(57)【要約】【課題】  安定した分子構造を持つ長鎖のベンゼン環の重合分子を生成する方法を提供する。【解決の手段】  「＝Ｏ＝ＣＨ＝ＮＨ＝」の重合構造を持つ補助有機分子（２５）に、水素結合によりベンゼン環を持つ分子「Ｃ６Ｈ５−」（２８）（３８）「Ｃ５ＮＨ４−」（２９）（３７）とエタン分子「Ｃ２Ｈ６」（９）を交互に結合させて、それらの分子＜（２８）（２９）（３７）（３８）および（９）＞を脱水素反応によってベンゼン環とベンゼン環の間に新らたなベンゼン環をつくり、ベンゼン環どうしを重合させていくことを特徴とする。【選択図】図２９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
「＝Ｏ＝ＣＨ＝ＮＨ＝」の重合構造を持つ補助有機分子（２５）に、「Ｃ６Ｈ５ＯＨ」分子（２８）＜又はＣ６Ｈ５ＮＨ２分子（３７）＞、「Ｃ２Ｈ６」分子（９）、「Ｃ５ＮＨ４ＮＨ２」分子（２９）＜又はＣ５ＮＨ４ＯＨ（３８）＞を分子間力による水素結合（３１）をさせて、ベンゼン環を持つ分子「Ｃ６Ｈ５ＯＨ」分子（２８）、「Ｃ６Ｈ５ＮＨ２」分子（３７）、「Ｃ５ＮＨ４ＮＨ２」分子（２９）、「Ｃ５ＮＨ４ＯＨ」分子（３８）と「Ｃ２Ｈ６」分子（９）を交互に並べ、それらの分子を脱水素反応によりベンゼン環とベンゼン環の間に新らたなベンゼン環をつくり、ベンゼン環どうしを重合させていくことを特徴とする長鎖のベンゼン環の重合分子を生成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は「＝Ｏ＝Ｃ＝Ｎ＝」の多連二重結合分子に共有結合させた分子を用いて、ベンゼン環を持つ分子とエタン分子「Ｃ２Ｈ４」から長鎖のベンゼン環の重合分子を生成するする方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来のベンゼン環の重合分子は材料となる物質の化学反応によって生成されていて、生成される分子の構造は材料となる物質の種類と化学反応の方法によって決まっていた。
【発明が概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  これには次のような欠点があった。
化学反応によって生成されるベンゼン環の重合分子は短鎖のものが多く、長鎖のベンゼン環の分子では、思いどおりの分子構造をもつのをつくることはできなかった。
本発明は、以上のような欠点をなくすためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  「＝Ｏ＝ＣＨ２＝ＮＨ＝」の重合分子（１８）の炭素原子（５）に結合している２つの水素原子（２）のうちの１つを「ＣＨ（ＯＨ）３」分子（２２）、「ＣＨ２ＮＨ」分子（２３）、「ＮＨ（ＯＨ）２」分子（２４）などに置換して、ベンゼン環の重合のための補助有機分子（２５）を生成する。次に、置換した「ＣＨ（ＯＨ）３」分子（２２）には「Ｃ２Ｈ６」分子（９）を、「ＣＨ２ＮＨ」分子には「Ｃ６Ｈ５ＯＨ」分子（２８）を、「ＮＨ（ＯＨ）２」分子（２４）には「Ｃ５ＮＨ４ＮＨ２」分子（２９）を、それぞれ分子間力による水素結合（３１）で結びつける。そして、触媒を用いて「Ｃ２Ｈ６」分子（９）と「Ｃ６Ｈ５ＯＨ」分子（２８）、「Ｃ２Ｈ６」分子（９）と「Ｃ５ＮＨ４ＮＨ２」分子（２９）をそれぞれ水素分子を放出する脱水素反応により結合させて、「Ｃ６Ｈ５ＯＨ」分子（２８）のベンゼン環と「Ｃ６Ｈ５ＯＨ」分子（２８）のベンゼン環又は「Ｃ５ＮＨ４ＮＨ２」分子のベンゼン環の間に新らたなベンゼン環をつくりベンゼン環が重合した分子を生成する。
