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タイトル:公表特許公報(A)_フマル酸アルミニウムに基づく多孔質金属有機骨格体の製造方法
出願番号:2013530823
年次:2013
IPC分類:C07F 5/06,C07C 51/41,C07C 57/15


特許情報キャッシュ

梁 恵美 ミュラー,ウルリッヒ トゥルクハン,ナターリア マッテンハイマー,ヘンドリック コックス,ゲールハルト ブライ,シュテファン JP 2013545722 公表特許公報(A) 20131226 2013530823 20110906 フマル酸アルミニウムに基づく多孔質金属有機骨格体の製造方法 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア 508020155 BASF SE 江藤 聡明 100100354 梁 恵美 ミュラー,ウルリッヒ トゥルクハン,ナターリア マッテンハイマー,ヘンドリック コックス,ゲールハルト ブライ,シュテファン EP 10183283.0 20100930 C07F 5/06 20060101AFI20131129BHJP C07C 51/41 20060101ALI20131129BHJP C07C 57/15 20060101ALI20131129BHJP JPC07F5/06 DC07C51/41C07C57/15 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG,KM,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,VC,VN,ZA IB2011053892 20110906 WO2012042410 20120405 19 20130522 4H006 4H048 4H006AA02 4H006AC90 4H006BB31 4H006BC10 4H006BC11 4H006BC19 4H006BC31 4H006BE10 4H048AA02 4H048AA03 4H048AB40 4H048AC47 4H048BB31 4H048BC10 4H048BC11 4H048BC19 4H048BC31 4H048BE10 4H048VA80 4H048VB10 本発明は、多孔質金属有機骨格体の製造方法に関する。 多孔質金属有機骨格体は先行技術において知られており、種々の用途のための有機ゼオライトの代替となり得る興味深い種類の材料を形成する。 そのような多孔質金属有機骨格体を製造するための多くの方法が開発されている。一般に、好適な溶媒中において超大気圧下且つ昇温下で金属塩がジカルボン酸等の少なくとも二座の有機化合物と反応する。 しかしながら、ここではしばしば困難が発生する。一つの問題として、金属塩を使用するために、金属有機骨格体の形成後に反応溶媒中に残留する金属カチオンに対する対イオン(硝酸等)がその骨格体から分離されなければならないということが生じ得る。 高い圧力と温度の使用は、多孔質金属有機骨格体製造用の製造装置に、その合成の際に厳しい要求を課する。通常、比較的小さな装置における回分合成のみが可能であり、記載されている。スケールアップは非常に複雑になることがわかっている。 さらなる困難は、その骨格体を製造するために用いられる金属及び有機化合物に応じて、反応条件を容易に持ち越すことができないことである。そのようなケースは、例えば、金属有機骨格体の金属成分が周期表の第二又は第三主族の主族金属である場合に生じる。ここで、金属成分が亜鉛又は銅等の遷移金属である類似した骨格体と比べて著しく異なる反応条件が、時々その製造のために採用される。 そのような多孔質金属骨格体であって、第二又は第三主族の主族金属を有することができ、また、その特性に関して上記類似の骨格体とは異なり、それゆえ、製造方法を変更した多孔質金属骨格体が、しばしば従来技術においてこの目的のために用いられる。 WO−A2007/023134には、主族金属に基づくそのような金属有機骨格体の製造が記載されている。ここでは、非水系溶媒中での製造が開示されている。提案された合成方法は利点をもたらすけれども、反応溶媒としての有機溶媒の使用は、特に、比較的多量の出発材料の反応のためには問題を含むままである。 WO−A2007/118841には、同様に有機溶媒中でのフマル酸アルミニウムに基づく骨格体の製造が記載されている。WO−A2007/023134WO−A2007/118841 健康及び環境的な理由のための有機溶媒の使用に関する問題は別として、先行技術に開示された方法は、工業的規模での製造のために、及びまた空時収量等の特性パラメータに関して不向きな傾向の条件を有する。 