。追加のメチル基1個を挿入して、6ET-RCC3を形成することにより、空洞は、どちらのガスを吸着するにも小さくなった。 While most of these organic cages also exhibit higher uptake of Xe than Kr, 1AT-5FT-RCC3 exhibited opposite uptake of these two gases. The ideal Kr/Xe molar selectivity was evaluated, which could be switched at temperatures below 0°C. The authors attribute this effect to 1AT-5FT-RCC3 possessing a cavity that is ideally suited to accommodate Kr but too small for Xe. By inserting an additional methyl group to form 6ET-RCC3, the cavity became too small to adsorb either gas.

極小開口部ケージを使用した水素同位体の分離
効率的なKQSは、開口部の大きさとガスの直径との間における差が、ドブロイ波長と同等である多孔性固体を必要とする。水素の動力学的直径は、2.89Åであり、以前の研究から、剛性骨格を用いてKQSを達成するのに最適な開口部の大きさは、3.40Å未満にあることが示唆される(21)。この範囲までの細孔開口部を有する多孔性材料を得ることはかなり困難であり、細孔径<3.00Åを有する材料のみが、D2及びH2を分離したことが報告されている(7)。
Separation of Hydrogen Isotopes Using Ultrasmall Opening Cages Efficient KQS requires a porous solid in which the difference between the opening size and the diameter of the gas is comparable to the de Broglie wavelength. The kinetic diameter of hydrogen is 2.89 Å, and previous studies suggest that the optimal opening size for achieving KQS using a rigid framework is less than 3.40 Å. (21) Obtaining porous materials with pore openings in this range is quite difficult; only materials with pore diameters <3.00 Å have been reported to separate D2 and H2. (7)

分子動力学的なシミュレーションから、6ET-RCC3は、1.95Åを中心とするが、比較的広範な時間平均サイズ分布を示し、H2の最小の分子次元に近い値(2.2Å、図1C)の、細孔限定包絡(PLE)を有する(28)ことが示唆された。6ET-RCC3から得られた水素吸着等温線は、30から60Kの間でヒステリシスを呈した(図2B)。H2取込量は、50Kにて最大に達した(1barにて4.8mmol/g)。筆者らは、D2吸着で同一の現象を観察した。ヒステリシスは、30Kにて最大であり、昇温で低下し、これにより平衡が拡大したこと示唆された。 Molecular dynamics simulations suggested that 6ET-RCC3 possesses a pore-confined envelope (PLE) (28) centered at 1.95 Å but exhibiting a relatively broad time-averaged size distribution, close to the minimum molecular dimension of H2 (2.2 Å, Figure 1C). The hydrogen adsorption isotherm obtained from 6ET-RCC3 exhibited hysteresis between 30 and 60 K (Figure 2B). The H2 uptake reached a maximum at 50 K (4.8 mmol/g at 1 bar). We observed the same phenomenon with D2 adsorption. The hysteresis was maximum at 30 K and decreased with increasing temperature, suggesting a broadening of the equilibrium.

筆者らは、2つの他の有機ケージCC3(25)及び6FT-RCC3でのH2吸着挙動も比較し、それぞれおよそ4.5Å及び3.4Åの細孔包絡線を計算した。CC3及び6FT-RCC3の両方が、動的拡散バリアなしのナノ多孔性材料の典型である、可逆タイプIの吸着等温線を呈した。2つのケージは、温度の低下に応じたH2取込量の増加を示し、1bar、30Kにおける最大取込量は、8.0及び8.2mmol/gであった。6ET-RCC3とは異なり、CC3又は6FT-RCC3でヒステリシスは観察されなかった。この差から、6ET-RCC3空洞におけるメチル基は、その温度に依存したたわみ性に反応すると示唆されるが、その理由は、これが、6FT-RCC3と6ET-RCC3との間における唯一の構造的な差であるためである。 We also compared the H 2 adsorption behavior of two other organic cages, CC3 (25) and 6FT-RCC3, calculating pore envelopes of approximately 4.5 Å and 3.4 Å, respectively. Both CC3 and 6FT-RCC3 exhibited reversible type I adsorption isotherms, typical of nanoporous materials without dynamic diffusion barriers. The two cages showed an increase in H 2 uptake with decreasing temperature, with maximum uptakes of 8.0 and 8.2 mmol/g at 1 bar and 30 K. Unlike 6ET-RCC3, no hysteresis was observed in CC3 or 6FT-RCC3. This difference suggests that the methyl groups in the 6ET-RCC3 cavity are responsible for its temperature-dependent flexibility, since this is the only structural difference between 6FT-RCC3 and 6ET-RCC3.

低温昇温脱離ガス分析法(TDS)の測定により、6ET-RCC3の水素同位体分離性能が検証された。6ET-RCC3のH2及びD2脱離速度(図2C)は、1:1 H2/D2混合物に、30から77Kの間の様々な曝露温度(Texp)にて、10minの曝露時間(texp)にわたり予め曝露してから(10mbar)、真空中での加熱中に0.1K/sの速度で収集した。脱離ピーク下面積は、脱離ガスの量に比例し、したがって、H2よりD2への選択性は、ピーク面積の比から得られる(7)。 The hydrogen isotope separation performance of 6ET-RCC3 was verified by low-temperature temperature-programmed desorption spectroscopy (TDS). The H2 and D2 desorption rates of 6ET-RCC3 (Fig. 2C) were collected at a rate of 0.1 K/s during heating in vacuum (10 mbar) after pre-exposure to a 1:1 H2 / D2 mixture at various exposure temperatures (T exp ) between 30 and 77 K for 10 min of exposure time (t exp ). The area under the desorption peak is proportional to the amount of desorbed gas; therefore, the selectivity for D2 over H2 can be obtained from the ratio of the peak areas (7).

TDS測定から、6ET-RCC3における取込量は、H2及びD2で、60KのTexpにて最大値に達するまで昇温に応じて増加してから、77Kにて再度減少したことが示された。選択性SD2/H2は、Texpの増加に応じて低下し、30Kにて3.9の最大値を呈し、これは、動的量子ふるいの以前の報告と比較してかなり良好な分離性能である(7、36)。ガス脱離の開始温度は、曝露してから、20Kに冷却する前にチャンバがTexpにて空けられるので、曝露温度とほぼ同一である。脱離ピークは、Texp=30Kでは、60Kを超えて観察されず、この温度における構造への深い浸透はないことを意味する。より高いTexpでは、脱離スペクトルは、稀に高温にシフトし、筆者らは、これを、ガス分子の浸透深さが籠構造へとより深く増加することに起因すると考えた。純粋ガス等温線からの観察と一致して、6ET-RCC3の性質は、細孔開口部の温度依存性開口、以前に報告されたMFU-4で観察されたものと類似した挙動に起因し得(7)、これにより、異なるTexpにて、異なる有効な開口部の大きさが呈された。このたわみ性は、より高い曝露温度にて、同位体分子の細孔に対するアクセス性を向上させた。 TDS measurements showed that the uptake of H2 and D2 in 6ET-RCC3 increased with increasing temperature until it reached a maximum at a T exp of 60 K, then decreased again at 77 K. The selectivity, S D2/H2 , decreased with increasing T exp , reaching a maximum of 3.9 at 30 K, a separation performance significantly better than previous reports of dynamic quantum sieves (7, 36). The onset temperature of gas desorption was nearly identical to the exposure temperature, since the chamber was evacuated at T exp before cooling to 20 K. No desorption peaks were observed above 60 K at T exp = 30 K, implying no deep penetration into the structure at this temperature. At higher T exp , the desorption spectrum occasionally shifted to higher temperatures, which the authors attributed to an increased penetration depth of gas molecules deeper into the cage structure. Consistent with the observations from pure gas isotherms, the properties of 6ET-RCC3 can be attributed to the temperature-dependent opening of the pore opening, a behavior similar to that observed in MFU-4 previously reported (7), which exhibited different effective opening sizes at different T. This flexibility improved the accessibility of the isotope molecules to the pores at higher exposure temperatures.

