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サブナノ空間への小分子の導入は、構造や相互作用が究極的に規定された簡素な物理モデルに落とし込むことができることから、これまでに構築された理論や物理現象を観測する上で極めて有用である。しかし、そのような実験系モデルを構築するためには、小分子またはそのクラスターをサブナノ空間へ閉じ込める必要があり、最も単純明快な系として、我々はフラーレンの内部空間に着目した研究を展開している。
一方、フラーレンはその構造的制約により十分な空間を提供することができず、C60に至ってはわずか一分子のみが包摂されるに留まっている。こうした状況の下、高次フラーレンの利用が着目され始めているが、わずか数例のみがHe原子さえ通過できない7または8員環開口部の構築に成功している。高次フラーレンには多くの場合、金属クラスターがあらかじめ包摂されていることや、それらの入手困難性を総合的に勘案するにあたり、本手法による研究展開は困難を極めると言わざるを得ない。そこで我々は、新たなサブナノ空間を提供すべく、既存のフラーレンを用いた骨格拡張法の開発に着手した。その結果、マレイミドとの反応によりC60またはC70骨格をC65NおよびC75N骨格へと変換できることがわかった。C65N骨格においては脱炭素的骨格縮小反応によるC64N骨格への変換も達成した。すべての拡張フラーレンの構造は、単結晶X線構造解析により明らかとした。骨格内部への水分子および水素分子の導入も可能であり、C75N骨格に包摂された水分子はフラーレン骨格との相互作用が最大になるような配置で安定化することがわかった。また、内包された水素分子の緩和時間は、骨格に導入された窒素原子との磁気双極子緩和を主とする温度依存性を示すことがわかった。
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