それゆえ、改良された方法、特に、工業的又は大規模の製造のために好適な方法が必要とされている。 それゆえ、そのような方法を提供することが本発明の目的である。 その目的は、少なくとも1種の金属イオンと配位した少なくとも1種の少なくとも二座の有機化合物を含む多孔質金属有機骨格体の製造方法であって、 前記少なくとも1種の金属イオンがアルミニウムイオンに基づいており、且つ少なくとも1種の少なくとも二座の有機化合物がフマル酸に基づいており、 アルカリ性水性媒体中で、すくなくとも1種のアルミニウム化合物を少なくともフマル酸と、任意に少なくとも1種の塩基の存在下において、0.2MPa(2bar)以下の絶対圧下、20〜100℃の範囲の温度で0.2〜4時間反応させる工程を含む製造方法によって達成される。 驚くべきことに、本発明に係る方法である上記特徴が付加される場合に高い空時収量が達成され得ることがわかった。ここで、特に驚くべきことは、得られるその骨格体が、実質的に定量的であるだけでなく、非常に優れた比表面積を伴って得られ得ることである。図1は、噴霧乾燥されていない例5(○の曲線)の骨格体及び噴霧乾燥された例6(■の曲線)の骨格体の粒径分布を示す図である。 本発明に係る方法により製造される多孔質金属有機骨格体は少なくとも1種の金属(アルミニウムイオンである)を含む。しかしながら、その多孔質金属有機骨格体中に1種以上の金属イオンを存在させることも同様に可能である。アルミニウム以外のこれらの1種以上の金属イオンは、その金属有機骨格体の細孔中に存在し得るか、あるいはその骨格体の格子の形成に関与し得る。後者の場合、少なくとも1種の少なくとも二座の有機化合物が、又はさらなる少なくとも二座の有機化合物が、同様にそのような金属イオンに結合するだろう。 ここでは、多孔質金属有機骨格体の一部として好適である全ての金属イオンが原則として可能である。1種以上の金属イオンが多孔質金属有機骨格体中に含まれる場合、これらは化学量論又は非化学量論的な量で存在し得る。もし配位部位がさらなる金属イオンで占有され、且つこれが上記金属イオンに対して非化学量論比で存在する場合、そのような多孔質金属有機骨格体はドープされた骨格体であると考えることができる。一般に、そのようなドープされた金属有機骨格体の製造はEP−A1785428に記載されている。本発明の目的のために、対応する本発明に係る製造が、これらの製造方法を用いて実施され得る。 多孔質金属有機骨格体は、好ましくは1種の金属イオンのみを有する。 さらに、多孔質金属有機骨格体は、本発明に係る方法に従った反応の後、金属塩の形態のさらなる金属により含浸され得る。その含浸を行う一つの方法が、EP−A1070538中に記載されている。 さらなる金属イオンがアルミニウムイオンに対して化学量論比で存在する場合、混合金属骨格体が存在する。ここで、そのさらなる金属イオンはその骨格体の形成に関与しても良く、あるいは関与しなくてもよい。 その骨格体は、好ましくは、アルミニウムイオン及び少なくとも1種の少なくとも二座の有機化合物のみから構成されている。 さらに、多孔質金属有機骨格体はフマル酸に基づく少なくとも1種の少なくとも二座の有機化合物を含む。 本発明の目的のために、「基づく」という用語は、フマル酸又はそのアニオンを、好ましくはそのアニオンのみを指している。 その金属有機骨格体はまた、1種以上のさらなる少なくとも二座の有機化合物を含む。 これらの1種以上のさらなる少なくとも二座の有機化合物は、好ましくはジカルボン酸、トリカルボン酸又はテトラカルボン酸から誘導される。他の少なくとも二座の有機化合物はまた、その骨格体の形成に関与し得る。しかしながら、少なくとも二座ではない有機化合物がその骨格体中に含まれることもまた同様に可能である。これらは、例えば、モノカルボン酸から誘導され得る。 本発明の目的のために、「誘導される」という用語は、ジカルボン酸、トリカルボン酸又はテトラカルボン酸がその骨格体中に部分的に脱プロトン化され、又は完全に脱プロトン化された形態で存在し得ることを意味する。さらに、ジカルボン酸、トリカルボン酸又はテトラカルボン酸は、1個の置換基又は独立した複数の置換基を含み得る。そのような置換基の例は、−OH、−NH2、−OCH3、−CH3、−NH(CH3)、−N(CH3)2、−CN及びハロゲンが挙げられる。さらに、本発明の目的のために使用されるような用語「誘導される」は、ジカルボン酸、トリカルボン酸又はテトラカルボン酸がまた対応する硫黄同族体の形態で存在し得ることを意味する。硫黄同族体は、1個以上のカルボン酸基の代わりに使用することができる官能基である−C(=O)SH及びその互変異性体及びC(=S)SHである。さらに、本発明の目的のために使用されるような用語「誘導される」は、1個以上のカルボン酸官能基がスルホン酸基(−SO3H)により置き換えることができることを意味する。