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カーボンナノリング及びその製造方法、並びに該カーボンナノリングの製造原料として好適な化合物及びその製造方法 コモンズ

国内特許コード P130009628
掲載日 2013年7月17日
出願番号 特願2011-553904
登録番号 特許第6032664号
出願日 平成23年2月10日(2011.2.10)
登録日 平成28年11月4日(2016.11.4)
国際出願番号 JP2011052948
国際公開番号 WO2011099588
国際出願日 平成23年2月10日(2011.2.10)
国際公開日 平成23年8月18日(2011.8.18)
優先権データ
  • 特願2010-196174 (2010.9.1) JP
  • 特願2010-029490 (2010.2.12) JP
発明者
  • 伊丹 健一郎
  • 瀬川 泰知
  • 大町 遼
  • 松浦 沙奈枝
  • 松井 克磨
出願人
  • 国立大学法人名古屋大学
発明の名称 カーボンナノリング及びその製造方法、並びに該カーボンナノリングの製造原料として好適な化合物及びその製造方法 コモンズ
発明の概要 特定の数から構成される有機環からなり、直径が明確に決まったカーボンナノリングを正確に形成することができる化合物及びその製造方法、並びに、カーボンナノリングの効率的な製造方法及びその製造方法により得られるシクロパラフェニレンを提供する。
本発明のカーボンナノリングは、所定の数の有機環基を結合してなる化合物である。本発明のカーボンナノリングの製造方法は、U字型の化合物のハロゲン原子をホウ素化合物に変性する変性工程と、U字型の化合物をカップリング反応させるカップリング工程を備える。なお、当該U字型の化合物は、シクロヘキサン環、ベンゼン環及び所定の有機環基を有するものであり、新規化合物である。
従来技術、競合技術の概要


従来、炭素原子を含むナノ構造体としては、2次元のグラフェンシートを筒状に巻いた構造を有する単層カーボンナノチューブ、このカーボンナノチューブを含む多層カーボンナノチューブ等が知られている。



カーボンナノチューブは、機械的強度も極めて高く、高温にも耐えうること、そして、電圧をかけると効率よく電子を放出する等の優れた性質を有していることから、化学分野、電子工学分野、生命科学分野等の様々な分野への応用が期待されている。



カーボンナノチューブの製造方法としては、アーク放電法、レーザー・ファネス法及び化学気相成長法等が知られている。しかし、これらの製造方法では、様々な太さと長さのカーボンナノチューブが混合物という形でしか得られないという問題がある。



近年、カーボンナノチューブのように、炭素原子の連続的な結合により、一定以上の長さを有する管状のナノ構造体ではなく、輪状のナノ構造体が検討されつつある。例えば、非特許文献1には、シクロヘキサンジオンとジヨードベンゼンとを用いて、2価の芳香族基が12個連なった、規則的な構造を有するシクロパラフェニレン化合物が開示されている。

産業上の利用分野


本発明は、新規な化合物であって、2価の芳香族基等の有機環基が、輪状に結合されてなるカーボンナノリング及びその製造方法、並びに該カーボンナノリングの製造原料として好適な化合物及びその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
一般式(2):
【化1】


[式中、Rは同じか又は異なり、それぞれ水素原子又は水酸基の保護基;Rは同じか又は異なり、それぞれパラ位に結合手を有する2価の6員芳香環、一般式(5’):
【化2】


(式中、pは1、2又は3である。)
で示される基、又は一般式(8’):
【化3】


(式中、環は、窒素を有する6員複素芳香環である。)
で示されパラ位に結合手を有する基;Rは同じか又は異なり、それぞれパラ位に結合手を有する2価の6員芳香環、一般式(5’):
【化4】