最後にベンゼン環の重合のための補助分子（２５）の中の「−Ｃ（ＯＨ）３」基、「−ＣＨ＝ＮＨ」基、「−Ｎ（ＯＨ）２」基の部分とベンゼン環に結合している「−Ｈ」基、「−ＯＨ」基、「−ＮＨ２」基の分子間力による水素結合（３１）を切り離して独立したベンゼン環の重合分子を取り出す。
本発明は以上のような手順によって長鎖のベンゼン環の重合分子を生成する方法である。
【発明の効果】
【０００５】（イ）安定した分子構造を持つ長鎖のベンゼン環の重合分子を得られるために、それを材料として安定した分子構造を持つカーボンナノチューブやベンゼン環のシートを作ることができる。
（ロ）長鎖のベンゼン環の重合分子の中に必要な位置に窒素分子を組み入れることができるので、２本以上のカーボンナノチューブや２枚以上のベンゼン環シートを窒素原子どうしのＰ軌道共有結合によって結び付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】Ｋ殻１Ｓの軌道を持つ水素原子の軌道電子の軌道図である。
【図２】Ｋ殻１Ｐの軌道を持つ水素原子の軌道電子の軌道図である。
【図３】Ｋ殻１Ｐの軌道を持つ水素原子の軌道電子の略図である。
【図４】Ｋ殻１Ｓ、Ｌ殻２Ｐ×４の軌道を持つ炭素原子のＰ軌道電子の略図である。
【図５】Ｋ殻１Ｓ、Ｌ殻２Ｓ、２Ｐ×３の軌道を持つ窒素原子のＰ軌道電子の略図である。
【図６】Ｋ殻１Ｓ、Ｌ殻２Ｐ×４の軌道を持つ窒素原子のＰ軌道電子の略図である。
【図７】Ｋ殻１Ｓ、Ｌ殻２Ｓ、Ｌ殻２Ｐ×３の軌道を持つ酸素原子のＰ軌道電子の略図である。
【図８】「ＣＨ４＋ＮＨ３→ＣＨ３ＮＨ２＋Ｈ２」の反応図である。
【図９】「Ｃ２Ｈ６＋ＮＨ３→Ｃ２Ｈ５ＮＨ２＋Ｈ２」の反応図である。
【図１０】「Ｃ３Ｈ８＋ＮＨ３→Ｃ３Ｈ７ＮＨ２＋Ｈ２」の反応図である。
【図１１】「Ｈ２Ｏ＋ＣＨ３ＮＨ２→ＮＨ２ＣＨ２ＯＨ＋Ｈ２」の反応図である。
【図１２】「ＮＨ２ＣＨ２ＯＨ」の分子の重合反応の反応図である。
【図１３】「−Ｏ−ＣＨ２−ＮＨ−」の重合分子の略図である。
【図１４】「−Ｏ−ＣＨ２−ＮＨ−」の重合分子が「＝Ｏ＝ＣＨ２＝ＮＨ＝」の多連二重結合の重合分子に変化する反応図である。
【図１５】「＝Ｏ＝ＣＨ２＝ＮＨ＝」の重合分子のＰ軌道電子の結合図である。
【図１６】「＝Ｏ＝ＣＨ２＝ＮＨ＝」の重合分子の略図である。
【図１７】円柱又は円筒の金属の斜視図である。
【図１８】円柱又は円筒の金属に「＝Ｏ＝ＣＨ２＝ＮＨ＝」の重合分子が環状に巻き付いた状態の断面図である。
【図１９】ベンゼン環の重合のための補助有機分子の生成反応の反応図（「ＣＨ（ＯＨ）３、「ＣＨ２ＮＨ」の結合反応の場合の反応図）である。
【図２０】ベンゼン環の重合のための補助有機分子の生成反応の反応図（「ＮＨ（ＯＨ）２の結合反応の場合の反応図）である。
【図２１】ベンゼン環の重合のための補助有機分子の略図（「ＣＨ（ＯＨ）３、「ＣＨ２ＮＨ」を交互に結合させた場合の略図）である。