さらに、同様に、スルホン酸基は、2、3又は4個のカルボン酸官能基に加えて存在し得る。 ジカルボン酸、トリカルボン酸又はテトラカルボン酸は、上記官能基に加えて、有機骨格又はこれらが結合する有機化合物を有する。ここで、上記官能基は、これらの官能基を有する有機化合物が骨格体製造用の配位結合を形成するために好適であることが保証される限り、原則として任意の有機化合物に結合可能である。 その有機化合物は、好ましくは、飽和又は不飽和の脂肪族化合物若しくは芳香族化合物から、又は脂肪族及び芳香族化合物の両方から誘導される。 脂肪族化合物を、又は脂肪族及び芳香族化合物の脂肪族部分を、直鎖状、分岐状及び/又は環状とすることができ、1個の化合物あたり複数の環とすることもまた可能である。脂肪族化合物は、又は脂肪族及び芳香族化合物の両方の脂肪族部分は、より好ましくは1〜18個、より好ましくは1〜14個、より好ましくは1〜13個、より好ましくは1〜12個、より好ましくは1〜11個、及び特に好ましくは1〜10個(1,2,3,4,5,6,7,8,9又は10個等)の炭素原子を含む。とりわけ、メタン、アダマンタン、アセチレン、エチレン又はブタジエンを用いることがここでは特に好ましい。 芳香族化合物は、又は脂肪族及び芳香族化合物の両方の芳香族部分は、2、3、4又は5環等、1以上の環を有することができ、その環は互いに分離して存在させることができ、及び/又は少なくとも2環を縮合した形で存在させることができる。芳香族化合物は、又は脂肪族及び芳香族化合物の両方の芳香族部分は、特に好ましくは、1、2又は3環を有するものであり、1又は2環であることが特に好ましい。前記化合物のそれぞれの環は独立して、N、O、S、B、P、Si等、好ましくはN、O及び/又はS等の少なくとも1個のヘテロ原子を含み得る。芳香族化合物、又は芳香族及び脂肪族化合物の両方の芳香族部分は、より好ましくは1又は2個のC6環を含み、2環が分離した、あるいは縮合した形態でそれぞれ存在する。芳香族化合物としては、特にベンゼン、ナフタレン、ビフェニル、ビピリジル及び/又はピリジルからなることを挙げることができる。 より好ましくは、少なくとも二座の有機化合物は、1〜18個、好ましくは1〜10個、及び特に6個の炭素原子を有し、且つ官能基として専ら2、3又は4個のカルボキシル基を有する脂肪族であるか、又は芳香族である、非環式又は環式の炭化水素である。 例えば、少なくとも二座の有機化合物は、シュウ酸、コハク酸、酒石酸、1,4−ブタンジカルボン酸、1,4−ブテンジカルボン酸、4−オキソピラン−2,6−ジカルボン酸、1,6−ヘキサンジカルボン酸、デカンジカルボン酸、1,8−ヘプタデカンジカルボン酸、1,9−ヘプタデカンジカルボン酸、ヘプタデカンジカルボン酸、アセチレンジカルボン酸、1,2−ベンゼンジカルボン酸、1,3−ベンゼンジカルボン酸、2,3−ピリジンジカルボン酸、ピリジン−2,3−ジカルボン酸、1,3−ブタジエン−1,4−ジカルボン酸、1,4−ベンゼンジカルボン酸、p−ベンゼンジカルボン酸、イミダゾール−2,4−ジカルボン酸、2−メチルキノリン−3,4−ジカルボン酸、キノリン−2,4−ジカルボン酸、キノキサリン−2,3−ジカルボン酸、6−クロロキノキサリン−2,3−ジカルボン酸、4,4’−ジアミノフェニルメタン−3,3’−ジカルボン酸、キノリン−3,4−ジカルボン酸、7−クロロ−4−ヒドロキシキノリン−2,8−ジカルボン酸、ジイミドジカルボン酸、ピリジン−2,6−ジカルボン酸、2−メチルイミダゾール−4,5−ジカルボン酸、チオフェン−3,4−ジカルボン酸、2−イソプロピルイミダゾール−4,5−ジカルボン酸、テトラヒドロピラン−4,4−ジカルボン酸、ぺリレン−3,9−ジカルボン酸、ぺリレンジカルボン酸、プルリオールE200−ジカルボン酸、3,6−ジオキサオクタンジカルボン酸、3,5−シクロヘキサジエン−1,2−ジカルボン酸、オクタンジカルボン酸、ペンタン−3,3−カルボン酸、4,4’−ジアミノ−1,1’−ビフェニル−3,3’−ジカルボン酸、4,4’−ジアミノビフェニル−3,3’−ジカルボン酸、ベンジジン−3,3’−ジカルボン酸、1,4−ビス(フェニルアミノ)ベンゼン−2,5−ジカルボン酸、1,1’−ビナフチルジカルボン酸、7−クロロ−8−メチルキノリン−2,3−ジカルボン酸、1−アニリノアントラキノン−2,4’−ジカルボン酸、ポリテトラヒドロフラン250−ジカルボン酸、1,4−ビス(カルボキシメチル)ピペラジン−2,3−ジカルボン酸、7−クロロキノリン−3,8−ジカルボン酸、1−(4−カルボキシ)フェニル−3−(4−クロロ)フェニルピラゾリン−4,5−ジカルボン酸、1,4,5,6,7,7−ヘキサクロロ−