拡張されヘテロ原子が埋め込まれた新しいフラーレンの創製

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19F19335
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 村田 靖次郎 京都大学, 化学研究所, 教授 (40314273)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): ZHANG SHENG 京都大学, 化学研究所, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2019-10-11 – 2022-03-31
• Keywords: 拡張フラーレン / 開口フラーレン / 単結晶X線構造解析 / 骨格変換

Outline of Annual Research Achievements

主にsp2炭素が連結されて構成されるナノカーボンは、新しい光学的な性質や、優れた半導体特性を有することから、幅広い興味を集めている。その中も、カーボンナノチューブやグラフェンが良く利用されているものの、構造の均一性が無く、様々な大きさの分子の集合体であり、構造と性質の相関を明らかにすることは困難である。一方、構造の明確な分子としてのナノカーボンでは、合成法の開発には困難が伴っているものの、構造の均一性は担保されており、また、それらの新規構造に由来する新しい性質が期待できることから、その合成と物性の研究が盛り上がってきている。
本研究では、フラーレンC60やC70に対する"C5Nユニット"の骨格への埋め込みにより、フラーレン骨格が拡張されたC65NやC75Nケージを構築することを見出した。すなわち、フラーレンC60と1,2,4-トリアジン誘導体との熱反応により付加生成物を合成し、これにフェニルマレイミドを熱的条件下で作用させることにより、拡張フラーレン骨格をもつ誘導体を合成した。こうして得られた化合物を酸処理することにより、さらなる骨格変換が進行し、C64N骨格を有する化合物が得られることも見出した。
得られた拡張フラーレン骨格をもつ誘導体の構造は、単結晶X線構造解析によって決定され、C5NユニットやC4Nユニットがフラーレン骨格に融合し、その部分がやや張り出した球状構造であることが明らかとなった。本手法は、フラーレンを基盤とする新しいナノカーボン分子の合成に新しい方法論を提供するものであるとみなすことができる。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は、コロナウィルスの影響により研究に必要な試薬や物品の調達が遅れ、実験研究の進行に遅れが出た。一方、その間に大型計算機を用いた理論的研究を進めることが可能であり、全体としておおむね順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

本研究結果を元に論文を執筆し、本反応を用いて関連する誘導体合成を行う。