【図２２】ベンゼン環の重合のための補助有機分子の略図（「ＮＨ（ＯＨ）２を結合させた場合の略図）である。
【図２３】「＝Ｏ＝ＣＨ２＝ＣＨ２＝ＮＨ＝」の多連二重結合を持つ重合分子の結合図である。
【図２４】「＝Ｏ＝ＣＨ２＝ＣＨ２＝ＣＨ２＝ＮＨ＝」の多連二重結合を持つ重合分子の結合図である。
【図２５】窒素原子を含まない場合のベンゼン環の重合反応の反応図である。
【図２６】窒素原子を含む場合のベンゼン環の重合反応の反応図である。
【図２７】窒素原子を含まない場合のベンゼン環の重合分子の生成図である。
【図２８】窒素原子を含む場合のベンゼン環の重合分子の生成図である。
【図２９】環状の補助有機分子を多数巻き付けた円柱又は円筒の金属を回転させることによって多数のベンゼン環の重合分子を同時に生成する場合のイメージ図である。
【図３０】「Ｈ＋ＯＨ」の反応によるベンゼン環の重合分子の結合の反応図である。
【図３１】「Ｈ＋ＮＨ２」の反応によるベンゼン環の重合分子の結合の反応図である。
【図３２】「Ｎ＋ＯＨ＋（Ｈ２）」の反応によるベンゼン環の重合分子の結合の反応図である。
【図３３】「Ｎ＋ＮＨ２＋（Ｈ２）」の反応によるベンゼン環の重合分子の結合の反応図である。
【図３４】「−ＯＨ」基と「−ＮＨ２」基の変換図である。
【図３５】ベンゼン環のシートのベンゼン環の結合図である。
【図３６】窒素分子を含むベンゼン環のシートの側面図である。
【図３７】環状のベンゼン環の重合分子の構造図である。
【図３８】ジグザダ型のカーボンナノチューブの生成と結合の構造図である。
【図３９】アームチェア型のカーボンナノチューブの生成と結合の構造図である。
【図４０】カイラル型（らせん型）のカーボンナノチューブの生成と結合の構造図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】  以下、本発明を実施するための形態について説明する。
まずは、「＝Ｏ＝ＣＨ＝ＮＨ＝」の重合構造を持つ補助有機分子（２５）を生成する。はじめに図８のようにメタン分子「ＣＨ４」（８）とアンモニア分子「ＮＨ３」（１１）から脱水素反応により、「ＣＨ３ＮＨ２」分子（１２）を生成し、さらに図１１のように「ＣＨ３ＮＨ２」分子（１２）と水分子「Ｈ２Ｏ」（１５）から脱水素反応により「ＮＨ２ＣＨ２ＯＨ」分子（１６）を生成する。次に図１２のように複数の「ＮＨ２ＣＨ２ＯＨ」分子（１６）を脱水素反応により重合して「−Ｏ−ＣＨ２−ＮＨ−」の重合分子（１７）をつくる。「−Ｏ−ＣＨ２−ＮＨ−」の重合分子（１７）は圧力をかけることで図１４のように「＝Ｏ＝ＣＨ２＝ＮＨ＝」の重合分子（１８）へと分子構造が変化する。
「−Ｏ−ＣＨ２−ＮＨ−」の重合分子（１７）の「−Ｏ−Ｃ−Ｎ−」の結合が図１３のような折れ曲がり構造であるのに対して、「＝Ｏ＝ＣＨ２＝ＮＨ＝」の重合分子（１８）は図１６のように直線的な構造である。また「＝Ｏ＝ＣＨ２＝ＮＨ＝」の重合分子は図１５のようにＰ軌道が連続的につながった多連共有結合が対となった多連二重結合になっているために電気の電導率が良い。