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸、フェニルインダンジカルボン酸、1,3−ジベンジル−2−オキソイミダゾリジン−4,5−ジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、ナフタレン−1,8−ジカルボン酸、2−ベンゾイルベンゼン−1,3−ジカルボン酸、1,3−ジベンジル−2−オキソイミダゾリジン−4,5−cis−ジカルボン酸、2,2’−ビキノリン−4,4’−ジカルボン酸、ピリジン−3,4−ジカルボン酸、3,6,9−トリオキサウンデカンジカルボン酸、ヒドロキシベンゾフェノンジカルボン酸、プルリオールE300−ジカルボン酸、プルリオールE400−ジカルボン酸、プルリオールE600−ジカルボン酸、ピラゾール−3,4−ジカルボン酸、2,3−ピラジンジカルボン酸、5,6−ジメチル−2,3−ピラジンジカルボン酸、ビス(4−アミノフェニル)エーテルジイミド−ジカルボン酸、4,4’−ジアミノジフェニルメタンジイミド−ジカルボン酸、ビス(4−アミノフェニル)スルホンジイミド−ジカルボン酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、1,3−アダマンタンジカルボン酸、1,8−ナフタレンジカルボン酸、2,3−ナフタレンジカルボン酸、8−メトキシ−2,3−ナフタレンジカルボン酸、8−ニトロ−2,3−ナフタレンジカルボン酸、8−スルホ−2,3−ナフタレンジカルボン酸、アントラセン−2,3−ジカルボン酸、2’,3’−ジフェニル−p−ターフェニル−4,4’’−ジカルボン酸、(ジフェニルエーテル)−4,4’−ジカルボン酸、イミダゾール−4,5−ジカルボン酸、4(1H)−オキソチオクロメン−2,8−ジカルボン酸、5−tert−ブチル−1,3−ベンゼンジカルボン酸、7,8−キノリンジカルボン酸、4,5−イミダゾールジカルボン酸、4−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸、ヘキサトリアコンタンジカルボン酸、テトラデカンジカルボン酸、1,7−ヘプタンジカルボン酸、5−ヒドロキシ−1,3−ベンゼンジカルボン酸、2,5−ジヒドロキシ−1,4−ベンゼンジカルボン酸、ピラジン−2,3−ジカルボン酸、フラン−2,5−ジカルボン酸、1−ノネン−6,9−ジカルボン酸、エイコセンジカルボン酸、4,4’−ジヒドロキシ−ジフェニルメタン−3,3’−ジカルボン酸、1−アミノ−4−メチル−9,10−ジオキソ−9,10−ジヒドロアントラセン−2,3−ジカルボン酸、2,5−ピリジンジカルボン酸、シクロヘキセン−2,3−ジカルボン酸、2,9−ジクロロフルオルビン−4,11−ジカルボン酸、7−クロロ−3−メチルキノリン−6,8−ジカルボン酸、2,4−ジクロロベンゾフェノン−2’,5’−ジカルボン酸、1,3−ベンゼンジカルボン酸、2,6−ピリジンジカルボン酸、1−メチルピロール−3,4−ジカルボン酸、1−ベンジル−1H−ピロール−3,4−ジカルボン酸、アントラキノン−1,5−ジカルボン酸、3,5−ピラゾールジカルボン酸、2−ニトロベンゼン−1,4−ジカルボン酸、ヘプタン−1,7−ジカルボン酸、シクロブタン−1,1−ジカルボン酸、1,14−テトラデカンジカルボン酸、5,6−デヒドロノルボルナン−2,3−ジカルボン酸、5−エチル−2,3−ピリジンジカルボン酸又はカンファージカルボン酸等のジカルボン酸から誘導される。 少なくとも二座の有機化合物は、さらに好ましくは上記例として挙げられるようなジカルボン酸の1種である。 例えば、少なくとも二座の有機化合物は、2−ヒドロキシ−1,2,3−プロパントリカルボン酸、7−クロロ−2,3,8−キノリントリカルボン酸、1,2,3−,1,2,4−ベンゼントリカルボン酸、1,2,4−ブタントリカルボン酸、2−ホスホノ−1,2,4−ブタントリカルボン酸、1,3,5−ベンゼントリカルボン酸、1−ヒドロキシ−1,2,3−プロパントリカルボン酸、4,5−ジヒドロキシ−4,5−ジオキソ−1H−ピロロ[2,3−F]キノリン−2,7,9−トリカルボン酸、5−アセチル−3−アミノ−6−メチルベンゼン−1,2,4−トリカルボン酸、3−アミノ−5−ベンゾイル−6−メチルベンゼン−1,2,4−トリカルボン酸、1,2,3−プロパントリカルボン酸又はアウリントリカルボン酸等のトリカルボン酸から誘導され得る。 少なくとも二座の有機化合物は、さらに好ましくは上記例として挙げられるようなトリカルボン酸の1種である。 