図2Dは、Texp=30Kにて、texpに応じて6ET-RCC3、6FT-RCC3及びCC3での、SD2/H2及び吸着されるガスの全体量を示す。6ET-RCC3は、長いtexpで取込量の増加を示し、拡散が妨げられたことが明らかになった。30Kにて、SD2/H2は、10から300minの間の範囲の曝露の長いtexpで、3.9から3.3に低下し、これは、典型的なKQS反応である。KQS効果は、より軽い同位体の拡散制限に基づき、平衡は、両方の同位体で、長い曝露時間で達する。6ET-RCC3で、30Kにおける全体の取込量は、300minのtexpでわずか0.8mmol/gであり、これは、30Kにおける等温線の実験で観察されたヒステリシスに関連している。CC3及び6FT-RCC3で30Kにて得られた全体のガス取込量はよりはるかに高く(8.0mmol/g)、これは、吸着結果と一致する。大きい細孔材料CC3及び6FT-RCC3では、H2及びD2のバリアなしの迅速な拡散を維持しながら、SD2/H2はより低く、異なるtexpでそれぞれ1.2及び2.1で一定に留まった。 Figure 2D shows the S D2 /H2 and total amount of adsorbed gas for 6ET-RCC3, 6FT-RCC3, and CC3 as a function of t exp at T exp = 30 K. 6ET-RCC3 showed an increase in uptake with longer t exp , revealing impeded diffusion. At 30 K, S D2 /H2 decreased from 3.9 to 3.3 with longer t exp ranging from 10 to 300 min of exposure, which is a typical KQS reaction. The KQS effect is based on diffusion limitation of the lighter isotope, and equilibrium is reached for both isotopes with longer exposure times. For 6ET-RCC3, the total uptake at 30 K was only 0.8 mmol/g at t exp of 300 min, which is related to the hysteresis observed in the isotherm experiments at 30 K. The overall gas uptake obtained for CC3 and 6FT-RCC3 at 30 K was much higher (8.0 mmol/g), which is consistent with the adsorption results. For the large pore materials CC3 and 6FT-RCC3, S D2 /H2 was lower and remained constant at 1.2 and 2.1, respectively, at different t exp , while maintaining a barrier-free and rapid diffusion of H2 and D2 .

2つの成分のケージ共結晶における向上した量子ふるい性能
これらの単一成分のケージ結晶は、良好な選択性であるが乏しいガス容量(6ET-RCC3)、又は良好なガス容量であるが乏しい選択性(CC3及び6FT-RCC3)のいずれかを呈した。同位体を理想的に分離するには、理想的なKQS材料は、より多くのD2を保存するために、大きい空洞を、狭い細孔開口部と共に合わせて、動的分離を増加させるべきである。個別のケージ分子のキラル認識集合を活かして(37)、筆者らは、2つの異なるケージを組み合わせた共結晶構造を設計し、6ET-RCC3は、H2拡散をブロックし、KQS効果を得る拡散バリアとして選択し、CC3は、高いガス吸着に十分な細孔空間を得るためのパートナーケージとして選択した(図3A)。
Improved quantum sieving performance in two-component cage cocrystals. These single-component cage crystals exhibited either good selectivity but poor gas capacity (6ET-RCC3) or good gas capacity but poor selectivity (CC3 and 6FT-RCC3). To achieve optimal isotope separation, an ideal KQS material should combine large cavities with narrow pore openings to preserve more D2 and increase kinetic separation. Taking advantage of the chiral recognition assembly of individual cage molecules (37), we designed a cocrystal structure combining two different cages. 6ET-RCC3 was selected as the diffusion barrier to block H2 diffusion and achieve the KQS effect, and CC3 was selected as the partner cage to provide sufficient pore space for high gas adsorption (Figure 3A).

共結晶Cocryst1(6ET-RCC3-R/CC3-S、1:1)の構造は、図3A(右)で示されている。ケージ空洞は、ダイヤモンドイド細孔ネットワークの結合点を形成したため、4つの選択的6ET-RCC3ケージが、各CC3保存ケージを取り巻いた。共結晶を介して拡散するガス分子は、6ET-RCC3における小さい細孔を通り抜けるように強制した。 The structure of the cocrystal Cocryst1 (6ET-RCC3-R/CC3-S, 1:1) is shown in Figure 3A (right). Four selective 6ET-RCC3 cages surrounded each CC3 conserved cage, as the cage cavities formed the connection points of the diamondoid pore network. Gas molecules diffusing through the cocrystal were forced to pass through the small pores in the 6ET-RCC3.

Cocryst1は、30から77Kの間で収集したD2及びH2の高分解能吸着実験を使用して研究した(図3B)。1barで吸収されたガスの量から、40Kにて両方のガスの最大値が示された。6ET-RCC3に関して、Cocryst1におけるヒステリシスは、拡散バリアが大きいため、より低い温度にて、特に30Kにて高く、高温では、開口部の温度依存性開口により、H2及びD2分子の両方がより速く拡散された。 Cocryst1 was studied using high-resolution adsorption experiments of D2 and H2 collected between 30 and 77 K (Figure 3B). The amount of gas absorbed at 1 bar showed a maximum for both gases at 40 K. As for 6ET-RCC3, the hysteresis in Cocryst1 was higher at lower temperatures, especially at 30 K, due to a larger diffusion barrier; at higher temperatures, both H2 and D2 molecules diffused more rapidly due to the temperature-dependent opening of the openings.

圧力に応じた、等温線に対する各点について計算したD2/H2の比は、図3Cに提示されている。Cocryst1は、30K及び25mbarにて3.5の最大のD2/H2取込量比を呈し、これは、30Kにおける平衡欠如と一致し、このことから、共結晶は、良好な分離能力を所有していたことが意味される。筆者らの知る限り、Cocryst1のD2/H2取込量の比は、純粋ガス吸着等温線から計算した最大値のものである(7、21、36、38、39)。 The D2 / H2 ratio calculated for each point on the isotherm as a function of pressure is presented in Figure 3C. Cocryst1 exhibited a maximum D2 / H2 uptake ratio of 3.5 at 30 K and 25 mbar, which is consistent with the lack of equilibrium at 30 K, implying that the cocrystal possessed good separation ability. To the best of our knowledge, the D2 / H2 uptake ratio of Cocryst1 is the maximum value calculated from pure gas adsorption isotherms (7, 21, 36, 38, 39).

筆者らは、TDSによる実際のガス分離を調査した。Cocryst1は、様々な曝露温度にて、10mbarの1:1 H2/D2混合物に30min曝露させた。Texp30、40及び50Kで生じたTDSスペクトルは、図3Dで示されている。ガス混合物への曝露後の取込量は、40Kにて、組み合わせたガス取込量での最大値に達するまで、曝露温度の上昇に応じて増加した。6ET-RCC3と対照的に、Cocryst1は、Texp=30Kで、80Kまで脱離を示し、これにより、低い曝露温度にて、ケージのガス浸透が指し示される。取込量は、次いで、77Kにて、脱離ピークが観察されなくなるまで減少した。SD2/H2は、30Kにて7.7の最大値に達し、40及び50Kにて低い値に下落した(図3E)。30Kの一定の曝露温度では、熱活性化したたわみ性を再度観察した。曝露時間が10から600minに増加するにつれて、SD2/H2は、ほぼ8.0(7.8から8.2)に留まったが、D2取込量は、0.4から4.7mmol/g(図3F及びG)に向上し、これにより、拡散の妨げが指し示された。X線回折データから、Cocryst1は、高度に結晶性のままであり、TDS測定中にその構造を変化させなかったことが指し示される。 We investigated the actual gas separation by TDS. Cocryst1 was exposed to a 1:1 H2 / D2 mixture at 10 mbar for 30 min at various exposure temperatures. TDS spectra generated at T exp 30, 40, and 50 K are shown in Figure 3D. The uptake after exposure to the gas mixture increased with increasing exposure temperature until reaching a maximum in combined gas uptake at 40 K. In contrast to 6ET-RCC3, Cocryst1 showed desorption up to 80 K at T exp = 30 K, indicating gas permeation of the cage at low exposure temperatures. The uptake then decreased until no desorption peak was observed at 77 K. S D2/H2 reached a maximum of 7.7 at 30 K and then dropped to lower values at 40 and 50 K (Figure 3E). At a constant exposure temperature of 30 K, thermally activated flexibility was again observed. As the exposure time increased from 10 to 600 min, the S D2/H2 ratio remained near 8.0 (7.8 to 8.2), while the D2 uptake increased from 0.4 to 4.7 mmol/g (Figure 3F and G), indicating impeded diffusion. X-ray diffraction data indicate that Cocryst1 remained highly crystalline and did not change its structure during the TDS measurements.