「＝Ｏ＝ＣＨ２＝ＮＨ＝」の重合分子（１６）は図１８のように環状の溝（２１）を付けた円柱又は円筒の金属（２０）に巻き付けることで閉じた環状の構造となり連続的に長鎖のベンゼン環の重合分子（３２）を生成することができるようになる。
図１９と図２０のように「＝Ｏ＝ＣＨ２＝ＮＨ＝」の重合分子（１６）の「＝ＣＨ２＝」の部分に「ＣＨ（ＯＨ）３」分子（２２）と「ＣＨ２ＮＨ」分子（２３）又は「ＮＨ２（ＯＨ）２」分子（２４）を交互に脱水素反応により結合させて、ベンゼン環の重合のための補助有機分子（２５）を生成する。
なお、「＝ＣＨ２＝」の部分と「＝ＣＨ２＝」の部分の距離を長くしたい場合には「＝Ｏ＝ＣＨ２＝ＮＨ＝」の重合分子（１８）を生成するための材料であるメタン分子「ＣＨ４」（８）をエタン分子「Ｃ２Ｈ６」（９）やプロパン分子「Ｃ３Ｈ８」（１０）に変えて「＝Ｏ＝ＣＨ２＝ＣＨ２＝ＮＨ＝」の重合分子（２６）や「＝Ｏ＝ＣＨ２＝ＣＨ２＝＝ＣＨ２＝ＮＨ」の重合分子（２７）にすることで「＝ＣＨ２＝」の部分と「＝ＣＨ２＝」の部分の長さを調整することができる。
【０００８】  円柱又は円筒の金属（２０）に巻き付けられたベンゼン環の重合のための補助有機分子（２５）をエタン分子（９）とフェノール分子「Ｃ６Ｈ５ＯＨ」（２８）と「Ｃ５ＮＨ４ＮＨ２」分子（２９）を含んだ溶液（３０）の中に入れる。図２５と図２６のように溶液（３０）の中に溶け込んだエタン分子「Ｃ２Ｈ６」（９）はベンゼン環の重合ための補助有機分子（２５）の「−Ｃ（ＯＨ）３」の部分に、フェノール分子「Ｃ６Ｈ５ＯＨ」（２８）は「−ＣＨＮＨ２」の部分に、「Ｃ５ＮＨ４ＮＨ２」分子（２９）は「−Ｎ（ＯＨ）２」の部分にそれぞれ分子間力によって結合（３１）をする。これによって、エタン分子「Ｃ２Ｈ６」（９）とフェノール分子「Ｃ６Ｈ５ＯＨ」（２８）又は「Ｃ５ＮＨ４ＮＨ２」分子（２９）は交互に並ぶことになる。次に隣り合うエタン分子「Ｃ２Ｈ６」（９）とフェノール分子「Ｃ６Ｈ５ＯＨ」（２８）又は「Ｃ５ＮＨ４ＮＨ２」分子（２９）を脱水素反応により結合させる。この場合の脱水素反応は触媒などを用いておこなわれるが、溶液（３０）の中に溶け込だエタン分子「Ｃ２Ｈ６」（９）、フェノール分子「Ｃ６Ｈ５ＯＨ」（２８）、「Ｃ５ＮＨ４ＮＨ２」（２９）どうしが勝手が反応しないように光触媒を用いるのが適切である。
脱水素反応によりフェノール分子「Ｃ６Ｈ５ＯＨ」（２８）又は「Ｃ５ＮＨ４ＮＨ２」分子（２９）と結合したエタン分子「Ｃ２Ｈ６」（９）は「−Ｃ−Ｃ−」の結合が解けて新たなベンゼン環を作る。このときに余ったＰ軌道の電子はベンゼン環の共役電子となる。この反応を繰り返えすことにより、長鎖のベンゼン環の重合分子（３２）を作ることができる。
図２７と図２８と図２９のように円柱又は円筒の金属（３０）を回転させることによって連続的にベンゼン環の重合反応をおこなうことができる。また、生成されるベンゼン環の重合分子（３２）の始点にあらかじめナフタレン「Ｃ１０Ｈ８」やアントラセン「Ｃ１４Ｈ１０」のような短鎖のベンゼン環の分子（３６）を結合させておくことによって、スムーズにベンゼン環の重合分子を引き出すことができる。ベンゼン環の重合のための補助有機分子（２５）と生成されたベンゼン環の重合分子（３２）を結び付けているのは分子間力（３１）なので、ベンゼン環の重合分子（３２）を引きだして順番に結び付きを解いていくことで、比較的簡単にベンゼン環の重合のための補助有機分子（２５）からベンゼン環の重合分子（３２）を切り離すことができる。