テトラカルボン酸から誘導される少なくとも二座の有機化合物の例は、1,1−ジオキシドペリルオ(Dioxidoperylo)[1,12−BCD]チオフェン−3,4,9,10−テトラカルボン酸、ぺリレン−3,4,9,10−テトラカルボン酸又は(ぺリレン−1,12−スルホン)−3,4,9,10−テトラカルボン酸等のぺリレンテトラカルボン酸、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸又はメソ−1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸等のブタンテトラカルボン酸、デカン−2,4,6,8−テトラカルボン酸、1,4,7,10,13,16−ヘキサオクサクシロオクタデカン−2,3,11,12−テトラカルボン酸、1,2,4,5−ベンゼンテトラカルボン酸、1,2,11,12−ドデカンテトラカルボン酸、1,2,5,6−ヘキサンテトラカルボン酸、1,2,7,8−オクタンテトラカルボン酸、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸、1,2,9,10−デカンテトラカルボン酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、テトラヒドロフランテトラカルボン酸、又はシクロペンタン−1,2,3,4−テトラカルボン酸等のシクロペンタンテトラカルボン酸である。 少なくとも二座の有機化合物は、さらに好ましくは上記例として挙げられるようなテトラカルボン酸の1種である。 任意に、1、2、3、4以上の環を有し、その環のそれぞれが少なくとも1個のヘテロ原子を含むことができ、その場合に2以上の環が同一の、又は異なるヘテロ原子を含み得る少なくとも一置換の芳香族ジカルボン酸、トリカルボン酸又はテトラカルボン酸を用いることが特に非常に好ましい。例えば、単環式ジカルボン酸、単環式トリカルボン酸、単環式テトラカルボン酸、二環式ジカルボン酸、二環式トリカルボン酸、二環式テトラカルボン酸、三環式ジカルボン酸、三環式トリカルボン酸、三環式テトラカルボン酸、四環式ジカルボン酸、四環式トリカルボン酸及び/又は四環式テトラカルボン酸を用いることが好ましい。好適なヘテロ原子は、例えば、N、O、S、B、Pであり、好ましいヘテロ原子はN、S及び/又はOである。ここで、好適な置換基は、とりわけ、−OH、ニトロ基、アミノ基、又はアルキル若しくはアルコキシル基である。 アセチレンジカルボン酸(ADC)、カンファージカルボン酸、フマル酸、コハク酸、ベンゼンジカルボン酸、ナフタレンジカルボン酸、4,4’−ビフェニルジカルボン酸(BPDC)等のビフェニルジカルボン酸、2,5−ピラジンジカルボン酸等のピラジンジカルボン酸、2,2’−ビピリジンジカルボン酸(2,2’−ビピリジン−5,5’−ジカルボン酸等)等のビピリジンジカルボン酸、1,2,3−、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸又は1,3,5−ベンゼントリカルボン酸(BTC)等のベンゼントリカルボン酸、ベンゼンテトラカルボン酸、アダマンタンテトラカルボン酸(ATC)、アダマンタンジベンゾエート(ADB)、ベンゼントリベンゾエート(BTB)、メタンテトラベンゾエート(MTB)、アダマンタンテトラベンゾエート、又は2,5−ジヒドロキシテトラフタル酸(DHBDC)等のジヒドロキシテトラフタル酸が、少なくとも二座の有機化合物として特に好ましく用いられる。 とりわけ、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸、1,5−ナフタレンジカルボン酸、1,2,3−ベンゼントリカルボン酸、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸、1,3,5−ベンゼントリカルボン酸又は1,2,4,5−ベンゼンテトラカルボン酸を用いることが特に好ましい。 少なくとも二座の有機化合物とは別に、金属有機骨格体はまた、ジカルボン酸、トリカルボン酸又はテトラカルボン酸から誘導されない1以上の単座配位子及び/又は1以上の二座配位子を含み得る。 しかしながら、多孔質金属有機骨格体は、好ましくは1種の少なくとも二座の有機化合物(フマル酸)のみを有する。 フマル酸イオンが骨格体構造を形成するために配位結合するAl(III)イオンからなる多孔質金属有機骨格体が好ましい。そのような材料はWO−A2007/118841に記載されている。 本発明に係る方法により得られる金属有機骨格体は、細孔を、特に、ミクロ孔及び/又はメソ孔を含む。ミクロ孔は2nm以下の直径を有する孔として定義され、メソ孔は2〜50nmの範囲の直径によって定義され、それぞれ、Pure Applied Chem.57(1985年)、603−619頁に、特に、606頁に記載された定義に対応する。