Development of property of selective recognition and uptake for nonionic organic compounds by organic-modified inorganic layered compounds

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26281036
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 亀田 知人 東北大学, 工学研究科, 准教授 (60333895)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: モンモリロナイト / 有機修飾 / 芳香族化合物 / 選択的捕捉 / π-πスタッキング相互作用

Outline of Annual Research Achievements

芳香環同士に働く相互作用を利用して、モンモリロナイト（MMT）層間に種々の芳香族カチオンをインターカレートした有機修飾MMTによる、水溶液中の芳香族化合物の選択的捕捉について検討した。

捕捉対象とする芳香族有機化合物として、1,3－ジニトロベンゼン(DNB)、1,3－ジメトキシベンゼン(DMB)を用いた。芳香環の電子密度は、DMB＞DNBの順に大きい。捕捉対象物質を単一で含む0.1 mM溶液20mlに、(各有機修飾MMTのモル数)/(溶液中の各捕捉対象物質のモル数) =50となるよう有機修飾MMT（TPP50-MMT、AmylTPP50-MMT）を投入した。 20℃で4時間振とうし、固液分離後、ろ液をHPLCにより分析した。

各有機修飾MMTにおいて、捕捉率はDMB＞DNBとなった。これは、各芳香族カチオンの電子密度の小さい芳香環と、DMBの電子密度の大きい芳香環によるπ-πスタッキング相互作用による捕捉が生じたことを示唆している。TPP50-MMTとAmylTPP50-MMTによる捕捉機構の違いを明らかにするため、熱力学的解析を行った。TPP50-MMTによるDMBの吸着において、DMBとTPP間では層間内で強いπ-πスタッキング相互作用が生じ、TPPに水和された束縛された水分子を追い出すためΔS > 0となり、吸着のΔG|数10 kJ/mol| 程度を満たすようΔH > 0の吸熱反応が生じる。AmylTPP50- MMTでは、ΔH = 27 kJ/molとTPP50-MMTの10 kJ/molより吸着エネルギーΔHは大きくなった。AmylTPP-MMTがTPP-MMTと比較し芳香環がペンチル基に置き換わっていることから、MMT層間内の立体障害が減少し、DMBとの接近性が高まり、AmylTPPの芳香環(+)とDMBの芳香環(-)が強く相互作用したことを示唆している。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。