2014 Fiscal Year Annual Research Report
多彩な化学種を内包できる開口フラーレンの有機合成ならびに物性探索
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14J04983
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
二子石 師 京都大学, 化学研究所, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | フラーレン / 開口フラーレン / 硫黄 / 水 / 二酸化炭素 / 酸素分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
C60やC70に代表されるフラーレンは，炭素が球状に結合し，三次元に広がったπ共役系をもつ化合物であり，基礎化学・材料化学・生理活性物質として近年非常に高い注目を集めている．特にフラーレンC60は内径約3.7Åの中空構造をもち，その内部空間は水分子や窒素分子といった小分子を内包するのに最適な大きさである．もし，望みの小分子を自在に内部に導入することができれば，フラーレンC60と内包化学種がどのように相互作用するのか，また外界から完全に隔離された単分子がどのような性質をもつのかを研究する絶好の分子錯体となることが期待される．本研究では，フラーレンC60に対して，有機反応の手法を用いて，巨大な開口部を設けた開口体に対して，多彩な化学種の内包を試みた．
得られた巨大な開口部をもつ開口体の粉末に対して，高圧の窒素ガスを作用させ，窒素分子を内包させたあと，開口部を縮小することで窒素分子を内包した開口体が得られることがわかった．同様の手法を用いることで，常磁性化学種である酸素分子，さらには３原子からなり，フラーレンの内部空間よりも大きいと考えられる二酸化炭素の導入にも成功した．
これらの小分子を内包した分子錯体の構造は単結晶X線構造解析によって明らかにされ，内包された小分子はフラーレン骨格の中央に位置していることがわかった．内包された小分子はフラーレン骨格からの立体的な圧力を受けて，その構造を変化させることができることがわかった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究は，フラーレンの内部空間に小分子・イオン・金属原子・不安定化学種を内包させ，内包フラーレンおよび内包化学種の様々な基礎物性を明らかにし，新たな三次元π共役系をもつ物質を創製しようとするものである．H26年度は，巨大な開口部をもつ鍵化合物を用いて多彩な化学種の内包を達成したため，期待通りの進展だと考える．当該年度の目標であった開口部の拡大および修復反応の検討はうまくいかなったものの，巨大な開口部をもつ開口フラーレンを用いて，多彩な分子の内包に取り組み，水，窒素，酸素分子に加えてフラーレンの内部空間よりも大きな分子と考えられる二酸化炭素の導入にも成功した．
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| Strategy for Future Research Activity |
H27年度は，前年度の研究テーマであった，開口部の拡大反応を引き続き推進すると共に，今後は，以下３つの検討をおこなう予定である．すなわち，①内包フラーレンの合成を目指した開口部の修復反応，②過酸化水素やリン単原子といった不安定化学種の内包，ならびに ③開口部に組み込んだヘテロ原子を利用したヘテロフラーレンの合成を検討する．
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