(式中、pは1、2又は3である。)
で示される基、又は一般式(8’):
【化5】


(式中、環は、窒素を有する6員複素芳香環である。)
で示されパラ位に結合手を有する基;nは同じか又は異なり、それぞれ1以上の整数;mは同じか又は異なり、それぞれ0以上の整数である。]
で示され
-(R-の少なくとも1つが、一般式(5):
【化6】


[式中、n’は1又は2;pは1、2又は3である。]
で示される基であるか、-(R-の少なくとも1つが、一般式(8):
【化7】


[式中、m”は1、2又は3;繰り返し単位の環は、窒素を有する6員複素芳香環である。]
で示されパラ位に結合手を有する基であり、且つ、構成するシクロヘキサン環部、フェニレン基、R、及びRの総数が14個、16個、17個、19個又は20個である輪状化合物。

【請求項2】
一般式(1):
【化8】


[式中、Rは同じか又は異なり、それぞれパラ位に結合手を有する2価の6員芳香環、一般式(5’):
【化9】


(式中、pは1、2又は3である。)
で示される基、又は一般式(8’):
【化10】


(式中、環は、窒素を有する6員複素芳香環である。)
で示されパラ位に結合手を有する基;Rは同じか又は異なり、それぞれパラ位に結合手を有する2価の6員芳香環、一般式(5’):
【化11】


(式中、pは1、2又は3である。)
で示される基、又は一般式(8’):
【化12】


(式中、環は、窒素を有する6員複素芳香環である。)
で示されパラ位に結合手を有する基;nは同じか又は異なり、それぞれ1以上の整数;mは同じか又は異なり、それぞれ0以上の整数である。]
で示され
-(R-の少なくとも1つが、一般式(5):
【化13】


[式中、n’は1又は2;pは1、2又は3である。]
で示される基であるか、-(R-の少なくとも1つが、一般式(8):
【化14】


[式中、m”は1、2又は3;繰り返し単位の環は、窒素を有する6員複素芳香環である。]
で示されパラ位に結合手を有する基であり、且つ、構成するフェニレン基、R、及びRの総数が14個、16個、17個、19個又は20個であるカーボンナノリングの製造方法であって、
一般式(2):
【化15】


[式中、Rは同じか又は異なり、それぞれ水素原子又は水酸基の保護基;Rは同じか又は異なり、それぞれパラ位に結合手を有する2価の6員芳香環、一般式(5’):
【化16】


(式中、pは1、2又は3である。)
で示される基、又は一般式(8’):
【化17】


(式中、環は、窒素を有する6員複素芳香環である。)
で示されパラ位に結合手を有する基;は同じか又は異なり、それぞれパラ位に結合手を有する2価の6員芳香環、一般式(5’):
【化18】


(式中、pは1、2又は3である。)
で示される基、又は一般式(8’):
【化19】


(式中、環は、窒素を有する6員複素芳香環である。)
で示されパラ位に結合手を有する基;は同じか又は異なり、それぞれ1以上の整数;は同じか又は異なり、それぞれ0以上の整数である。]
で示され
-(R-の少なくとも1つが、一般式(5):
【化20】


[式中、n’は1又は2;pは1、2又は3である。]
で示される基であるか、-(R-の少なくとも1つが、一般式(8):
【化21】


[式中、m”は1、2又は3;繰り返し単位の環は、窒素を有する6員複素芳香環である。]
で示されパラ位に結合手を有する基であり、且つ、構成するシクロヘキサン環部、フェニレン基、R、及びRの総数が14個、16個、17個、19個又は20個である輪状化合物が有するシクロヘキサン環部をベンゼン環に変換する変換工程
を備える、方法。

【請求項3】
請求項2に記載の一般式(1)で示されるカーボンナノリングの製造方法であって、
前記変換工程の前に、
一般式(3):
【化22】


[式中、Xは同じか又は異なり、それぞれハロゲン原子;Rは同じか又は異なり、それぞれ水素原子又は水酸基の保護基;は同じか又は異なり、それぞれパラ位に結合手を有する2価の6員芳香環、一般式(5’):
【化23】


