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2016 年度 実績報告書

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

研究課題

研究課題/領域番号 14J04983
研究機関京都大学

研究代表者

二子石 師  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2017-03-31
キーワードフラーレン / 開口フラーレン / 酸素分子 / 基底三重項 / 燐光 / 常磁性
研究実績の概要

フラーレンC60は内径約4 Åの中空構造をもち,その空間は水分子などの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,外界から完全に隔離された単分子としての性質を研究する理想的な分子となることが期待される.本研究では,酸素分子 (O2) の導入を検討した.
開口体へのO2の導入は,粉末に高圧のO2ガスを室温で接触させることで進行した.さらに,開口部上のカルボニル基を還元することで,O2を骨格内部に閉じ込めることに成功した .またHPLCを用いた精製により,酸素分子内包体を単離することができた.
続いて,酸素分子内包体の基礎特性評価をおこなった.1H NMRを測定した結果,水分子内包体のスペクトルと比較して,著しくブロードなシグナルを与えることがわかった.これは内包されたO2の常磁性に起因していると考えられる.また,ESR測定の結果,内包されたO2の三重項間の遷移に由来するシグナルが明確に観測され,酸素分子内包体が基底三重項をもつことが示された.磁化率測定においては,反強磁性転移を伴わない常磁性の振る舞いが観測され,キュリー・ワイスの法則に従うことがわかった.これは,多孔質錯体 (PCP) およびカーボンナノチューブ (SWCNTs) 中に内包されたO2が,分子間で反強磁性の相互作用を示す結果とは明瞭に異なり,O2がフラーレン骨格により効果的に隔離されていることを示している.さらに,酸素分子内包体は前述のPCPおよびSWCNTsと比較して,3 Kという低温において19倍以上の最大磁化率を示し,高いスピン密度を保持していることがわかった.
また,内包されたO2は溶液および固体状態において,特徴的な近赤外発光を示し,理論計算の結果と組み合わせることで,O2の束縛された運動がその発光に関与していることが示唆された.

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。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (1件)

  • [雑誌論文] A Stable, Soluble, and Crystalline Supramolecular System with a Triplet Ground State2017

    • 著者名/発表者名
      Futagoishi Tsukasa, Aharen Tomoko, Kato Tatsuhisa, Kato Azusa, Ihara Toshiyuki, Tada Tomofumi, Murata Michihisa, Wakamiya Atsushi, Kageyama Hiroshi, Kanemitsu Yoshihiko, Murata Yasujiro
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 56 ページ: 4261-4265

    • DOI

      10.1002/anie.201701212

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Encapsulation and Dynamic Behavior of Methanol and Formaldehyde inside Open-Cage C60 Derivatives2017

    • 著者名/発表者名
      Futagoishi Tukasa, Murata Michihisa, Wakamiya Atsushi, Murata Yasujiro
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 56 ページ: 2758-2762

    • DOI

      10.1002/anie.201611903

    • 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 Tukasa, Murata Michihisa, Wakamiya Atsushi, Murata Yasujiro
    • 雑誌名

      Chemical Communication

      巻: 53 ページ: 1712-1714

    • DOI

      10.1039/C6CC10103H

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [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
      広島大学
    • 年月日
      2016-09-01 – 2016-09-03

URL: 

公開日: 2018-01-16  

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