純粋H2及びD2ガス取込量の動力学を、30Kでの、10から1200minで変動する曝露時間の曝露後に、TDSにより研究した。両方のガスで、Cocryst1は、長い曝露時間で取込量の目立った増加を示した。一方、D2取込量は、600から1200minの間の曝露時間でほとんど同一であり、H2量もやはり長い曝露時間で増加した。D2が飽和に速く達するため、H2とはまったく異なる拡散が示された可能性がある。 The kinetics of pure H2 and D2 gas uptake was studied by TDS after exposure times varying from 10 to 1200 min at 30 K. For both gases, Cocryst1 showed a significant increase in uptake with longer exposure times. On the other hand, D2 uptake was almost identical between 600 and 1200 min of exposure, and H2 also increased with longer exposure times. This may indicate a completely different diffusion mechanism from H2 , as D2 reaches saturation faster.

Cocryst1のH2/D2分離性質は、SD2/H2約8.0と優れており、6ET-RCC3に関して大幅に向上させたD2取込量(4.7mmol/g)と組み合わせた。報告されている様々な多孔KQS吸着剤での実験SD2/H2値は、図4及び表S2で比較される。これらのうち、3超の選択性と、1.0mmol/g超のガス取込量を組み合わせた他の多孔性固体は、2つのみであった(図4の破線)。ケージ共結晶は、これまで報告されている選択性及びD2取込量の最適な組合せを示した。 The H2 / D2 separation properties of Cocryst1 were excellent, with an S D2/H2 ratio of approximately 8.0, combined with significantly improved D2 uptake (4.7 mmol/g) relative to 6ET-RCC3. Experimental S D2/H2 values for various reported porous KQS adsorbents are compared in Figure 4 and Table S2. Of these, only two other porous solids combined a selectivity greater than 3 with a gas uptake greater than 1.0 mmol/g (dashed lines in Figure 4). The cage cocrystal exhibited the best combination of selectivity and D2 uptake reported to date.

有機ケージにおける水素同位体分離の分子シミュレーション
分離機構を更に精査するために、筆者らは、CC3、6ET-RCC3及びCocryst1において、グランドカノニカルモンテカルロ(GCMC)シミュレーションと、Feynman-Hibbs(FH)有効ポテンシャルを組み合わせることにより、平衡吸着等温線を、H2及びD2の等モル混合物でシミュレーションした(43)。筆者らは、ハイブリッドGCMC/分子動力学的なスキームも使用し、吸着シミュレーションにおけるホスト運動の直接サンプリングが可能となり、これは、多孔性有機ケージにおけるガス吸着に対して重要になる前に示されている(28、44)。シミュレーションした競合吸着等温線(図5、DからF)は、実験とかなり一致し、実験吸着データ及びTDS結果の両方を裏付ける。3つのケージ結晶すべてが、H2よりD2に対して選択的であり、温度が低下するにつれて選択性が上昇すると予測された。更に、計算から、実験と一致して、Cocryst1は、6ET-RCC3の高いD2選択性を呈する一方、CC3パートナーケージに関連するより高いガス取込容量を達成することが示唆される。
Molecular Simulation of Hydrogen Isotope Separation in Organic Cages. To further probe the separation mechanism, we simulated equilibrium adsorption isotherms for an equimolar mixture of H2 and D2 in CC3, 6ET-RCC3, and Cocryst1 by combining grand canonical Monte Carlo (GCMC) simulations with a Feynman-Hibbs (FH) effective potential. (43) We also used a hybrid GCMC/molecular dynamics scheme, which allows for direct sampling of host motion in adsorption simulations, which has previously been shown to be important for gas adsorption in porous organic cages. (28, 44) The simulated competitive adsorption isotherms (Figure 5, D to F) are in good agreement with experiment, confirming both the experimental adsorption data and the TDS results. All three cage crystals were predicted to be selective for D2 over H2 , with selectivity increasing as the temperature decreased. Furthermore, calculations suggest that, in agreement with experiments, Cocryst1 exhibits the high D2 selectivity of 6ET-RCC3 while achieving a higher gas uptake capacity associated with the CC3 partner cage.

CC3、6ET-RCC3及びCocryst1における水素同位体の拡散を調査し、無限希釈での、所定の結晶構造におけるH2及びD2に対する自由エネルギーバリアの比較により解釈した。遷移状態理論の近似値では、分子の拡散率は、分子が自由エネルギーバリアをホップする速度定数に由来し得る。図5AからCは、ケージ分子の質量の中心と、隣接するケージの質量の中心の間における拡散経路に対する、2つのケージウィンドウの間を往来する自由エネルギープロファイルを示す。CC3(図5C)では、H2及びD2の両方が、ほぼバリアがない通路で2つのケージ分子の間を容易に移動した。それに反して、6ET-RCC3における密集したケージ空洞及び狭いウィンドウ開口部は、自由エネルギーバリアの鋭いピークを生じ(図5A)、CC3と比較して分子の拡散率を強く低下させた。 The diffusion of hydrogen isotopes in CC3, 6ET-RCC3, and Cocryst1 was investigated and interpreted by comparing the free energy barriers for H2 and D2 in a given crystal structure at infinite dilution. In the approximation of transition state theory, the molecular diffusivity can be derived from the rate constant for a molecule to hop the free energy barrier. Figures 5A–C show the free energy profiles for the diffusion path between the center of mass of a cage molecule and the center of mass of an adjacent cage, traveling between two cage windows. In CC3 (Figure 5C), both H2 and D2 easily moved between the two cage molecules in a nearly barrier-free passage. In contrast, the dense cage cavity and narrow window opening in 6ET-RCC3 resulted in a sharp peak in the free energy barrier (Figure 5A), strongly reducing the molecular diffusivity compared to CC3.

2個のメチル基が単一の6ET-RCC3ケージウィンドウに位置する場合、細孔空間は、離ればなれになり、拡散バリアは、横断するには大きくなりすぎる(図5Aではオフスケール、左側のケージ)。1個のメチル基のみを有するウィンドウでは(図5A、右側のケージ)、細孔空間は、途切れることなくケージの間を突き抜け、H2及びD2に対する自由エネルギーバリアは、実質的に減少した。重要なことには、1個のメチル基を含有する6ET-RCC3ケージウィンドウにより、D2及びH2で異なる拡散バリアが得られ、動的ふるいとして作用する。この特徴は、Cocryst1にも適用された(図5B)。Cocryst1では、大きいCC3空洞により、良好な動的弛緩も得られ、D2動力学が改善され、D2取込量がより高くなる。 When two methyl groups are located in a single 6ET-RCC3 cage window, the pore space becomes too far apart and the diffusion barrier becomes too large to cross (Figure 5A, off-scale, left cage). In a window with only one methyl group (Figure 5A, right cage), the pore space penetrates seamlessly between the cages, and the free energy barrier for H2 and D2 is substantially reduced. Importantly, a 6ET-RCC3 cage window containing a single methyl group results in different diffusion barriers for D2 and H2 , acting as a dynamic sieve. This feature also applies to Cocryst1 (Figure 5B). In Cocryst1, the large CC3 cavity also provides favorable dynamic relaxation, improving D2 kinetics and resulting in higher D2 uptake.

様々な細孔構造の分析及び計算された拡散バリア(図5、AからI)により、Cocryst1に対する選択性は、6ET-RCC3(SD2/H2=8.2 vs 3.9)の2倍である理由が説明できた。6ET-RCC3における小チャネルにより、一列縦隊拡散が生じた。分子が細孔に浸透すると、チャネルにおける同位体の間を通過するのは不可能である。したがって、1:1混合物への曝露後の脱離は、同位体の両方で同一の最大温度を呈し(図2C)、ガス分子は、それらが入る順序で出ていく一方、純粋ガス脱離の最大値は、H2よりもD2で低くなると思われた(図2B)。したがって、KQS効果は、ケージ結晶表面における細孔開口部の入口でのみ発生でき、チャネルの内側に入ると、更なる交換を伴わない。 Analysis of the various pore structures and the calculated diffusion barriers (Figure 5, A to I) explained why the selectivity for Cocryst1 was twice that of 6ET-RCC3 (S D2/H2 = 8.2 vs. 3.9). The small channels in 6ET-RCC3 allowed single-file diffusion. Once molecules penetrated the pores, they could not pass between the isotopes in the channels. Therefore, desorption after exposure to the 1:1 mixture exhibited identical maximum temperatures for both isotopes (Figure 2C), and gas molecules exited in the order they entered, whereas the maximum for pure gas desorption appeared to be lower for D2 than for H2 (Figure 2B). Therefore, the KQS effect could only occur at the entrance of the pore opening at the cage crystal surface, without further exchange once inside the channels.