ミクロ孔及び/又はメソ孔の存在は、DIN 66131及び/又はDIN 66134に従って、77ケルビンでの窒素に対する金属有機骨格体の取り込み能力を決定する収着測定を用いて確認され得る。 ラングミュアモデル(DIN66131、66134)に従って計算された、粉末形態の金属有機骨格体の比表面積は、好ましくは800m2/gより、より好ましくは900m2/gより大きく、より好ましくは1000m2/gより大きく、さらにより好ましくは1100m2/gより大きい。 金属有機骨格体からなる成形体は、より小さい比表面積を有し得る。 金属有機骨格体は、粉末形態で、又は凝集体として存在し得る。その骨格体はそのまま用いられるか、又は成形体に変換され得る。金属有機骨格体からの成形体の製造は、例えば、WO−A03/102000中に記載されている。 少なくとも1種のアルミニウム化合物は、好ましくは無機塩であり、特にハロゲン化物、硫化物、酸素含有無機酸の塩であり、任意に、水和物又はそれらの混合物の形態をとる。 ハロゲン化物は、例えば、塩化物、臭化物又はヨウ化物である。 酸素含有無機酸は、例えば、硫酸、亜硝酸、リン酸又は硝酸である。 硫酸アルミニウム、特に、その18水和物又は14水和物の形態のものが特に好ましい。 少なくとも1種のアルミニウム化合物としては、アルカリ金属アルミン酸塩(例えば、NaAlO2)等のアルミン酸塩を用いることもまた可能である。これは塩基性を有するので、反応において塩基の存在を省略することができる。しかしながら、追加の塩基を用いることもまた可能である。 本発明に係る方法における反応は、塩基性反応を有する水性溶媒(水性媒体)の存在下で行われる。ここで、その水含量は、混合物が用いられる場合には、好ましくは50質量%より大きく、より好ましくは60質量%より大きく、さらにより好ましくは70質量%より大きく、さらにより好ましくは80質量%より大きく、さらにより好ましくは90質量%より大きく、さらにより好ましくは95質量%より大きく、さらにより好ましくは99質量%より大きい。特に、水性溶媒はもっぱら水で構成されている。 塩基性媒体(塩基性反応)は、その用語の一般的な意味に従って、pHが7よりも大きいことを意味する。 これは、例えば、塩基性水性媒体を製造するために十分な塩基性反応を有する使用される少なくとも1種のアルミニウム化合物によって達成され得る。加えて、或いは代わりに、すなわち、少なくとも1種のアルミニウム化合物が塩基性反応を有さないか、又は十分な塩基性反応を有さない場合、塩基が反応の際に用いられ得る。 その反応は一般に塩基の存在下で溶媒としての水中で実施される。これは、特に、特定の多塩基カルボン酸が少なくとも二座の有機化合物として使用される場合にこのカルボン酸が水中に十分に可溶であることを保証する。 アルカリ金属水酸化物又は複数の異なるアルカリ金属水酸化物混合物を塩基として用いることが好ましい。例えば、特に、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムが挙げられる。しかしながら、さらなる無機の水酸化物若しくは炭酸塩又はアミン等の有機塩基もまた考えられる。水酸化ナトリウムが特に好ましい。 反応は、0.2MPa(2bar)以下の圧力(絶対圧)で実施される。しかしながら、圧力は好ましくは0.123MPa(1230mbar)(絶対圧)以下である。特に、反応は大気圧下で実施される。しかしながら、僅かに超大気圧又は大気圧を下回る圧力が装置の結果として生じ得る。それゆえ、本発明の目的のために、用語“大気圧”は実際の実勢大気圧±0.015MPa(±150bar)により与えられる圧力範囲をいう。 反応は室温(20℃)で実施され得る。しかしながら、反応は室温を超える温度で行うことができる。いずれの場合にも、反応は、20℃〜100℃の範囲で実施される。40℃〜80℃の範囲が好ましい。50℃〜70℃の範囲が非常に好ましい。 さらに、反応混合物の混合とともに反応が実施されることが有利である。それゆえ、反応は攪拌とともに実施され得る。それは、スケールアップの場合にもまた有利である。より効果的な混合が反応中にポンプ循環によって実施され得る。これは、本発明に係る方法連続的な運転を可能にする。 高い空時収量を達成するために、反応は0.2時間〜4時間行われる。反応は好ましくは0.2時間〜2時間行われる。反応は、より好ましくは0.2時間〜1時間行われる。反応は、より好ましくは0.2時間〜0.5時間行われる。 これは、高い比表面積で3000kg/(m3*日)を超える空時収量が達成されることを可能とする。 反応に用いられるアルミニウム化合物の、使用されるフマル酸に対するモル比(アルミニウムに基づく)は、好ましくは0.66〜1.50の範囲である。0.75〜1.25の範囲が特に好ましく、0.9〜0.11がさらにより好ましい。