1 東京大学大学院工学系研究科化学システム工学専攻Department of Chemical System Engineering, University of Tokyo ◇ 〒113-8656 東京都文京区本郷7-3-1
2 東京工業大学資源化学研究所触媒化学部門Catalytic Chemistry Division, Chemical Resources Laboratory, Tokyo Institute of Technology
メソポーラスシリカの合成に関して，カチオン性界面活性剤，非イオン性界面活性剤あるいは長鎖アルキルアミンを用いて，これらの分子とシリカ種との協奏的相互作用，自己組織化によりメソ構造を形成するルートが確立されている。しかしながら，アニオン性界面活性剤を用いた合成ルートは報告されていなかった。この原因として，酸性下では，アニオン性界面活性剤は水に難溶性の酸型に変換してしまう，中性～塩基性下では，シリカ種はケイ酸アニオンとして存在しているため，負に帯電している界面活性剤の頭部と静電的な反発を受け，安定なミセル-シリカ複合体を形成することができない等が考えられる。塩基性条件下において，負に帯電した界面活性剤頭部と同じく負に帯電したシリカ種をいかに相互作用させるかという観点から研究を進めてきた結果，世界で初めてアニオン性界面活性剤を用いたメソポーラスシリカ”AMS”（Anionic surfactant templated Mesoporous Silica）の合成に成功した。一級アミンである3-アミノプロピルトリメトキシシラン（APS），或いは四級アンモニウム塩であるN-トリメトキシシリルプロピル-N,N,N-トリメチルアンモニウムクロライド（TMAPS）と一般的なシリカ源であるオルトケイ酸テトラエチル（TEOS）の混合物をシリカ源として使用し，塩基性下（pH=～10）で合成することが成功の鍵であった。また，キラルなα炭素を有するアミノ酸系アニオン性界面活性剤を用いることで，メソ構造は2d-hexagonalであるが，らせん状にねじれた形態を示し，内部にキラルなメソ細孔を有するシリカの合成に成功した。
The first synthesis of the anionic surfactant templated mesoporous silica (AMS) was achieved. The use of anionic surfactant as a structure-directing agent (SDA) for the formation of the mesostructured silica-micelle composite has been designated as the "S-N+～I− pathway" that is promoted by utilization of an organoalkoxysilane containing an amino group such as 3-aminopropyltriethoxysilane (APS). Since the dissociation constant pKa of the amino group in the conjugate acid of APS is about 10.6 at 298 K, considerable number of amino groups is protonated and so can interact with the anionic surfactant head group, if pH is below about 10. In this case, APS works as a part of SDA. Therefore, we named APS "co-structure directing agent (CSDA)". Recently, we succeeded in synthesizing chiral mesoporous materials by using N-acyl-L-alanine sodium salt as a chiral anionic surfactant with an aminosilane or a quaternized aminosilane as a co-structure-directing agent. The materials show a twisted hexagonal rod-like morphology with a diameter of 130～180 nm and a length of 1～6 µm. They have one-dimensional chiral channels with a diameter of 2.2 nm and a 2d-hexagonal lattice parameter of 4.4 nm; the existence of a chiral channel in the materials was confirmed by transmission electron microscopy (TEM). The macroscopic morphology of chiral mesoporous materials was very sensitive to the synthetic parameters, e.g. temperature and agitation period. Elucidation of the formation mechanism of chiral mesoporous silica as well as the control of macroscopic morphology and handedness of the helix are underway.
Key words: mesoporous silica; anionic surfactant; chiral mesopores
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