なお図３４のようにフェノール分子「Ｃ６Ｈ５ＯＨ」（２８）と「Ｃ５ＮＨ４ＮＨ２」（２９）を「Ｃ５ＮＨ４ＯＨ」分子（３７）と「Ｃ６Ｈ５ＮＨ２」分子（３８）に入れかえてもかまわない。この場合「Ｃ５Ｈ４ＮＯＨ」分子（３７）はベンゼン環の重合のための補助有機分子（２５）の「−ＣＨＮＨ２」の部分に、「Ｃ５ＮＨ５ＯＨ」分子（３８）は「−Ｎ（ＯＨ）２」の部分にそれぞれ分子間力によって結合（３１）をする。
エタン分子「Ｃ２Ｈ６」（９）とフェノール分子「Ｃ６Ｈ５ＯＨ」（２８）又は「Ｃ６Ｈ５ＮＨ２」分子（３８）からは炭素原子（５）のみで構成されるベンゼン環が、「Ｃ５ＮＨ４ＮＨ２」分子（２９）と「Ｃ５ＮＨ４ＯＨ」分子（３７）からは窒素分子（６）を１つ含むベンゼン環が得られる。
本発明は以上のような方法である。
【０００９】  生成されたベンゼン環の重合分子（３２）どうしは図３０と図３１と図３２と図３３のようにベンゼン環に結合している「−Ｈ」基、「−ＯＨ」基、「−ＮＨ２」基および水素分子「Ｈ２」（３５）の化学反応によって結合をすることができる。図３５と図３６のようにベンゼン環の重合分子（３２）を結合させるとベンゼン環のシート（３９）ができ、図３７と図３８と図３９と図４０のように結合させるとカーボンナノチューブができる。
【符合の説明】
【００１０】  １  軌道電子
２  水素原子
３  Ｓ軌道
４  Ｐ軌道
５  炭素原子
６  窒素原子
７  酸素原子
８  「ＣＨ４」（メタン）分子
９  「Ｃ２Ｈ６」（エタン）分子
１０  「Ｃ３Ｈ８」（プロパン）分子
１１  「ＮＨ３」（アンモニア）分子
１２  「ＣＨ３ＮＨ２」分子
１３  「Ｃ２Ｈ５ＮＨ２」分子
１４  「Ｃ３Ｈ７ＮＨ２」分子
１５  「Ｈ２Ｏ」（水）分子
１６  「ＮＨ２ＣＨ２ＯＨ」分子
１７  「−Ｏ−ＣＨ２−ＮＨ−」の重合分子
１８  「＝Ｏ＝ＣＨ２＝ＮＨ＝」の重合分子
１９  多連結合を起こす結合部分
２０  円柱又は円筒の金属
２１  環状の溝
２２  「ＣＨ（ＯＨ）３」分子
２３  「ＣＨ２ＮＨ」分子
２４  「ＮＨ（ＯＨ）２」分子
２５  ベンゼン環の重合のための補助有機分子
２６  「＝Ｏ＝ＣＨ２＝ＣＨ２＝ＮＨ＝」の重合分子
２７  「＝Ｏ＝ＣＨ２＝ＣＨ２＝ＣＨ２＝ＮＨ＝」の重合分子
２８  「Ｃ６Ｈ５ＯＨ」（フェノール）分子
２９  「Ｃ５ＮＨ４ＮＨ２」分子
３０  溶液
３１  分子間力（水素結合その他の分子間力による結合）
３２  ベンゼン環の重合分子
３３  短鎖のベンゼン環の分子
３４  回転軸
３５  「Ｈ２Ｏ」（水）分子
３６  平面的（二次元的）に結合したベンゼン環のシート
３７  「Ｃ５ＮＨ４ＯＨ」分子
３８  「Ｃ６Ｈ５ＮＨ２」分子
３９  ベンゼン環のシート
４０  「Ｎ−Ｎ」のＰ軌道共有結合
４１  環状のベンゼン環の重合分子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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