(式中、pは1、2又は3である。)
で示される基、又は一般式(8’):
【化24】


(式中、環は、窒素を有する6員複素芳香環である。)
で示されパラ位に結合手を有する基;は同じか又は異なり、それぞれパラ位に結合手を有する2価の6員芳香環、一般式(5’):
【化25】


(式中、pは1、2又は3である。)
で示される基、又は一般式(8’):
【化26】


(式中、環は、窒素を有する6員複素芳香環である。)
で示されパラ位に結合手を有する基;は1以上の整数;は同じか又は異なり、それぞれ0以上の整数である。]
で示される化合物と、一般式(4):
【化27】


[式中、Yは同じか又は異なり、それぞれ一般式(9):
【化28】


(式中、Rは同じか又は異なり、それぞれ水素原子又は炭素数1~10のアルキル基であり、Rが炭素数1~10のアルキル基である場合は互いに結合して、隣接する-O-B-O-とともに環を形成してもよい。)
で示される基;Rは同じか又は異なり、それぞれ水素原子又は水酸基の保護基;は同じか又は異なり、それぞれパラ位に結合手を有する2価の6員芳香環、一般式(5’):
【化29】


(式中、pは1、2又は3である。)
で示される基、又は一般式(8’):
【化30】


(式中、環は、窒素を有する6員複素芳香環である。)
で示されパラ位に結合手を有する基;nは1以上の整数である。]
で示される化合物とをカップリング反応させて、一般式(2)で示される輪状化合物を形成するカップリング工程
を備える、方法。

【請求項4】
一般式(1):
【化31】


[式中、Rは同じか又は異なり、それぞれパラ位に結合手を有する2価の6員芳香環、一般式(5’):
【化32】


(式中、pは1、2又は3である。)
で示される基、又は一般式(8’):
【化33】


(式中、環は、窒素を有する6員複素芳香環である。)
で示されパラ位に結合手を有する基;Rは同じか又は異なり、それぞれパラ位に結合手を有する2価の6員芳香環、一般式(5’):
【化34】


(式中、pは1、2又は3である。)
で示される基、又は一般式(8’):
【化35】


(式中、環は、窒素を有する6員複素芳香環である。)
で示されパラ位に結合手を有する基;nは同じか又は異なり、それぞれ1以上の整数;mは同じか又は異なり、それぞれ0以上の整数である。]
で示され、
-(R-の少なくとも1つが、一般式(5):
【化36】


[式中、n’は1又は2;pは1、2又は3である。]
で示される基であるか、-(R-の少なくとも1つが、一般式(8):
【化37】


[式中、m”は1、2又は3;繰り返し単位の環は、窒素を有する6員複素芳香環である。]
で示されパラ位に結合手を有する基であり、且つ、構成するフェニレン基、R、及びRの総数が14個、16個、17個、19個又は20個であるカーボンナノリング。

【請求項5】
-(R-が同じか又は異なり、それぞれ一般式(5):
【化38】


[式中、n’は1又は2;pは1、2又は3である。]
で示される、請求項4に記載のカーボンナノリング。

【請求項6】
-(R-が同じか又は異なり、それぞれ一般式(8):
【化39】


[式中、m”は1、2又は3;繰り返し単位の環は、窒素を有する6員複素芳香環である。]
で示されパラ位に結合手を有する基である、請求項4又は5に記載のカーボンナノリング。

【請求項7】
nがいずれも1又は2であり、且つ、mがいずれも0~3の整数である、請求項4~のいずれかに記載のカーボンナノリング。

【請求項8】
一般式(2):
【化40】


[式中、Rは同じか又は異なり、それぞれ水素原子又は水酸基の保護基;Rは同じか又は異なり、それぞれパラ位に結合手を有する2価の6員芳香環、一般式(5’):
【化41】


