新規なクラウンエーテル高分子の開発と、そのリチウムイオン分離への応用

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さまざまなクラウンエーテルのうち、環構造中にエーテル酸素を4つ持つクラウン-4類は、リチウムイオン、ナトリウムイオンと選択的に安定な錯体を形成するが、その環内の1個の酸素原子の代わりに窒素原子を持つ12員環のモノアザ-12-クラウン-4も同様にリチウムイオンと選択的に錯体を生成することが知られている。本研究で選んだモノアザクラウンエーテル誘導体は環内に窒素原子を持つため、この部分にH^+が付加すると金属イオンとの錯形成能が著しく低下することが予想され、溶液のpHを調節することで金属イオンの吸脱着を制御することが可能である。即ち、ここで合成するクラウン化樹脂を充填したオープンカラムに、このクラウンユニットの窒素原子部分にH^+が付加しないpHの含金属イオン水溶液を流すことでリチウムイオンを吸着させ、その後、窒素原子にH^+が付加するpH以下の水溶液(低濃度の塩酸水溶液など)を流すことで吸着されたリチウムイオンを脱着システムが考えられる。この系ではモノアザクラウンエ-テン部分の窒素原子のH^+の付加し易さが金属イオンの吸脱着に用いる溶液のpHを決定するが、N,N-ジメチルアニリンのpK_aが5.15であることから、本研究で用いるクラウンエーテル誘導体も中性付近ではプロトン付加しておらず、リチウムイオンと錯形成し得るものと思われる。本年度はこの樹脂の合成を試みた。即ち、予め入手したイオン交換樹脂の前駆体であるクロロメチル化スチレン-ジビニールベンゼン共重合体にヒドロキシメチル化クラウンエーテルを反応させて目的物を得るために、そのクラウンエーテル誘導体の合成を段階的に行い、最終的にクラウン化スチレン-ジビニールベンゼン共重合体樹脂を得るに至った。