それに反して、Cocryst1は、大きい保存細孔及び小さい分離細孔の組合せからなっており、示差的拡散バリアにより分離される(図5I)。小開口部から次の大きい空洞へと通る貫通により、追加のふるい分け効果が得られ、それによってD2分子は、6ET-RCC3の一列縦隊細孔とは異なり、隣接するH2分子を通ることができる。直感に反して、Cocryst1は、D2/H2選択性を大幅に向上させたが、6ET-RCC3では小ウィンドウの半分であった。 In contrast, Cocryst1 consists of a combination of a large storage pore and a small separation pore, separated by a differential diffusion barrier (Figure 5I). The penetration from the small opening to the next larger cavity provides an additional sieving effect, allowing D2 molecules to pass through adjacent H2 molecules, unlike the single-file pores of 6ET-RCC3. Counterintuitively, Cocryst1 significantly improved D2 / H2 selectivity, albeit by half the small window of 6ET-RCC3.

筆者らは、経路積分分子動力学(PIMD)シミュレーションと量子力学的相互作用の評価を更に組み合わせて、6ET-RCC3ケージ分子におけるH2及びD2の吸着及び拡散挙動を精査し、電子及び核両方の量子力学的性質を明白に説明した(図5、GからI)。PIMDシミュレーションでは、温度範囲30~77Kにわたり、H2よりおよそ0.50kJ mol-1低いD2の結合自由エネルギーが予測された。結合自由エネルギーにおけるこの差は、50Kにて、ケージ内側におけるH2を上回る、4.21のD2の相対的母集団になり(図6B)、30Kにて、24.65に上昇した。これらのシミュレーションした相対的母集団と、測定したD2/H2選択性の間には、温度範囲30~77Kにおいて、定性的な一致が認められる(図5H)。筆者らは、6ET-RCC3ケージ分子から拡散する量子H2及び量子D2の単一分子に対する自由エネルギーバリアも評価した(図5I)。これらのシミュレーションでは、核量子効果により、ケージ内側において、D2と比較してH2が不安定にもなり、また、ケージウィンドウを通してH2を拡散するより高い自由エネルギーバリアも得られることが示される。異なるバリアの高さは、H2の有効な大きさを、D2より大きくするゼロ点変動の程度が異なり、それにより、H2ではウィンドウ開口部を通過するのがより困難になるためと理解され得る。 We further combined path-integral molecular dynamics (PIMD) simulations with quantum mechanical interaction evaluations to probe the adsorption and diffusion behavior of H2 and D2 in the 6ET-RCC3 cage molecule, explicitly accounting for both electronic and nuclear quantum mechanical properties (Figure 5, G to I). PIMD simulations predicted a binding free energy for D2 that was approximately 0.50 kJ mol -1 lower than that for H2 over the temperature range of 30 to 77 K. This difference in binding free energy resulted in a relative population of D2 over H2 inside the cage of 4.21 at 50 K (Figure 6B), which rose to 24.65 at 30 K. Qualitative agreement was observed between these simulated relative populations and the measured D2 / H2 selectivity over the temperature range of 30 to 77 K (Figure 5H). We also evaluated the free energy barriers for single molecules of quantum H2 and quantum D2 diffusing from the 6ET-RCC3 cage molecule (Figure 5I). These simulations show that nuclear quantum effects make H2 less stable inside the cage compared to D2 , resulting in a higher free energy barrier for H2 diffusing through the cage window. The different barrier heights can be understood as a result of the different degrees of zero-point fluctuations that make the effective size of H2 larger than that of D2 , making it more difficult for H2 to pass through the window opening.

結論
多孔性有機ケージ(POC)の分野を始めたとき、競合する固体、例えばMOFに対して大きい細孔体積及び高い表面積を有する材料の生成に特に重点が置かれていた(25、45-47)。筆者らの研究から、「わずかに多孔性」の固体を設計する際に利益があることが示唆される(46)。それ自体、このアプローチにより、ガス容量が低いが、単一の共結晶において小さい、及び大きい細孔ケージをペアリングすることによる材料、例えば6ET-RCC3が得られ、筆者らは、前例のないガス分離性質を有する材料を評価した。このストラテジーは、例えば、CC3より容量が大きい保存ケージを導入することにより、いっそう優れた性能を得るように拡張できるが、但し、ケージ間における示差的拡散バリアが保存されることが条件である。
Conclusions: When the field of porous organic cages (POCs) began, particular emphasis was placed on generating materials with large pore volumes and high surface areas relative to competing solids, such as MOFs. (25, 45-47) Our work suggests that there may be benefits in designing “slightly porous” solids. (46) While this approach itself has yielded materials with low gas capacities, by pairing small and large pore cages in a single cocrystal, such as 6ET-RCC3, we have evaluated materials with unprecedented gas separation properties. This strategy can be extended to obtain even better performance, for example, by introducing a storage cage with a larger capacity than CC3, provided that the differential diffusion barrier between the cages is preserved.

筆者らのアプローチは、細孔径のきわめて繊細な調整、単一の窒素原子の直径にわたるこの一連のケージに対する全体の調整性ウィンドウを可能にし、また、KQSのような用途に理想的に向く。合成方法は、多段階有機合成に関与する(図1B)が、保護及び脱保護工程を含み、各工程は、ほぼ100%収率で進められた。中間体を精製する必要がなかったため、実用的分離のために作られた材料の量をスケール増大させる良好な可能性がある。 Our approach allows for extremely fine tuning of pore size, the entire tunability window for this series of cages spanning the diameter of a single nitrogen atom, and is ideally suited for applications such as KQS. The synthetic method involves a multistep organic synthesis (Figure 1B), including protection and deprotection steps, with each step proceeding in near 100% yield. Because no intermediates needed to be purified, there is good potential for scaling up the amount of material produced for practical separations.

計算に基づく研究(図5&6)は、共結晶の優れたH2/D2分離性能を説明するのに役立った。 Computational studies (Figs. 5 & 6) helped to explain the excellent H 2 /D 2 separation performance of the cocrystal.

[参考文献]
[References]