モル比が1であることが特に好ましい。 反応に用いられるフマル酸の使用される塩基に対するモル比は、後者が用いられる場合、好ましくは0.25〜0.67の範囲である。0.25〜0.5の範囲であることが特に好ましく、0.3〜0.4であることがさらにより好ましい。モル比が0.33であることが特に好ましい。 反応に用いられるアルミニウム化合物と使用されるフマル酸の合計量の、用いられる水性媒体に対する質量割合は、好ましくは7質量%〜28質量%の範囲である。10質量%〜20質量%の範囲であることが特に好ましく、12質量%〜16質量%であることがさらにより好ましい。14質量%であることが特に好ましい。 反応後に得られる反応混合物は、好ましくは噴霧乾燥に付される。 噴霧乾燥により、改良された、すなわち、より狭い細孔分布を有する材料を得ることができる。 得られた多孔質金属有機骨格体は、焼成に供することができる。焼成は噴霧乾燥に代えて、又は噴霧乾燥に加えて実施することができる。 したがって、少なくとも1種の金属化合物を少なくとも1種の少なくとも二座の有機化合物と反応させる本方法に係る工程の後に、適宜に(好ましくは任意の噴霧乾燥工程の実施後の)焼成工程が続く。焼成(噴霧乾燥の有無にかかわらず)の温度設定は、一般に150℃より大きく、好ましくは200℃〜400℃であり、より好ましくは250℃〜400℃であり、さらにより好ましくは300℃〜400℃である。焼成工程により、細孔内に存在する少なくとも二座の有機化合物を取り除くことができる。 図1は、噴霧乾燥されていない例5(○の曲線)の骨格体及び噴霧乾燥された例6(■の曲線)の骨格体の粒径分布を示している。その曲線は、粒径x(μm)の関数としての累積粒径(%)を示している。 例1:Al−フマルレートMOFの合成(0.17時間、室温) 実験方法: ガラスビーカー中で、300gの水に硫酸アルミニウムを室温(“RT”)で溶解させた。この溶液にフマル酸、水酸化ナトリウム、及び360gの水からなる409gの溶液を10分間に亘って攪拌しながらポンプ注入した。白色の懸濁液が形成された。これをろ過し、その固形物を100mlの水で1回、及び50mlの水で3回洗浄した。ろ過ケーキを大気中で一晩100℃で乾燥させ、その後真空乾燥炉中で再び一晩130℃で乾燥させた。生成物質量:26.2g生成物の固形分濃度:3.4質量%空時収量:4742kg/m3/日Alに基づく収量:76モル%分析:ラングミュア法による表面積:723m2/g化学分析:Al:16.5質量% 例2:Al−フマレートMOF合成(0.17時間、60℃) 実験方法: ガラスビーカー中で、室温で300gの水に硫酸アルミニウムを溶解させ、60℃に加熱した。この溶液にフマル酸、水酸化ナトリウム、及び360gの水からなる409gの溶液(60℃)を10分間に亘って攪拌しながらポンプ注入した。白色の懸濁液が形成された。これをろ過し、その固形物を100mlの水で1回、及び50mlの水で3回洗浄した。ろ過ケーキを大気中で一晩100℃で乾燥させ、その後真空乾燥炉中で再び一晩130℃で乾燥させた。生成物質量:29.5g生成物の固形分濃度:3.8質量%空時収量:5339kg/m3/日Alに基づく収量:86モル%分析:ラングミュア法による表面積:1140m2/g化学分析:Al:16.6質量% 例3:Al−フマレートMOFの合成(0.27時間、60℃) 実験方法: ガラスビーカー中で、300gの水に硫酸アルミニウムを室温で溶解させ、60℃に加熱した。この溶液にフマル酸、水酸化ナトリウム、及び381.6gの水からなる434.1gの溶液(60℃)を16分間に亘って攪拌しながらポンプ注入した。白色の懸濁液が形成された。これをろ過し、その固形物を100mlの水で1回、及び50mlの水で3回洗浄した。ろ過ケーキを大気中で一晩100℃で乾燥させ、その後真空乾燥炉中で再び一晩130℃で乾燥させた。生成物質量:32.7g生成物の固形分濃度:4.1質量%空時収量:3615kg/m3/日Alに基づく収量:97.5モル%分析:ラングミュア法による表面積:1135m2/g化学分析:Al:16.9質量% 例4:Al−フマレートMOFの合成(0.5時間、60℃) 実験方法: ガラスビーカー中で、300gの水に硫酸アルミニウムを溶解させ、60℃に加熱した。この溶液にフマル酸、水酸化ナトリウム、及び361.7gの水からなる411.5gの溶液(60℃)を28分間に亘って攪拌しながらポンプ注入した。白色の懸濁液が形成された。これをろ過し、その固形物を100mlの水で1回、及び50mlの水で3回洗浄した。ろ過ケーキを大気中で一晩100℃で乾燥させ、その後真空オーブン中で再び一晩130℃で乾燥させた。