Diversity of Porous Coordination Polymers and Development of Synthetic Methods

Abstract

複数の構成成分からなる金属錯体の合成では、同じ反 応物を用いても合成条件や合成プロセスにより様々な反 応中間体が存在しうるため、反応系（環境）によって生 物多様性さながらに様々な化合物が生み出される。金属 錯体の多様な構造は、多彩な機能・物性の源泉であり、 合成困難な化合物の単離や発現困難な機能や物性への要 求により、新しい合成法が開発され、分子設計、合成戦 略および合成技術が深化してきた。現在、金属錯体の研 究は単一の化合物の設計・合成と機能から、複数の機能 性分子を機能階層的に集積させたマルチファンクション あるいはマルチタスクシステムへと発展している。こ のような複雑な分子システムへの展開においても、金属 錯体の設計と合成は基盤であり、益々その重要度を増 す。本レビューでは、この２０年余りで多様な新種、亜 種が生み出され、百花繚乱の様相を呈している配位高 分子 (Coordination Polymers) の中でも、特に多様な構造 と機能を有する多孔性配位高分子 (Porous Coordination Polymers: PCPs) に関して、その多様性を生み出し、か つ制御する合成法に着目して紹介する。 金属イオンを架橋配位子で連結した無限構造を有する 配位高分子は、 古くから注目されてきた化合物群である。 配位高分子は、架橋配位子の結合方向や金属イオンの幾 何構造の組み合わせにより、多様な構造を構築可能であ り、その構造と磁性 1,2) や伝導性 3) などの物性の相関が 研究されてきた。その中でも、Prussian blue や Hofmann 型の配位高分子は、構造内部に空隙を有しており、可 逆的な溶媒分子の包接挙動を示すことが知られていた 4) 。1990 年代後半になって、規則的な細孔構造の合理的 構築と分子吸着特性に注目した研究が活性化した。こ れらの化合物は、多孔性配位高分子 (PCPs または Metal-organic Frameworks: MOFs) と呼ばれ、現在では化学の一 研究分野を築くに至っている 5−7) 。PCPs は設計性の高い 柔軟な骨格構造を有するため、ゼオライトや活性炭とい った従来の多孔性材料では発現し得なかった特性を示 し、第三の多孔性材料としてガス分離、貯蔵などの多孔 性機能が研究されている。一般に、PCPs はゼオライト と同様の結晶性の骨格構造を有し、ゲスト分子の吸脱着 Since the discovery of the fascinating structures and properties of porous coordination polymers (PCPs), also known as metal-organic frameworks (MOFs), the designing skills and synthetic methods for their functional frameworks have been developed extensively. PCPs have highly regular porous structure, and their functions are tunable by modifying the framework and pore surface. Enormous efforts have been spent for preparing pure and well-designed PCPs to deliver and improve the objective properties. Due to their structures consist of multiple inorganic and organic components, quasi-stable byproducts or isomers are often obtained depending on synthetic conditions. Many synthetic techniques have been transferred from other research areas, which produced diversity of PCPsʼ structures and functions. In this review, we introduce various methods for the preparation of PCPs, one-pot reaction, stepwise integration, solvothermal reaction, microwave-assisted reaction, post-synthesis modification, mechanochemical reaction and so on, with key factors for optimizing reaction parameters of selective synthesis. Comprehension of the synthetic strategies and methods would contribute to develop new functional PCPs. 連絡先著者名 : 大場 正昭 連絡先 : 812