円筒状の共役系化合物を用いた新しい超分子複合体の設計・合成・機能の研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14340197
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 川瀬 毅 大阪大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (10201443)
• Keywords: 円筒状共役分子 / フラーレン / 錯形成 / 超分子化学 / 分子間相互作用 / カーボンナノチューブ

Research Abstract

非平面状のπ電子系をもつフラーレンやカーボンナノチューブなどの炭素同素体は物理・化学両面から詳細な研究が行われ、いくつもの興味ある物性が見い出されてきた。しかし、π電子ローブの突き出た空孔内の性質、特に他の分子や原子との相互作用や、外側のπ系との電子状態の違いは未だに明確ではない。申請者は先にナノメータースケールの空孔を持つベルト状の共役系化合物として[n]CPPA (Cyclic Para-Phenylacetylene)1a-d(n=6〜9)を比較的安定な化合物として合成した。我々は、この分子をカーボンナノリング(CNR)と呼んでいる。この分子はフラーレン類などをはじめ、他の分子との超分子相互作用を検討する良いモデル分子と期待された。本年度は
(1)酸素官能化されたCNRを合成し、カーボンナノチューブの可溶化を検討した。空孔サイズと官能基のアルキル鎖長によってカーボンナノチューブの溶解能に違いがあることがわかった。すなわち、置換基をもたない母体CNRでは、錯体を形成して逆に沈澱してしまうこと、オクタブトキシ体では、一度溶解したナノチューブが数時間後には再沈澱すること、オクタオクトキシル体では、再沈澱しないことがわかった。
(2)1aの芳香環を全てナフタレン環に置き換えたCNRとフラーレンが非常に安定な錯体を形成すること、ホストが深い空孔を持つことから錯体を形成した状態でホストのコンフォメーション変化が起きることを見出した。さらに、NMRスペクトルの解析から、錯体の解離とコンフォメーション変化過程の熱力学的パラメーターを算出し両者のエントロピー項に特徴的な違いが現れることを明らかにした。この結果は曲面状の共役系間の相互作用の理解を一歩進めたものと考えている。

Research Products

• [Publications] T.Kawase: "7,7-Dicyano-8,8-bis[4-(N, N-dimethylamino)phenyl]-meta-xylylenes : The First Stable Zwitterionic Metaxylylene Derivatives"Chemistry Lett.. 32. 322-323 (2003)
• [Publications] T.Kawase: "All-Hydrocarbon Inclusion Complexes of Carbon Nanorings, Cyclic [6]- and [8]Paraphenylacetylenes"Angew.Chem.Int.Ed.. 42. 1621-1624 (2003)
• [Publications] T.Kawase: "Complexation of a Carbon Nanoring with Fullerenes"Angew.Chem.Int.Ed.. 42. 1624-1628 (2003)
• [Publications] K.Utsumi: "[2.0.2.0]Metacyclophane-1,15-diynes : A Potential Fragment of Double-Helica Conjugated Systems"Chemistry Lett.. 32. 412-413 (2003)
• [Publications] H.Kurata: "Novel Monocation, Dication, and Dianion of a Cage Molecule, Trithienylmethanophane"Chemistry Lett.. 32. 422-423 (2003)
• [Publications] H.Kurata: "Synthesis, Structure and Properties of a Dibenzo-ortho-terphenoquinone. The first o-Terphenoquinone Derivative"Chemistry Lett.. 32. 538-539 (2003)
• [Publications] T.Kawase: "Thermal Rearrangement of 2,5-Bis(dicyanomethylene)bicyclo[4.2.0]oct-7-ene 2,5-Bis(dicyanomethylene)bicyclo[4.2.0]octa-3,7-diene"Bull.Chem.Soc., Jpn.. 76. 1793-1799 (2003)
• [Publications] T.Kawase: "Complexation of Carbon Nanorings with Fullerenes. Novel Supramolecular Dynamics and Structural Tuning for a Fullerene Sensor"Angew.Chem.Int.Ed.. 42. 5597-5600 (2003)
• [Publications] T.Kawase: "Onion-Type Complexation Based on Carbon Nanorings and a Buckminsterfullerene"Angew.Chem.Int.Ed.. 43(in press). (2004)