(式中、pは1、2又は3である。)
で示される基、又は一般式(8’):
【化42】


(式中、環は、窒素を有する6員複素芳香環である。)
で示されパラ位に結合手を有する基;Rは同じか又は異なり、それぞれパラ位に結合手を有する2価の6員芳香環、一般式(5’):
【化43】


(式中、pは1、2又は3である。)
で示される基、又は一般式(8’):
【化44】


(式中、環は、窒素を有する6員複素芳香環である。)
で示されパラ位に結合手を有する基;nは同じか又は異なり、それぞれ1以上の整数;mは同じか又は異なり、それぞれ0以上の整数である。]
で示され
-(R-の少なくとも1つが、一般式(5):
【化45】


[式中、n’は1又は2;pは1、2又は3である。]
で示される基であるか、-(R-の少なくとも1つが、一般式(8):
【化46】


[式中、m”は1、2又は3;繰り返し単位の環は、窒素を有する6員複素芳香環である。]
で示されパラ位に結合手を有する基であり、且つ、構成するシクロヘキサン環部、フェニレン基、R、及びRの総数が14個、16個、17個、19個又は20個である輪状化合物の製造方法であって、一般式(3):
【化47】


[式中、Xは同じか又は異なり、それぞれハロゲン原子;Rは同じか又は異なり、それぞれ水素原子又は水酸基の保護基;は同じか又は異なり、それぞれパラ位に結合手を有する2価の6員芳香環、一般式(5’):
【化48】


(式中、pは1、2又は3である。)
で示される基、又は一般式(8’):
【化49】


(式中、環は、窒素を有する6員複素芳香環である。)
で示されパラ位に結合手を有する基;は同じか又は異なり、それぞれパラ位に結合手を有する2価の6員芳香環、一般式(5’):
【化50】


(式中、pは1、2又は3である。)
で示される基、又は一般式(8’):
【化51】


(式中、環は、窒素を有する6員複素芳香環である。)
で示されパラ位に結合手を有する基;は1以上の整数;は同じか又は異なり、それぞれ0以上の整数である。]
で示される化合物と、一般式(4):
【化52】


[式中、Yは同じか又は異なり、それぞれ一般式(9):
【化53】


(式中、Rは同じか又は異なり、それぞれ水素原子又は炭素数1~10のアルキル基であり、Rが炭素数1~10のアルキル基である場合は互いに結合して、隣接する-O-B-O-とともに環を形成してもよい。)
で示される基;Rは同じか又は異なり、それぞれ水素原子又は水酸基の保護基;は同じか又は異なり、それぞれパラ位に結合手を有する2価の6員芳香環、一般式(5’):
【化54】


(式中、pは1、2又は3である。)
で示される基、又は一般式(8’):
【化55】


(式中、環は、窒素を有する6員複素芳香環である。)
で示されパラ位に結合手を有する基;nは1以上の整数である。]
で示される化合物とをカップリング反応させて、一般式(2)で示される輪状化合物を形成するカップリング工程を備える、方法。

【請求項9】
一般式(3):
【化56】


[式中、Xは同じか又は異なり、それぞれハロゲン原子;Rは同じか又は異なり、それぞれ水素原子又は水酸基の保護基;Rはそれぞれパラ位に結合手を有する2価の6員芳香環、一般式(5’):
【化57】


(式中、pは1、2又は3である。)
で示される基、又は一般式(8’):
【化58】


(式中、環は、窒素を有する6員複素芳香環である。)
で示されパラ位に結合手を有する基;Rは同じか又は異なり、それぞれパラ位に結合手を有する2価の6員芳香環、一般式(5’):
【化59】


(式中、pは1、2又は3である。)
で示される基、又は一般式(8’):
【化60】


(式中、環は、窒素を有する6員複素芳香環である。)
で示されパラ位に結合手を有する基;nは1以上の整数;mは同じか又は異なり、それぞれ0以上の整数である。]
で示され
-(R-が、一般式(5):
【化61】