実施形態 - 番号付きパラグラフ
以下の番号付きパラグラフは、特許請求の範囲ではないが、本発明の実施形態を表す。
1. 1つ又は複数の標的物質を、1つ又は複数の標的物質、及び1つ又は複数の非標的物質を含む標的混合物から抽出する方法であって、所定の接触温度にて、前記標的混合物と収着組成物を接触させることにより、前記標的物質を、前記非標的物質より優先的に収着させて、収着済み組成物及び処理された標的混合物を得ることを含み、
前記収着組成物は、収着化合物を含み、前記収着化合物は、接触温度にて、前記標的物質の熱的ドブロイ波長の+/-4Å以内の空洞サイズを有する内部空洞を含む多孔性有機ケージであり、
前記収着済み組成物は、前記標的物質を有する収着組成物、又は、収着組成物に収着されている、前記標的混合物と比較して前記標的物質が相対的に富化されている混合物を含み、
前記処理された標的混合物は、前記標的混合物と比較して前記非標的物質が相対的に富化されており、
前記標的物質は、前記非標的物質より短い熱的ドブロイ波長を有する、方法。
2.接触させることが、20Kから80Kの間の接触温度にて行われる、パラグラフ1に記載の方法。
3.前記収着済み組成物を、前記処理された標的混合物から分離することを更に含む、先行するパラグラフのいずれかに記載の方法。
4.前記収着組成物の同一バッチ又は前記収着組成物の異なるバッチのいずれかを使用して、前記処理された標的混合物を、標的混合物としてパラグラフ2に記載の方法に再度供給することにより、該方法を繰り返すことを更に含む、パラグラフ2又は3に記載の方法。
5.前記標的物質、又は、前記標的混合物と比較して、標的物質が相対的に富化された混合物を、前記収着済み組成物から回収することを更に含む、先行するパラグラフのいずれかに記載の方法。
6.前記収着組成物の同一バッチ又は前記収着組成物の異なるバッチのいずれかを使用して、回収された前記標的物質、又は、前記標的混合物と比較して、標的物質が相対的に富化された混合物を、標的混合物としてパラグラフ3に記載の方法に再度供給することにより、該方法を繰り返すことを更に含む、パラグラフ3、又はそれに従属するパラグラフのいずれかに記載の方法。
7.前記多孔性有機ケージの内部空洞が、接触温度にて、前記標的物質の熱的ドブロイ波長の+/-2Å以内の空洞サイズを有する、先行するパラグラフのいずれかに記載の方法。
8.前記標的混合物が、H2、D2、T2、HD、HT及びDTからなる群から選択される2つ以上を含み、それらから本質的になり、又はそれらからなり、
前記標的物質が、D2、T2、HD、HT及びDTからなる群から選択され、
前記非標的物質が前記標的物質を排除するという条件で、前記非標的物質が、H2、D2、T2、HD、HT及びDTからなる群から選択される、先行するパラグラフのいずれかに記載の方法。
9.前記標的物質が、D2及び/又はT2を含み、前記非標的物質が、H2を含む、先行するパラグラフのいずれかに記載の方法。
10.前記標的物質が、D2であり、前記非標的物質が、H2を含む、先行するパラグラフのいずれかに記載の方法。
11.前記多孔性有機ケージの内部空洞が、予め官能基化された内部空洞に由来する官能基化された内部空洞であり、前記予め官能基化された内部空洞が、2個以上の官能基化可能な基を含み、その官能基化可能な基の1個又は複数が、前記官能基化された内部空洞で官能基化される、先行するパラグラフのいずれかに記載の方法。
12.前記官能基化可能な基が、アルキル化、アシル化、アセタール化、ヘミアセタール化、アミナール化、及び/若しくはヘミアミナール化を経由して官能基化される反応性ヘテロ原子を含み、又は、前記官能基化可能な基が、エステル化、アミド化、アセタール化、ヘミアセタール化、アミナール化及び/若しくはヘミアミナール化を経由して官能基化される反応性炭素原子を含む、パラグラフ11に記載の方法。
13.前記多孔性有機ケージの内部空洞が、ホモ官能基化された内部空洞である、パラグラフ11に記載の方法。
14.前記多孔性有機ケージの内部空洞が、ヘテロ官能基化された内部空洞である、パラグラフ11に記載の方法。
15.前記多孔性有機ケージの内部空洞が、部分的に官能基化された内部空洞である、パラグラフ11に記載の方法。
16.前記収着化合物は、前駆体化合物の内部空洞内の1個の、一部の、又はすべての官能基化可能な基を、1つ又は複数の官能基化物質で官能基化することにより形成され、前記前駆体化合物は、内部空洞の官能基化を除いて前記収着化合物と同一であり、前記前駆体化合物の官能基化が、以下の工程:
i)1個又は複数の官能基化可能な基(又は、官能基化可能な基の1つ若しくは複数のセット若しくはペア)を、第1の官能基化物質で官能基化して、1個又は複数の第1の官能基化された基を得る工程、
ii)1個又は複数の他の官能基化可能な基(又は、官能基化可能な基の1個若しくは複数の他のセット若しくはペア)を、第2の官能基化物質で官能基化して、1個又は複数の第2の官能基化された基を得る工程、
iii)前記第1の官能基化された基の1個又は複数を脱官能基化して(又は脱保護して)、好適には、再生される官能基化可能な基に対応する、1個又は複数の第1の脱官能基化された基を得る工程、
iv)前記第1の脱官能基化された基の1個又は複数を、任意選択で、前記第1又は第2の官能基化物質のいずれかと同一である、又はそれと異なる第3の官能基化物質で再度官能基化して、1個又は複数の第3の官能基化された基を得る工程、
v)前記第2の官能基化された基の1個又は複数を脱官能基化して(又は脱保護して)、好適には、再生される官能基化可能な基に対応する、1個又は複数の第2の脱官能基化された基を得る工程、
vi)前記第2の脱官能基化された基の1個又は複数を、任意選択で、前記第1、第2又は第3の官能基化物質のいずれかと同一である、又はそれと異なる官能基化物質で再度官能基化して、1個又は複数の第4の官能基化された基を得る工程
の1つ又は複数を含む、パラグラフ11に記載の方法。
17.前記前駆体化合物の官能基化が、工程i)~vi)の工程i)のみを含んで、それにより、単一の官能基化物質から形成されるホモ官能基化された収着化合物を得る、パラグラフ16に記載の方法。
18.前記前駆体化合物の官能基化が、工程i)~vi)の工程i)及びii)のみを含んで、それにより、2つの異なる官能基化物質から形成されるヘテロ官能基化された収着化合物を得る、パラグラフ16に記載の方法。
19.前記前駆体化合物の官能基化が、工程i)~vi)の工程i)、ii)及びiii)のみを含んで、それにより、単一の官能基化物質から形成されるホモ官能基化された収着化合物を得る、パラグラフ16に記載の方法。
20.前記前駆体化合物の官能基化が、工程i)~vi)の工程i)、ii)、iii)及びiv)のみを含んで、それにより、2つの異なる官能基化物質(第2及び第3の官能基化物質)から形成されるヘテロ官能基化された収着化合物を得る、パラグラフ16に記載の方法。
21.SATPにおける前記収着化合物の空洞サイズが、0.5から5Åの間である、先行するパラグラフのいずれかに記載の方法。
22.SATPにおける前記収着化合物の空洞サイズが、1から2.4Åの間である、先行するパラグラフのいずれかに記載の方法。
23.前記収着化合物が、官能基化されたポリジアミンケージである、先行するパラグラフのいずれかに記載の方法。
24.前記収着化合物が、1つ又は複数の式Cの連結単位、及び、0、1又は複数の式Aの非連結単位を含み、式Cの連結単位及び/又は式Aの非連結単位が、任意選択で、介在リンカーを経由して一緒に結び付き、
式Cは、
EMBODIMENTS - NUMBERED PARAGRAPHS The following numbered paragraphs represent embodiments of the invention that are not claimed.
1. A method for extracting one or more target substances from a target mixture comprising one or more target substances and one or more non-target substances, comprising contacting the target mixture with a sorption composition at a predetermined contact temperature to preferentially sorb the target substances over the non-target substances, thereby obtaining a sorbed composition and a treated target mixture;
the sorption composition comprises a sorption compound, the sorption compound being a porous organic cage containing an interior cavity having a cavity size within +/- 4 Å of the thermal de Broglie wavelength of the target material at a contact temperature;
the sorbed composition comprises a sorption composition having the target substance or a mixture that is relatively enriched in the target substance compared to the target mixture, sorbed onto a sorption composition;
the treated target mixture is relatively enriched in the non-target material compared to the target mixture;
The method, wherein the target material has a shorter thermal de Broglie wavelength than the non-target material.
2. The method of paragraph 1, wherein the contacting is carried out at a contact temperature between 20K and 80K.
3. The method of any of the preceding paragraphs, further comprising separating the sorbed composition from the treated target mixture.
4. The method of paragraph 2 or 3, further comprising repeating the method of paragraph 2 by again supplying the treated target mixture as a target mixture to the method of paragraph 2 using either the same batch of the sorption composition or a different batch of the sorption composition.
5. The method of any preceding paragraph, further comprising recovering the target material or a mixture relatively enriched in the target material compared to the target mixture from the sorbed composition.
6. The method of paragraph 3, or any paragraph dependent thereon, further comprising repeating the method by re-supplying the recovered target material, or a mixture relatively enriched in target material compared to the target mixture, to the method of paragraph 3 as a target mixture using either the same batch of the sorption composition or a different batch of the sorption composition.
7. The method of any of the preceding paragraphs, wherein the interior cavity of the porous organic cage has a cavity size within +/- 2 Å of the thermal de Broglie wavelength of the target material at the contact temperature.
8. The target mixture comprises, consists essentially of, or consists of two or more selected from the group consisting of H2 , D2 , T2 , HD, HT, and DT;
the target substance is selected from the group consisting of D2 , T2 , HD, HT, and DT;
The method of any of the preceding paragraphs, wherein the non-target substance is selected from the group consisting of H2 , D2 , T2 , HD, HT, and DT, with the proviso that the non-target substance excludes the target substance.
9. The method of any of the preceding paragraphs, wherein the target substance comprises D2 and/or T2 and the non-target substance comprises H2 .
10. The method of any of the preceding paragraphs, wherein the target substance is D2 and the non-target substance comprises H2 .
11. The method of any of the preceding paragraphs, wherein the interior cavity of the porous organic cage is a functionalized interior cavity derived from a pre-functionalized interior cavity, the pre-functionalized interior cavity comprising two or more functionalizable groups, one or more of which functionalizable groups are functionalized in the functionalized interior cavity.
12. The method of paragraph 11, wherein the functionalizable group comprises a reactive heteroatom that is functionalized via alkylation, acylation, acetalization, hemiacetalization, aminalization, and/or hemiaminalization, or wherein the functionalizable group comprises a reactive carbon atom that is functionalized via esterification, amidation, acetalization, hemiacetalization, aminalization, and/or hemiaminalization.
13. The method of paragraph 11, wherein the interior cavity of the porous organic cage is a homofunctionalized interior cavity.
14. The method of paragraph 11, wherein the interior cavity of the porous organic cage is a heterofunctionalized interior cavity.
15. The method of paragraph 11, wherein the interior cavity of the porous organic cage is a partially functionalized interior cavity.
16. The sorption compound is formed by functionalizing one, some, or all of the functionalizable groups in an internal cavity of a precursor compound with one or more functionalizing agents, the precursor compound being identical to the sorption compound except for the functionalization of the internal cavity, and the functionalization of the precursor compound is carried out by the following steps:
i) functionalizing one or more functionalizable groups (or one or more sets or pairs of functionalizable groups) with a first functionalizing agent to obtain one or more first functionalized groups;
ii) functionalizing one or more other functionalizable groups (or one or more other sets or pairs of functionalizable groups) with a second functionalizing agent to provide one or more second functionalized groups;
iii) defunctionalizing (or deprotecting) one or more of said first functionalized groups to obtain one or more first defunctionalized groups, preferably corresponding to the functionalizable groups to be regenerated;
iv) optionally re-functionalizing one or more of the first defunctionalized groups with a third functionalizing agent that is the same as or different from either the first or second functionalizing agent to obtain one or more third functionalized groups;
v) defunctionalizing (or deprotecting) one or more of said second functionalized groups to obtain one or more second defunctionalized groups, preferably corresponding to the functionalizable groups to be regenerated;
12. The method of paragraph 11, comprising one or more of the steps of: vi) optionally re-functionalizing one or more of the second defunctionalized groups with a functionalizing agent that is the same as or different from any of the first, second or third functionalizing agents to provide one or more fourth functionalized groups.
17. The method of paragraph 16, wherein the functionalization of the precursor compound comprises only step i) of steps i) to vi), thereby obtaining a homo-functionalized sorption compound formed from a single functionalizing material.
18. The method of paragraph 16, wherein the functionalization of the precursor compound comprises only steps i) and ii) of steps i) to vi), thereby obtaining a heterofunctionalized sorption compound formed from two different functionalizing substances.
19. The method of paragraph 16, wherein the functionalization of the precursor compound comprises only steps i), ii), and iii) of steps i) to vi), thereby obtaining a homo-functionalized sorption compound formed from a single functionalizing material.
20. The method of paragraph 16, wherein the functionalization of the precursor compound comprises only steps i), ii), iii) and iv) of steps i) to vi), thereby obtaining a heterofunctionalized sorption compound formed from two different functionalizing substances (second and third functionalizing substances).
21. The method of any of the preceding paragraphs, wherein the cavity size of the sorption compound in the SATP is between 0.5 and 5 Å.
22. The method of any of the preceding paragraphs, wherein the cavity size of the sorption compound in the SATP is between 1 and 2.4 Å.
23. The method of any of the preceding paragraphs, wherein the sorption compound is a functionalized polydiamine cage.
24. The sorption compound comprises one or more linking units of formula C and zero, one or more non-linking units of formula A, wherein the linking units of formula C and/or the non-linking units of formula A are optionally linked together via an intervening linker;
Formula C is

