ナノサイズ反応容器・内包フラーレン内での化学反応追跡

• 研究課題/領域番号: 16K05655
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 加藤 立久 京都大学, 国際高等教育院, 教授 (80175702)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2016年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 内包フラーレン / 電子スピン共鳴測定 / SQUID測定 / 酸素基底三重項状態 / 一酸化窒素ラジカル / 電子スピンエコー磁場掃引スペクトル / 電子スピンエコー信号減衰変調スペクトル / 二次元HYSCOREスペクトル / 酸素基底三重項 / 不安定化学種のトラップ / 酸素分子電子三重項状態 / 窒素原子の反応性 / ランタノイド金属内包フラーレン / ナノサイズ反応容器 / ナノサイズ / 化学反応 / フラーレン

研究成果の概要

外科手術的有機化学合成法で酸素分子O2とNOラジカルがフラーレンケージC60に内包された分子(O2@openC60，NO@openC60)を得て，フラーレンC60をナノサイズ反応容器と見なし，酸素分子O2と一酸化窒素ラジカルNOが容器内にあるときに受ける反応容器からの影響を明らかにした．電子スピン共鳴測定法を主に用い，常磁性分子であるO2とNOが反応容器フラーレンケージに包摂される効果を明らかにした．それらの基底電子波動関数はフラーレンケージの摂動を受け，等核二原子分子としての軸対称性を失った．また，フラーレンケージには，O2同士またはNO同士の磁気的分子間相互作用を遮断する効果がある．

研究成果の学術的意義や社会的意義

外科手術的有機化学合成法で酸素分子O2とNOラジカルがフラーレンケージC60に内包された分子(O2@openC60，NO@openC60)は，フラーレンC60をナノサイズ反応容器と見なすことが可能であり，凝集状態であっても孤立した分子の特性を保存することが確かめられた．このことで，フラーレンケージは反応容器として，ナノサイズ化学反応追跡のための反応場となり得ることを示せた．

