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活性化学種の動的制御に基づく感応性分子システムの創製

公募研究

研究領域感応性化学種が拓く新物質科学
研究課題/領域番号 15H00939
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関京都大学

研究代表者

村田 靖次郎  京都大学, 化学研究所, 教授 (40314273)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2016年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2015年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
キーワード開口フラーレン / メタノール / 挿入 / 動的挙動 / ホルムアルデヒド / 活性化学種 / フラーレン / 内包フラーレン / ヘテロフラーレン / アザフラーレン / 水分子 / NMR緩和時間 / 静電ポテンシャル
研究実績の概要

本研究では、巨大開口部をもつC60誘導体の内部空間に、酸素官能基をもつメタノール分子およびホルムアルデヒド分子の導入を検討した。メタノールは常温常圧において液体であるため、N2やCO2の場合でうまくいった気相高圧条件ではなく、溶液系での導入に取り組んだ。すなわち、17員環の開口部をもつ開口体を含むクロロベンゼン溶液に少量のメタノールを添加し、9000 気圧の高圧下、150 ℃で加熱することにより、メタノール分子を60% 内包した開口体を合成することに成功した。メタノール分子の導入においては、高温高圧条件は必須であり、低圧 (2000 気圧) あるいは低温 (100 ℃) 条件下では内包率は著しく低下することがわかった。さらに開口部のカルボニル基の一つをアルコールへと還元することにより、開口部にストッパーを設けることを利用することによって、ホルムアルデヒド分子を内包させ、常温常圧下、安定に取り扱うことが可能であることを見出した。HPLCを用いてこれらの内包体の単離精製をおこない、1H NMRのケミカルシフトおよび理論計算の結果を組み合わせることで骨格内部での小分子の配向に関する考察をおこなった。その結果、ホルムアルデヒド分子はメチレン部位を開口部に向けている一方、メタノール分子はCH―π相互作用の寄与によりメチル基をフラーレン骨格に向けて配向していることが示唆された。X線構造解析より、固体状態においてそのような配向が形成されていることが明らかとなった。また、メタノール分子およびホルムアルデヒド分子の内包の動的挙動に関して、密度汎関数法による詳細な検討を加えた。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2017 2016 2015

すべて 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 3件、 査読あり 9件、 謝辞記載あり 8件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Encapsulation and Dynamic Behavior of Methanol and For-maldehyde inside Open-cage C60 Derivatives2017

    • 著者名/発表者名
      Futagoishi, T.; Murata, M.; Wakamiya, A.; Murata, Y.
    • 雑誌名

      Angew. Chem. Int. Ed.

      巻: 56 号: 10 ページ: 2758-2762

    • DOI

      10.1002/anie.201611903

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Unprecedented Photochemical Rearrangement of an Open-cage C60 Derivative2017

    • 著者名/発表者名
      Futagoishi, T.; Murata, M.; Wakamiya, A.; Murata, Y.
    • 雑誌名

      Chem. Commun.

      巻: 53 号: 10 ページ: 1712-1714

    • DOI

      10.1039/c6cc10103h

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Synthesis and Structure of an Open-cage Fullerene Derivative with a C69O Framework2017

    • 著者名/発表者名
      Zhang, R.; Murata, M.; Wakamiya, A.; Murata, Y.
    • 雑誌名

      Chem. Lett.

      巻: 46 号: 4 ページ: 543-546

    • DOI

      10.1246/cl.161178

    • NAID

      130005549097

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Structural Modification of Open-Cage Fullerene C60 Derivatives Having a Small Molecule inside Their Cavities2017

    • 著者名/発表者名
      Hashikawa, Y.; Murata, M.; Wakamiya, A.; Murata, Y.
    • 雑誌名

      Can. J. Chem.

      巻: 95 号: 3 ページ: 320-328

    • DOI

      10.1139/cjc-2016-0465

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Co(I)-Mediated Removal of Addends on the C60 Cage and Formation of Monovalent Cobalt Complex CpCo(CO)(η2-C60)2016

    • 著者名/発表者名
      Hashikawa, Y.; Murata, M.; Wakamiya, A.; Murata, Y.
    • 雑誌名

      Org. Lett.

      巻: 18 号: 24 ページ: 6348-6351

    • DOI

      10.1021/acs.orglett.6b03238

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Synthesis of a Distinct Water Dimer inside Fullerene C702016

    • 著者名/発表者名
      Zhang, R.; Murata, M.; Aharen, T.; Wakamiya, A.; Shimoaka, T.; Hasegawa, T.; Murata, Y.
    • 雑誌名

      Nat. Chem.