[式中、n’は1又は2;pは1、2又は3である。]
で示される基であるか、-(R-の少なくとも1つが、一般式(8):
【化62】


[式中、m”は1、2又は3;繰り返し単位の環は、窒素を有する6員複素芳香環である。]
で示されパラ位に結合手を有する基である、化合物。

【請求項10】
一般式(3):
【化63】


[式中、Xは同じか又は異なり、それぞれハロゲン原子;Rは同じか又は異なり、それぞれ水素原子又は水酸基の保護基;-(R-は、一般式(5):
【化64】


[式中、n’は1又は2;pは1、2又は3である。]
で示される基;mはである。]
で示され化合物の製造方法であって、下記一般式(10):
【化65】


[式中、Xは同じか又は異なり、それぞれハロゲン原子;同じか又は異なり、それぞれ水素原子又は水酸基の保護基である。]
で示される化合物(10)と、下記一般式(11):
【化66】


[式中、Rは同じか又は異なり、一般式(5’):
【化67】


(式中、pは1、2又は3である。)
で示される基;nは1又は2;Yは同じか又は異なり、それぞれ一般式(9):
【化68】


(式中、Rは同じか又は異なり、それぞれ水素原子又は炭素数1~10のアルキル基であり、Rが炭素数1~10のアルキル基である場合は互いに結合して、隣接する-O-B-O-とともに環を形成してもよい。)
で示される基である。]
で示される化合物(11)とを含む原料を、パラジウム系触媒の存在下に反応させる反応工程を備える、方法。

【請求項11】
一般式(1):
【化69】


[式中、Rは同じか又は異なり、それぞれパラ位に結合手を有する2価の6員芳香環、一般式(5’):
【化70】


(式中、pは1、2又は3である。)
で示される基、又は一般式(8’):
【化71】


(式中、環は、窒素を有する6員複素芳香環である。)
で示されパラ位に結合手を有する基;Rは同じか又は異なり、それぞれパラ位に結合手を有する2価の6員芳香環、一般式(5’):
【化72】


(式中、pは1、2又は3である。)
で示される基、又は一般式(8’):
【化73】


(式中、環は、窒素を有する6員複素芳香環である。)
で示されパラ位に結合手を有する基;nは同じか又は異なり、それぞれ1以上の整数;mは同じか又は異なり、それぞれ0以上の整数である。]
で示され、且つ、少なくとも1つの-(R-が、一般式(5):
【化74】


[式中、n’は1又は2;pは1、2又は3である。]
で示され、且つ、構成するフェニレン基、R、及びRの総数が14個、16個、17個、19個又は20個であるカーボンナノリング。

【請求項12】
一般式(1):
【化75】


[式中、Rは同じか又は異なり、それぞれパラ位に結合手を有する2価の6員芳香環、一般式(5’):
【化76】


(式中、pは1、2又は3である。)
で示される基、又は一般式(8’):
【化77】


(式中、環は、窒素を有する6員複素芳香環である。)
で示されパラ位に結合手を有する基;Rは同じか又は異なり、それぞれパラ位に結合手を有する2価の6員芳香環、一般式(5’):
【化78】


(式中、pは1、2又は3である。)
で示される基、又は一般式(8’):
【化79】


(式中、環は、窒素を有する6員複素芳香環である。)
で示されパラ位に結合手を有する基;nは同じか又は異なり、それぞれ1以上の整数;mは同じか又は異なり、それぞれ0以上の整数である。]
で示され、且つ、少なくとも1つの-(R-が、一般式(8):
【化80】


[式中、m”は1、2又は3;繰り返し単位の環は、窒素を有する6員複素芳香環である。]
で示され、パラ位に結合手を有する基であり、且つ、構成するフェニレン基、R、及びRの総数が14個、16個、17個、19個又は20個であるカーボンナノリング。
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