日本ゼオライト学会 刊行物 Publication of Japan Zeolite Association

ISSN: 0918–7774
一般社団法人日本ゼオライト学会 Japan Zeolite Association
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Zeolite 35(4): 139-144 (2018)
doi:10.20731/zeoraito.35.4.139

解説解説

オルトケイ酸の結晶化と構造解析Orthosilicic Acid and Its Oligomers: Elucidation of the Basic Unit Structure of Zeolite and Glass

産業技術総合研究所 触媒化学融合研究センターInterdisciplinary Research Center for Catalytic Chemistry, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) ◇ 〒305–8565 つくば市東1–1–1 ◇ 1–1–1 Higashi, Tsukuba, Ibaraki 305–8565, Japan

受理日:2018年8月15日Accepted: August 15, 2018
発行日:2018年10月15日Published: October 15, 2018
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無機ケイ素化合物(ガラス,シリカ,ゼオライト等)や有機ケイ素化合物(シリコーン等)の基本単位であるオルトケイ酸(Si(OH)4)は,テトラアルコキシシラン(Si(OR)4)や四塩化ケイ素(SiCl4)の加水分解工程において中間体として発生するが,極めて不安定であり単離された例は皆無である。これまでにない機能や高い性能を有するケイ素材料を製造するためには,“真の前駆体”であるオルトケイ酸を単離し,それを用いた構造制御技術の開発が不可欠である。そこで,オルトケイ酸の安定な合成と単離を検討した。

水が存在しなければオルトケイ酸は安定ではないかと考え,有機合成で用いられる触媒反応を無機化合物であるオルトケイ酸に適用することを考えた。Pd/C触媒存在下,ベンジル保護基を有するケイ素化合物を水素化分解することで,オルトケイ酸を無水条件によって安定に合成し,粉体化することに成功した。さらに,X線結晶構造解析により,その構造を明らかにした。同様の反応によりオルトケイ酸の2量体,環状3量体,環状4量体の合成に成功し,X線結晶構造解析によってそれらの構造を明らかにした。

Orthosilicic acid, Si(OH)4, and its small condensation compounds are among the most important silicon compounds. These compounds have long been known, but have never been isolated due to their instability. They would be highly useful compounds for advanced materials synthesis if they become available at high purity. We succeeded in developing a simple procedure to selectively synthesize orthosilicic acid, its dimer (disilicic acid), cyclic trimer, and tetramer by the hydrogenolysis reaction of benzyloxysilanes, as well as appropriate conditions to stabilize these species in organic solvents. Isolation of orthosilicic acid, dimer and the cyclic tetramer as hydrogen-bonded crystals with tetrabutylammonium halides (nBu4NX, X=Cl, Br) and of the cyclic trimer as solvent-containing crystals was achieved. The solid-state structures of these compounds were unambiguously clarified by single crystal X-ray diffraction analysis. The results make the family of silicic acid compounds available as building blocks for material synthesis.

キーワード:オルトケイ酸;オリゴマー;単離;X線結晶構造解析;分子構造;触媒反応

Key words: Orthosilicic Acid; Oligomer; Isolation; X-ray diffraction analysis; Molecular structure; Catalytic reaction

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