      巻: 8 号: 5 ページ: 435-441

    • DOI

      10.1038/nchem.2464

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Synthesis and Properties of Endohedral Aza[60]fullerenes: H2O@C59N and H2@C59N as Their Dimers and Monomers2016

    • 著者名/発表者名
      Hashikawa, Y.; Michihisa, M.; Wakiamiya, A.; Murata, Y.
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 138 号: 12 ページ: 4096-4104

    • DOI

      10.1021/jacs.5b12795

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Enantiospecific cis-trans Isomerization in Chiral Fulleropyrrolidines: H-Bonding Assistance in the Carbanion Stabilization in H2O@C602015

    • 著者名/発表者名
      Maroto, E. E.; Mateos, J.; Garcia-Borras, M.; Osuna, S.; Filippone, S.; Herranz, M. A.; Murata, Y.; Sola, M.; Martin, N.
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 137 号: 3 ページ: 1190-1197

    • DOI

      10.1021/ja5108854

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Trapping N2 and CO2 on the Sub-Nano Scale in Confined Internal Spaces of Open-Cage C60 Derivatives: Isolation and Structural Characterization of Host-Guest Complexes2015

    • 著者名/発表者名
      Futagoishi, T.; Murata, M.; Wakamiya, A.; Murata, Y.
    • 雑誌名

      Angew. Chem. Int. Ed.

      巻: 54 号: 49 ページ: 14791-14794

    • DOI

      10.1002/anie.201507785

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 分子手術による内包フラーレンの有機合成2016

    • 著者名/発表者名
      村田靖次郎
    • 学会等名
      第65回高分子討論会
    • 発表場所
      神奈川大学横浜キャンパス
    • 年月日
      2016-09-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 酸素分子を内包したフラーレン誘導体の合成と性質2016

    • 著者名/発表者名
      二子石師、村田理尚、若宮淳志、村田靖次郎
    • 学会等名
      第27回基礎有機化学討論会
    • 発表場所
      広島国際会議場
    • 年月日
      2016-09-01
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 水分子内包フラーレンのプロトン緩和時間を利用した結合分極の評価2016

    • 著者名/発表者名
      橋川祥史、村田理尚、若宮淳志、村田靖次郎
    • 学会等名
      第27回基礎有機化学討論会
    • 発表場所
      広島国際会議場
    • 年月日
      2016-09-01
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] HFとH2Oの双方を内包したフラーレンC70の合成と性質2016

    • 著者名/発表者名
      張鋭、村田理尚、若宮淳志、村田靖次郎
    • 学会等名
      第27回基礎有機化学討論会
    • 発表場所
      広島国際会議場
    • 年月日
      2016-09-01
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 水単分子ならびに水二量体を内包したフラーレンC70の合成2016

    • 著者名/発表者名
      村田靖次郎、張鋭、村田理尚、若宮淳志
    • 学会等名
      新学術領域研究「感応性化学種が拓く新物質科学」第6回公開シンポジウム
    • 発表場所
      広島大学東広島キャンパス・広島大学学士会館レセプションホール
    • 年月日
      2016-05-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 開口フラーレンC60誘導体の閉環反応に関する研究2016

    • 著者名/発表者名
      二子石師、村田理尚、若宮淳志、村田靖次郎
    • 学会等名
      日本化学会第96回春季年会
    • 発表場所
      同志社大学京田辺キャンパス
    • 年月日
      2016-03-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] アザフラーレンC59Nに内包された水分子の動的挙動2016

    • 著者名/発表者名
      橋川祥史、村田理尚、若宮淳志、村田靖次郎
    • 学会等名
      日本化学会第96回春季年会
    • 発表場所
      同志社大学京田辺キャンパス
    • 年月日
      2016-03-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Open-cage Fullerenes toward Endofullerenes and Heterofullerenes2015

    • 著者名/発表者名
      Yasujiro Murata
    • 学会等名
      The 2015 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
    • 発表場所
      Honolulu, USA
    • 年月日
      2015-12-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 炭素π共役系分子錯体の非平衡単分子界面科学2015

    • 著者名/発表者名
      村田靖次郎
    • 学会等名
      第5回CSJ化学フェスタ2015
    • 発表場所
      タワーホール船堀、東京
    • 年月日
      2015-10-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Open-Cage Fullerenes: Fascinating Host Molecules for Small Molecules and Rational Precursors for Endofullerenes and Heterofullerenes2015

    • 著者名/発表者名
      Yasujiro Murata, Tsukasa Futagoishi, Rui Zhang, Yoshifumi Hashikawa, Michihisa Murata, and Atsushi Wakamiya
    • 学会等名
      16th International Symposium on Novel Aromatic Compounds
    • 発表場所
      Madrid, Spain
    • 年月日
      2015-07-05
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [図書] Chemical Science of pi-Electron Systems2015

    • 著者名/発表者名
      Murata, Y.
    • 総ページ数
      14
    • 出版者
      Springer, Japan
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2018-03-28  

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