生成物質量:33.08g生成物の固形分濃度:4.2質量%空時収量:2032kg/m3/日Alに基づく収量:98モル%分析:ラングミュア法による表面積:1113m2/g化学分析:Al:16.8質量% 例5:噴霧乾燥工程を伴わないAl−フマル酸MOF乾燥:出発質量:1061g;対流乾燥炉で100℃/72時間、その後真空乾燥炉で150℃/72時間生成物質量:470g;乾燥減量:55.7質量%分析:実験分析:Al 16.7質量%表面積:1294m2/g(ラングミュア法による)かさ密度:471g/l水銀圧入法:総侵入量=1.7544ml/g全細孔面積=217.924m2/g平均細孔径(4V/A)=0.0322μm 例6:噴霧乾燥工程を伴うAl−フマル酸MOF 噴霧乾燥: 例5の湿ったろ過ケーキを噴霧乾燥した。 噴霧乾燥を、スプレー塔として運転される円錐形の実験室流動床スプレードライヤー中で実施した。懸濁液を、二流体ノズルを用いて頂部から噴霧した。流動床を空で運転した(すなわち、形成された粉末は直ちに排出スクリュによって除去された)。スプレー塔を、流動化プレートを介して下から導入される乾燥ガスとして供給される窒素と向流で運転した。噴霧乾燥を、スプレー塔として運転される円錐形の実験室流動床スプレードライヤー中で実施した。懸濁液を二流体ノズルを用いて頂部から噴霧した。 噴霧した固形量:12.64kg 分析(真空乾燥炉中での150℃/72時間の予備活性化後)実験分析:Al 16.5質量%表面積:1333m2/g(ラングミュア法による)かさ密度:429g/l水銀圧入法:総侵入量=2.1009ml/g全細孔面積=244.049m2/g平均細孔径(4V/A)=0.0344μm 図1は、例5及び6の、噴霧乾燥されていない骨格体及び噴霧乾燥された骨格体の粒径分布を示している。狭い粒径分布が噴霧乾燥した材料に見出される。 少なくとも1種の金属イオンと配位した少なくとも1種の少なくとも二座の有機化合物を含む多孔質金属有機骨格体の製造方法であって、 前記少なくとも1種の金属イオンがアルミニウムイオンに基づいており、且つ前記少なくとも1種の少なくとも二座の有機化合物がフマル酸に基づいており、 少なくとも1種のアルミニウム化合物をアルカリ性水性媒体中で、任意に少なくとも1種の塩基の存在下で、20℃〜100℃の範囲の温度で、0.2MPa(2bar)以下の絶対圧下で、少なくともフマル酸と0.2〜4時間反応させる工程を含むことを特徴とする製造方法。 前記多孔質金属有機骨格体が、1種の金属イオンのみを有する請求項1に記載の製造方法。 前記多孔質金属有機骨格体が、1種の少なくとも二座の有機化合物のみを有する請求項1又は2に記載の製造方法。 前記少なくとも1種のアルミニウム化合物が無機塩である請求項1〜3の何れか1項に記載の製造方法。 前記水性媒体がもっぱら水からなる請求項1〜4の何れか1項に記載の製造方法。 前記反応を、塩基の存在下で実施する請求項1〜5の何れか1項に記載の製造方法。 前記塩基が、アルカリ金属水酸化物又は異なる複数のアルカリ金属水酸化物の混合物である請求項6に記載の製造方法。 前記温度が、40℃〜80℃の範囲である請求項1〜7の何れか1項に記載の製造方法。 前記反応を、大気圧下で実施する請求項1〜8の何れか1項に記載の製造方法。 前記反応を、0.2〜2時間実施する請求項1〜9の何れか1項に記載の製造方法。 前記反応に使用されるアルミニウム化合物の、使用されるフマル酸に対するモル比(アルミニウムに基づく)が、0.66〜1.50の範囲である請求項1〜10の何れか1項に記載の製造方法。 前記反応に使用されるフマル酸の、使用される塩基に対するモル比が、0.25〜0.67の範囲である請求項6〜11の何れか1項に記載の製造方法。 前記反応に使用されるアルミニウム化合物と使用されるフマル酸との合計量の、使用される水性媒体に対する質量割合が、7質量%〜28質量%の範囲である請求項1〜12の何れか1項に記載の製造方法。 前記反応後に得られた反応混合物を噴霧乾燥する請求項1〜13の何れか1項に記載の製造方法。 得られた前記多孔質金属有機骨格体を焼成する請求項1〜14に記載の製造方法。 本発明は、少なくとも1種の金属イオンが配位した少なくとも1種の少なくとも二座の有機化合物を含む多孔質金属有機骨格体の製造方法であって、 前記少なくとも1種の金属イオンがアルミニウムイオンに基づいており、且つ前記少なくとも1種の少なくとも二座の有機化合物がフマル酸に基づいており、 アルカリ水性媒体中で、任意に少なくとも1種の塩基の存在下で、20〜100℃の範囲の温度で、0.2MPa(2bar)以下の絶対圧で、少なくとも1種のアルミニウム化合物を少なくともフマル酸と0.2〜4時間反応させることによる製造方法に関する。【選択図】図1


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