研究成果

• [国際共同研究] ベルリン自由大学(ドイツ)
• [雑誌論文] Construction of a Metal-Free Electron Spin System by Encapsulation of an NO Molecule Inside an Open-Cage Fullerene C60 Derivative (2018)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa Shota、Hashikawa Yoshifumi、Kato Tatsuhisa、Murata Yasujiro
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 57 号: 39 ページ: 12804-12808
  • DOI: 10.1002/anie.201807823
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Stable, Soluble, and Crystalline Supramolecular System with a Triplet Ground State (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsukasa Futagoishi, Tomoko Aharen, Tatsuhisa Kato, Azusa Kato, Toshiyuki Ihara, Tomofumi Tada, Michihisa Murata, Atsushi Wakamiya, Hiroshi Kageyama, Yoshihiko Kanemitsu, and Yasujiro Murata
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: in press 号: 15 ページ: 4261-4265
  • DOI: 10.1002/anie.201701212
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fullerene C70 as a Nanoflask that Reveals the Chemical Reactivity of Atomic Nitrogen (2017)
  • 著者名/発表者名: Morinaka Yuta、Zhang Rui、Sato Satoru、Nikawa Hidefumi、Kato Tatsuhisa、Furukawa Ko、Yamada Michio、Maeda Yutaka、Murata Michihisa、Wakamiya Atsushi、Nagase Shigeru、Akasaka Takeshi、Murata Yasujiro
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 56 号: 23 ページ: 6488-6491
  • DOI: 10.1002/anie.201701158
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dynamic Molecular Invasion into a Multiply Interlocked Catenane (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamada Yasuyuki、Itoh Ryohei、Ogino Sayaka、Kato Tatsuhisa、Tanaka Kentaro
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 56 号: 45 ページ: 14124-14129
  • DOI: 10.1002/anie.201708248
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and Characterization of [n]CPP (n = 5, 6, 8, 10, and 12) Radical Cation and Dications: Size-Dependent Absorption, Spin, and Charge Delocalization (2016)
  • 著者名/発表者名: Eiichi Kalahari, Takahiko Kouyama, Tatsuhisa Kato, Shigeru Yamago
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 138 号: 1 ページ: 338-344
  • DOI: 10.1021/jacs.5b10855
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rational syntheses of helical pai-conjugated oligopyrrins with a bipyrrole linkage: geometry control of bis-copper(II) coordination (2016)
  • 著者名/発表者名: Kai Zhang, Mathew Savage, Xin Li, Yu Jiang, Masatoshi Ishida, Koki Mitsuno, Satoru Karasawa, Tatsuhisa Kato, Weihua Zhu, Sihai Yang, Hiroyuki Furuta and Yongshu Xie
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 52 号: 29 ページ: 5148-5151
  • DOI: 10.1039/c6cc00707d
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Direct C-H bond activation of ethers and successive C-C bond formation with benzene by a bifunctional palladium-titania photocatalyst (2016)
  • 著者名/発表者名: Tyagi, A., Matsumoto, T., Kato, T., Yoshida, H
  • 雑誌名: Catal. Sci. Technol. 巻: 6 号: 12 ページ: 4577-4583
  • DOI: 10.1039/c5cy02290h
  • NAID: 120006826647
  • 査読あり
• [雑誌論文] 22.Electrochemical reduction of cationic Li+@C60 to neutral Li+@C60•–: isolation and characterisation of endohedral [60]fulleride (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Ueno, Shibobu Aoyagi, Yu Yamazaki, Kei Ohkubo, Naohiko Ikuma, Hiroshi Okada, T. Kato, Yutaka Matsuo, Shunichi Fukuzumi, and Ken Kokubo
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: 7 号: 9 ページ: 5770-5774
  • DOI: 10.1039/c6sc01209d
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Crystallographic Evidence for Direct Metal-Metal Bonding in a Stable Open-Shell La2@Ih-C80 Derivative (2016)
  • 著者名/発表者名: Bao, L., Chen, M., Pan, C., Yamaguchi, T., Kato, T., Olmstead, M. M., Balch, A. L., Akasaka, T., Lu, X.
  • 雑誌名: Angewandte Chemie Internatinal Edition 巻: 55 号: 13 ページ: 4242-4246
  • DOI: 10.1002/anie.201511930
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 9,10-Diaminoanthracenes Revisited: The Influence of N-Substituents on Their Electronic States (2016)
  • 著者名/発表者名: Uebe, M.; Kato, T.; Tanaka, K.; Ito, A.
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 22 号: 52 ページ: 18923-18931
  • DOI: 10.1002/chem.201602490
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Assembly of Multi-Phthalocyanines on a Porphyrin Template via Fourfold Rotaxane Formation (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamada, S. Akine, K. Sugimoto, and K. Tanaka,
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 22 号: 35 ページ: 12371-12380
  • DOI: 10.1002/chem.201601768
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Searching for the Unprecedented Endohedral Metallofullerenes by Applying the Separation Method for those Stable only in an Anion Form (2017)
  • 著者名/発表者名: 中鳥なつみ，三谷拓示，山口貴久，古川貢，加藤立久, 菊地耕一，阿知波洋次，兒玉健
  • 学会等名: 第52回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学伊藤国際学術研究センター
  • 年月日: 2017-02-28
• [学会発表] Spectroscopic Studies of La2@C78 Anion (2017)
  • 著者名/発表者名: 西本真也，小林和博，平山貴晟，三谷拓示，中鳥なつみ，山口貴久，古川貢，加藤立久, 菊地耕一，阿知波洋次，兒玉健
  • 学会等名: 第52回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学伊藤国際学術研究センター
  • 年月日: 2017-02-28
• [学会発表] High Spin States of Metallofullerenes (2017)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhisa Kato
  • 学会等名: 2nd International Symposium on Nanocarbons (ISNC 2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Conclusive Characterization of Li@C60 by X-ray Structure Analysis (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Ueno，Shinobu Aoyagi，Nohiko Ikuma，Hiroshi Okada，Kei Ohkubo，Tatsuhisa Kato，Shunichi Fukuzumi, Yutaka Matsuo, Ken Kokubo
  • 学会等名: 第52回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
• [学会発表] Production and Characterization of Hetero-dimetallofullerenes: GdY@C80 (Ih) (2017)
  • 著者名/発表者名: 三谷拓示，中鳥なつみ，山口貴久，古川貢，加藤立久, 菊地耕一，阿知波洋次，兒玉健
  • 学会等名: 第52回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
• [学会発表] Gd@C60 (CF3)3のESR測定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山口貴久，中川綾乃，篠原久典，古川貢，加藤立久
  • 学会等名: 第51回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 北海道立道民活動センターかでる2・7
  • 年月日: 2016-09-07
• [学会発表] openC60の中の酸素分子の三重項状態 (2016)
  • 著者名/発表者名: 加藤梓，二子石師，村田靖次郞，加藤立久
  • 学会等名: 第51回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 北海道立道民活動センターかでる2・7
  • 年月日: 2016-09-07