Top-down synthesis of curved nanocarbon molecules by multiple cage-opening reactions

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05472
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 33010:Structural organic chemistry and physical organic chemistry-related
• Research Institution: Tokyo Gakugei University
• Principal Investigator: YAMADA Michio 東京学芸大学, 教育学部, 准教授 (00583098)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: フラーレン / 分子変換 / ドミノ反応

Outline of Final Research Achievements

In this study, we have developed a domino-type reaction that proceeds from the activation of alkynes using a pi Lewis-acidic catalyst for molecular transformation of fullerene structures. We demonstrated that the use of tertiary propargylic phosphate derivatives enables one-step synthesis of eight-membered open-cage fullerenes, while the use of secondary propargylic phosphate derivatives enables one-step synthesis of conjugated cyclobutenofullerenes. The formation mechanism was verified both experimentally and theoretically, and a reasonable mechanism was proposed. In the reactions of fullerenes with tethered derivatives of propargylic phosphates, the formation of enyne structures was preferential instead of the formation of multi-functionalized fullerene derivatives.

Free Research Field

構造有機化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ナノサイズのサッカーボール状構造を有する分子状炭素であるフラーレンに対して, その分子構造を大きく変化させることのできる一段階反応の開発に成功した。フラーレンの電子的・光学的性質は, その分子構造に起因していることから, その分子構造が変化することで, これまでにない物性の発現が期待できる。本研究で開発した反応を用いることで, フラーレンのサッカーボール構造に穴を開けることや, フラーレンと導電性分子を連結させたりすることができる。これにより, フラーレンからなる新たなガス貯蔵材料, 半導体材料や光捕集材料などへの応用展開が期待できる。