により定義され、
式Aは、
is defined by
Formula A is:

により定義され、
式中、Tieは、式Dにより定義される分子連結であり、
is defined by
wherein Tie is a molecular linkage defined by formula D;

式中、nは、1から4の間の整数であり、
各RA1及びRA2基は、独立して、水素、又は任意選択で置換されている置換基であり、RA1及びRA2基の任意のペアは、任意選択で、一緒につながって、炭素環、ヘテロ環、アリール環又はヘテロアリール環を形成し、
各RB1及びRB2基は、独立して、水素、又は任意選択で置換されている置換基であり、RB1及びRB2基の任意のペアは、任意選択で、一緒につながって、炭素環、ヘテロ環、アリール環又はヘテロアリール環を形成する、先行するパラグラフのいずれかに記載の方法。
25.前記収着化合物が、1つ又は複数の式C1の連結単位、及び、0、1又は複数の式A1の非連結単位を含み、式C1の連結単位及び/又は式A1の非連結単位が、式A1Lの介在リンカーを経由して一緒に結び付き、
式C1は、
where n is an integer between 1 and 4;
each R and R group is independently hydrogen or an optionally substituted substituent, and any pair of R and R groups are optionally joined together to form a carbocyclic, heterocyclic, aryl , or heteroaryl ring;
The method of any of the preceding paragraphs, wherein each R and R group is independently hydrogen or an optionally substituted substituent, and any pair of R and R groups is optionally joined together to form a carbocyclic, heterocyclic, aryl, or heteroaryl ring.
25. The sorption compound comprises one or more linking units of formula C 1 and zero, one or more non-linking units of formula A 1 , wherein the linking units of formula C 1 and/or the non-linking units of formula A 1L are linked together via an intervening linker of formula A 1L ;
Formula C1 is

により定義され、
式A1は、
is defined by
Formula A1 is

により定義され、
式中、環Aは、炭素環、アリール環、ヘテロ環又はヘテロアリール環であり、
式A1Lは、
is defined by
wherein ring A is a carbocycle, an aryl ring, a heterocycle, or a heteroaryl ring;
The formula A 1L is

により定義され、
式中、環Lは、多価炭化水素(直鎖又は分岐)、多価炭素環、多価ヘテロ環、多価アレーン、多価ヘテロアレーン、多価モノ-/ポリ-ヒドロカルビル-炭素環、多価モノ-/ポリ-ヒドロカルビル-ヘテロ環、多価モノ-/ポリ-ヒドロカルビル-アレーン又は多価モノ-/ポリ-ヒドロカルビル-ヘテロアレーンであり、
式C1、A1、及び/又はA1Lの基のいずれかは、置換されている、又は非置換である、パラグラフ24に記載の方法。
26.前記収着化合物が、1つ又は複数の式C2の連結単位、及び、0、1又は複数の式A2の非連結単位を含み、式C2の連結単位及び/又は式A2の非連結単位が、式A2Lの介在リンカーを経由して一緒に結び付き、
式C2は、
is defined by
wherein ring L is a polyvalent hydrocarbon (linear or branched), polyvalent carbocycle, polyvalent heterocycle, polyvalent arene, polyvalent heteroarene, polyvalent mono-/poly-hydrocarbyl-carbocycle, polyvalent mono-/poly-hydrocarbyl-heterocycle, polyvalent mono-/poly-hydrocarbyl-arene or polyvalent mono-/poly-hydrocarbyl-heteroarene;
25. The method of paragraph 24, wherein any of the groups of formula C 1 , A 1 and/or A 1L are substituted or unsubstituted.
26. The sorption compound comprises one or more linking units of formula C2 and zero, one or more non-linking units of formula A2 , wherein the linking units of formula C2 and/or the non-linking units of formula A2 are linked together via an intervening linker of formula A2L ;
Formula C2 is

により定義され、
式A2は、
is defined by
Formula A2 is

により定義され、
式A2Lは、
is defined by
The formula A 2L is

により定義され、
式C2、A2又はA2Lの基のいずれかは、置換されている、又は非置換である、パラグラフ25に記載の方法。
27.前記収着化合物が、式C3により定義され、
is defined by
26. The method of paragraph 25, wherein any of the groups of formula C2 , A2 or A2L is substituted or unsubstituted.
27. The sorption compound is defined by formula C3:

式中、Tie/H2は、Tieと連結しているジアミン基、又は、各ジアミンの窒素が担持する単一の水素と連結していないジアミン基のいずれかを指し示し、Tieは、式Dにより定義される分子連結であり、前記収着化合物が、少なくとも1つのTieを含む、パラグラフ26に記載の方法。
28.式C3の前記収着化合物が、単一タイプの分子連結のみを含み、式Dの単一の分子連結が、以下からなる群、
- RB1及びRB2は、いずれも水素である(例えばホルムアルデヒドで連結している)、例えば6FT-RCC3又は5FT-RCC3、
- RB1及びRB2は、いずれもメチルである(例えばアセトンで連結している)、例えば1AT-RCC3、並びに、
- RB1は、水素であり、RB2は、メチルである(例えばアセトアルデヒドで連結している)、例えば6ET-RCC3
から選択される、パラグラフ27に記載の方法。
29.式C3の前記収着化合物が、2つ以上の異なるタイプの式Dの分子連結を含み、式Dの異なる分子連結が、以下からなる群、
vii.RB1及びRB2が、いずれも水素である(例えばホルムアルデヒドで連結している)第1の分子連結、並びに、RB1が、水素であり、RB2が、メチルである(例えばアセトアルデヒドで連結している)第2の分子連結、例えば1ET-5FT-RCC3、
viii.RB1及びRB2が、いずれも水素である(例えばホルムアルデヒドで連結している)第1の分子連結、並びに、RB1及びRB2が、いずれもメチルである(例えばアセトンで連結している)第2の分子連結、例えば1AT-5FT-RCC3、並びに
ix.RB1及びRB2が、いずれも水素である(例えばホルムアルデヒドで連結している)第1の分子連結、並びに、RB1が、水素であり、RB2が、エチルである(例えばプロピオンアルデヒドで連結している)第2の分子連結、例えば1PT-5FT-RCC3から選択される、パラグラフ27に記載の方法。
30.前記収着化合物が、6ET-RCC3である、先行するパラグラフのいずれかに記載の方法。
31.前記収着組成物が、共結晶を含み、前記共結晶が、前記収着化合物及び共結晶化化合物を含み、前記共結晶化化合物が、内部空洞を含み、内部空洞の空洞サイズが、前記収着化合物の内部空洞より大きい、先行するパラグラフのいずれかに記載の方法。
32.前記収着化合物の個々の結晶が、前記共結晶化化合物の個々の結晶と同形である、パラグラフ31に記載の方法。
33.前記共結晶の個々の結晶が、前記収着化合物の個々の結晶と同形である、パラグラフ32に記載の方法。
34.前記共結晶化化合物が、前記収着化合物のものより少なくとも2Å大きい空洞サイズを有する、パラグラフ33に記載の方法。
35.前記収着化合物及び共結晶化化合物の両方がキラルであり、そのいずれも、単一の鏡像異性体が鏡像異性的に富化されており、一方がR-鏡像異性体であり、他方がS-鏡像異性体という点で、前記収着化合物の単一の鏡像異性体が、前記共結晶化化合物のものと反対のキラリティーである、パラグラフ33に記載の方法。
36.前記共結晶化化合物が、適切な場合、任意選択で、介在リンカーを経由して一緒に結び付いた、式Eにより定義される1つ又は複数の単位であり、
27. The method of paragraph 26, wherein Tie/ H2 denotes either a diamine group linked with Tie or a diamine group not linked with a single hydrogen carried by each diamine nitrogen, and Tie is a molecular linkage defined by formula D, and the sorption compound comprises at least one Tie.
28. The sorption compound of formula C3 contains only a single type of molecular linkage, and the single molecular linkage of formula D is selected from the group consisting of:
R B1 and R B2 are both hydrogen (e.g. linked by formaldehyde), e.g. 6FT-RCC3 or 5FT-RCC3;
R B1 and R B2 are both methyl (e.g. linked by acetone), e.g. 1AT-RCC3, and
R B1 is hydrogen and R B2 is methyl (e.g. linked with acetaldehyde), e.g. 6ET-RCC3
28. The method of paragraph 27, wherein the compound is selected from the group consisting of:
29. The sorption compound of formula C3 comprises two or more different types of molecular linkages of formula D, wherein the different molecular linkages of formula D are selected from the group consisting of:
vii. a first molecular linkage in which R and R are both hydrogen (e.g., formaldehyde linked), and a second molecular linkage in which R is hydrogen and R is methyl (e.g., acetaldehyde linked), such as 1ET-5FT- RCC ;
viii. A first molecular linkage in which R and R are both hydrogen (e.g., linked by formaldehyde), and a second molecular linkage in which R and R are both methyl (e.g., linked by acetone), e.g., 1AT-5FT- RCC3 ; and
ix. The method of paragraph 27, wherein R and R are selected from a first molecular linkage where both are hydrogen (e.g., linked by a formaldehyde), and a second molecular linkage where R is hydrogen and R is ethyl (e.g., linked by a propionaldehyde), e.g., 1PT-5FT-RCC3.
30. The method of any of the preceding paragraphs, wherein the sorption compound is 6ET-RCC3.
31. The method of any of the preceding paragraphs, wherein the sorption composition comprises a co-crystal, the co-crystal comprising the sorption compound and a co-crystallized compound, the co-crystallized compound comprising an internal cavity, and the cavity size of the internal cavity is larger than the internal cavity of the sorption compound.
32. The method of paragraph 31, wherein the individual crystals of the sorption compound are isomorphous with the individual crystals of the co-crystallized compound.
33. The method of paragraph 32, wherein the individual crystals of the co-crystal are isomorphous with the individual crystals of the sorption compound.
34. The method of paragraph 33, wherein the co-crystallized compound has a cavity size at least 2 Å greater than that of the sorption compound.
35. The method of paragraph 33, wherein both the sorption compound and the co-crystallized compound are chiral, each of which is enantiomerically enriched in a single enantiomer, the single enantiomer of the sorption compound being of opposite chirality to that of the co-crystallized compound, in that one is the R-enantiomer and the other is the S-enantiomer.
36. The co-crystallization compound is, where appropriate, one or more units defined by formula E, optionally linked together via an intervening linker;

式中、
nは、1から4の間の整数であり、
各RA1及びRA2基は、独立して、水素、又は任意選択で置換されている置換基であり、RA1及びRA2基の任意のペアは、任意選択で、一緒につながって、炭素環、ヘテロ環、アリール環又はヘテロアリール環を形成し、
好適には式Eの単位は、リンカーを経由して一緒に結び付く(すなわち直接結合しない)、パラグラフ31に記載の方法。
37.前記共結晶化化合物が、式A1Lの介在リンカーを経由して一緒に結び付いた、式E1により定義される1つ又は複数の単位であり、
式E1の単位は、
During the ceremony,
n is an integer between 1 and 4,
each R and R group is independently hydrogen or an optionally substituted substituent, and any pair of R and R groups are optionally joined together to form a carbocyclic, heterocyclic, aryl , or heteroaryl ring;
32. A method according to paragraph 31, wherein suitably the units of formula E are linked together via a linker (ie not directly bonded).
37. The co-crystallized compound is one or more units defined by formula E 1 linked together via an intervening linker of formula A 1L ;
The units of formula E1 are:

により定義され、
式中、環Aは、炭素環、アリール環、ヘテロ環又はヘテロアリール環であり、
式A1Lは、
is defined by
wherein ring A is a carbocycle, an aryl ring, a heterocycle, or a heteroaryl ring;
The formula A 1L is

により定義され、
式中、環Lは、多価炭化水素(直鎖又は分岐)、多価炭素環、多価ヘテロ環、多価アレーン、多価ヘテロアレーン、多価モノ-/ポリ-ヒドロカルビル-炭素環、多価モノ-/ポリ-ヒドロカルビル-ヘテロ環、多価モノ-/ポリ-ヒドロカルビル-アレーン又は多価モノ-/ポリ-ヒドロカルビル-ヘテロアレーンであり、
式E1及び/又はA1Lの基のいずれかは、置換されている、又は非置換である、パラグラフ36に記載の方法。
38.前記共結晶化化合物が、式A2Lの介在リンカーを経由して一緒に結び付いた、式E2により定義される1つ又は複数の単位であり、
式E2の単位は、
is defined by
wherein ring L is a polyvalent hydrocarbon (linear or branched), polyvalent carbocycle, polyvalent heterocycle, polyvalent arene, polyvalent heteroarene, polyvalent mono-/poly-hydrocarbyl-carbocycle, polyvalent mono-/poly-hydrocarbyl-heterocycle, polyvalent mono-/poly-hydrocarbyl-arene or polyvalent mono-/poly-hydrocarbyl-heteroarene;
37. The method of paragraph 36, wherein any of the groups of formula E1 and/or A1L are substituted or unsubstituted.
38. The co-crystallization compound is one or more units defined by formula E2 linked together via an intervening linker of formula A2L ;
The units of formula E2 are:

により定義され、
式A2Lは、
is defined by
The formula A 2L is

により定義される、パラグラフ36に記載の方法。
39.前記共結晶化化合物が、CC3である、パラグラフ38に記載の方法。
40.前記収着化合物が、6FT-RCC3、5FT-RCC3、6ET-RCC3、1AT-RCC3、1ET-5FT-RCC3、1AT-5FT-RCC3、1PT-5FT-RCC3からなる群から選択され、前記共結晶化化合物が、CC3である、パラグラフ31に記載の方法。
41.前記収着化合物が、6ET-RCC3であり、前記共結晶化化合物が、CC3である、パラグラフ40に記載の方法。
42.前記共結晶における収着化合物と共結晶化化合物のモル比が、5:1から1:5の間である、パラグラフ31に記載の方法。
43.前記標的混合物が、H2、D2、T2、HD、HT及びDTからなる群から選択される2つ以上を含み、それらから本質的になり、又はそれらからなり、
前記標的物質が、D2、T2、HD、HT及びDTからなる群から選択され、
前記非標的物質が前記標的物質を排除するという条件で、前記非標的物質が、H2、D2、T2、HD、HT及びDTからなる群から選択され、
SATPにおける前記収着化合物の空洞サイズが、1から2.4Åの間であり、
前記収着化合物が、官能基化されたポリジアミンケージである、パラグラフ5に記載の方法。
44.前記収着組成物が、共結晶を含み、前記共結晶が、前記収着化合物及び共結晶化化合物を含み、前記共結晶化化合物が、内部空洞を含むポリジイミンケージであり、内部空洞の空洞サイズが、前記収着化合物の内部空洞より大きい、パラグラフ43に記載の方法。
45.前記収着化合物が、6ET-RCC3であり、前記共結晶化化合物が、CC3である、パラグラフ44に記載の方法。
37. The method of paragraph 36, wherein:
39. The method of paragraph 38, wherein the co-crystallized compound is CC3.
40. The method of paragraph 31, wherein the sorption compound is selected from the group consisting of 6FT-RCC3, 5FT-RCC3, 6ET-RCC3, 1AT-RCC3, 1ET-5FT-RCC3, 1AT-5FT-RCC3, 1PT-5FT-RCC3, and the co-crystallized compound is CC3.
41. The method of paragraph 40, wherein the sorption compound is 6ET-RCC3 and the co-crystallized compound is CC3.
42. The method of paragraph 31, wherein the molar ratio of sorption compound to co-crystallized compound in the co-crystal is between 5:1 and 1:5.
43. The target mixture comprises, consists essentially of, or consists of two or more selected from the group consisting of H2 , D2 , T2 , HD, HT, and DT;
the target substance is selected from the group consisting of D2 , T2 , HD, HT, and DT;
the non-target substance is selected from the group consisting of H2 , D2 , T2 , HD, HT, and DT, provided that the non-target substance excludes the target substance;
the cavity size of the sorption compound in the SATP is between 1 and 2.4 Å;
6. The method of paragraph 5, wherein the sorption compound is a functionalized polydiamine cage.
44. The method of paragraph 43, wherein the sorption composition comprises a co-crystal, the co-crystal comprising the sorption compound and a co-crystallized compound, the co-crystallized compound being a polydiimine cage comprising an internal cavity, the cavity size of the internal cavity being larger than the internal cavity of the sorption compound.
45. The method of paragraph 44, wherein the sorption compound is 6ET-RCC3 and the co-crystallized compound is CC3.

Claims (8)

1つ又は複数の標的物質を、1つ又は複数の標的物質、及び1つ又は複数の非標的物質を含む標的混合物から抽出する方法であって、
前記方法が、所定の接触温度にて、前記標的混合物と収着組成物を接触させることにより、前記標的物質を、前記非標的物質より優先的に収着させて、収着済み組成物及び処理された標的混合物を得ることを含み、
前記方法が、前記標的物質、又は、前記標的混合物と比較して、標的物質が相対的に富化された混合物を、前記収着済み組成物から回収することを更に含み、
前記収着組成物が、共結晶を含み、前記共結晶は、収着化合物及び共結晶化化合物を含み、
前記収着化合物が、6ET-RCC3であり、前記共結晶化化合物が、CC3であり、
前記収着済み組成物が、前記標的物質を有する収着組成物、又は、収着組成物に収着されている、前記標的混合物と比較して前記標的物質が相対的に富化されている混合物を含み、
前記処理された標的混合物が、前記標的混合物と比較して前記非標的物質が相対的に富化されており、
前記標的物質が、D 2 、T 2 、HD、HT及びDTからなる群から選択され、
前記標的混合物が、H 2 、D 2 、T 2 、HD、HT及びDTからなる群から選択される2つ以上を含み、それらから本質的になり、又はそれらからなり、
前記非標的物質が前記標的物質を排除するという条件で、前記非標的物質が、H 2 、D 2 、T 2 、HD、HT及びDTからなる群から選択される、
方法。
1. A method for extracting one or more target substances from a target mixture comprising one or more target substances and one or more non-target substances, the method comprising:
the method comprising contacting the target mixture with a sorption composition at a predetermined contact temperature to preferentially sorb the target material over the non-target material to obtain a sorbed composition and a treated target mixture;
the method further comprising recovering the target material or a mixture relatively enriched in the target material compared to the target mixture from the sorbed composition;
the sorption composition comprises a co-crystal, the co-crystal comprising a sorption compound and a co-crystallized compound;
the sorption compound is 6ET-RCC3 and the co-crystallized compound is CC3;
the sorbed composition comprises a sorption composition having the target substance or a mixture that is relatively enriched in the target substance compared to the target mixture, sorbed onto a sorption composition;
the treated target mixture is relatively enriched in the non-target material compared to the target mixture;
the target substance is selected from the group consisting of D2 , T2 , HD, HT, and DT ;
the target mixture comprises, consists essentially of, or consists of two or more selected from the group consisting of H2, D2, T2, HD, HT , and DT ;
the non-target substance is selected from the group consisting of H2, D2, T2, HD, HT, and DT, provided that the non - target substance excludes the target substance ;
method.
接触させることが、20Kから80Kの間の接触温度にて行われる、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the contacting is carried out at a contact temperature between 20K and 80K. 前記収着済み組成物を、前記処理された標的混合物から分離することを更に含む、請求項1又は2に記載の方法。 The method of claim 1 or 2, further comprising separating the sorbed composition from the treated target mixture. 前記収着組成物の同一バッチ又は前記収着組成物の異なるバッチのいずれかを使用して、前記処理された標的混合物を、標的混合物として請求項2に記載の方法に再度供給することにより、該方法を繰り返すことを更に含む、請求項2又は3に記載の方法。 The method of claim 2 or 3, further comprising repeating the method by feeding the treated target mixture back into the method of claim 2 as a target mixture using either the same batch of the sorption composition or a different batch of the sorption composition. 前記収着組成物の同一バッチ又は前記収着組成物の異なるバッチのいずれかを使用して、回収された前記標的物質、又は、前記標的混合物と比較して、標的物質が相対的に富化された混合物を、標的混合物として請求項3に記載の方法に再度供給することにより、該方法を繰り返すことを更に含む、請求項3又は4に記載の方法。 5. The method of claim 3 or 4, further comprising repeating the method by re-supplying the recovered target material, or a mixture relatively enriched in the target material compared to the target mixture, to the method of claim 3 as a target mixture using either the same batch of the sorption composition or a different batch of the sorption composition. 前記標的物質が、D2及び/又はT2を含み、前記非標的物質が、H2を含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。 6. The method of claim 1, wherein the target substance comprises D2 and/or T2 , and the non-target substance comprises H2. 前記標的物質が、D2であり、前記非標的物質が、H2を含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。 7. The method of claim 1, wherein the target substance is D2 and the non-target substance comprises H2 . 前記共結晶における収着化合物と共結晶化化合物のモル比が、5:1から1:5の間である、請求項1に記載の方法。 10. The method of claim 1 , wherein the molar ratio of sorption compound to co-crystallized compound in the co-crystal is between 5:1 and 1:5.
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