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2015 Fiscal Year Annual Research Report

サブナノ空間の官能基化による球状π造形

Publicly Offered Research

Project Areapi-System Figuration: Control of Electron and Structural Dynamism for Innovative Functions
Project/Area Number 15H00993
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

村田 靖次郎  京都大学, 化学研究所, 教授 (40314273)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2017-03-31
Keywords水分子 / 二量体 / 水素結合 / フラーレンC70 / 内包フラーレン
Outline of Annual Research Achievements

水は生命にとって最も身近かつ重要な物質であり、水分子H2Oから構成され、水素結合によって結ばれている。水に関する研究は長らく行われてきたが、一個あるいは二個の水分子を選択的に取り出し、その基礎的物性を明らかにした研究例はほとんどない。我々はこれまでに、フラーレンの炭素骨格の変換反応を機軸として、水一分子を内包したC60の有機化学的な合成法を開発してきた。本研究では、C60より大きな内部空間をもつフラーレンC70に対してこの手法を適用し、水分子を一個または二個内包したC70の合成に取り組んだ。
C70とピリダジン誘導体との熱反応では、α結合またはβ結合で反応した8員環α開口体 (40%)と8員環β開口体 (6%)が得られ。今回、β開口体を出発原料として2段階の反応により、13員環開口体を合成した。この化合物をトルエン中水存在下で加熱すると、水単分子が86%の内包率でC70内部に挿入でき、さらに2段階の反応により開口部を完全に閉環することに成功した。1H NMR (CDCl3/CS2 = 1/1) 測定の結果、内包された水単分子由来のシングレットのシグナル (-27.1 ppm) に加えて-25.3 ppmにシングレットが観測された。リサイクルHPLCを用いて精製した結果、後者のシグナルは水二量体を内包したC70に対応することが明らかとなり、H2O@C70と(H2O)2@C70の生成比は積分比より98 : 1と見積もられた。内包された水二量体の化学シフトは、内包された水単分子と比較して大きく低磁場側にシフトしていることから、水二量体はC70骨格内部で水素結合を形成し、NMRのタイムスケールを超える速さで交換が起きていることがわかった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初予想していなかった、水分子の二量体をフラーレン内部に閉じ込めることができたため。

Strategy for Future Research Activity

二分子の水がフラーレン内部に挿入されることを見出すことが出来たため、異種2分子をフラーレン内部に閉じ込める手段を開発する。

  • Research Products

    (10 results)

All 2016 2015

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Synthesis of a Distinct Water Dimer inside Fullerene C702016

    • Author(s)
      Zhang, R.; Murata, M.; Aharen, T.; Wakamiya, A.; Shimoaka, T.; Hasegawa, T.; Murata, Y.
    • Journal Title

      Nat. Chem.

      Volume: 8 Pages: 435-441

    • DOI

      10.1038/NCHEM.2464

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Synthesis and Properties of Endohedral Aza[60]fullerenes: H2O@C59N and H2@C59N as Their Dimers and Monomers2016

    • Author(s)
      Hashikawa, Y.; Michihisa, M.; Wakiamiya, A.; Murata, Y.
    • Journal Title

      J. Am. Chem. Soc.

      Volume: 138 Pages: 4096-4104

    • DOI

      10.1021/jacs.5b12795

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] 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

    • Author(s)
      Futagoishi, T.; Murata, M.; Wakamiya, A.; Murata, Y.
    • Journal Title

      Angew. Chem. Int. Ed.

      Volume: 54 Pages: 14791-14794

    • DOI

      10.1002/anie.201507785

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Dynamic Optical Properties of CH3NH3PbI3 Single Crystals as Revealed by One- and Two-Photon Excited Photoluminescence Measurements2015

    • Author(s)
      Yamada, Y.; Yamada, T.; Phuong, L. Q.; Maruyama, N.; Nishimura, H.; Wakamiya, A.; Murata, Y.; Kanemitsu, Y.
    • Journal Title

      J. Am. Chem. Soc.

      Volume: 137 Pages: 10456-10459

    • DOI

      10.1021/jacs.5b04503

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electron Deficient Tetrabenzo-fused Pyracylene and Conversions into Curved and Planar π-Systems with Distinct Emission Behaviors2015

    • Author(s)
      Chaolumen, Murata, M.; Sugano, Y.; Wakamiya, A.; Murata, Y.
    • Journal Title

      Angew. Chem. Int. Ed.

      Volume: 54 Pages: 9308-9312

    • DOI

      10.1002/anie.201503783

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Open-cage Fullerenes toward Endofullerenes and Heterofullerenes2015

    • Author(s)
      Yasujiro Murata
    • Organizer
      The 2015 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
    • Place of Presentation
      Honolulu, USA
    • Year and Date
      2015-12-15 – 2015-12-20
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] かご型炭素クラスターC60およびC59Nに内包されたH2OとH2の1H NMR緩和時間2015

    • Author(s)
      橋川祥史、村田理尚、若宮淳志、村田靖次郎
    • Organizer
      第54回NMR討論会
    • Place of Presentation
      千葉工業大学津田沼キャンパス
    • Year and Date
      2015-11-06 – 2015-11-08
  • [Presentation] 炭素π共役系分子錯体の非平衡単分子界面科学2015

    • Author(s)
      村田靖次郎
    • Organizer
      第5回CSJ化学フェスタ2015
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀、東京
    • Year and Date
      2015-10-13 – 2015-10-15
  • [Presentation] Open-Cage Fullerenes: Fascinating Host Molecules for Small Molecules and Rational Precursors for Endofullerenes and Heterofullerenes2015

    • Author(s)
      Yasujiro Murata, Tsukasa Futagoishi, Rui Zhang, Yoshifumi Hashikawa, Michihisa Murata, and Atsushi Wakamiya
    • Organizer
      16th International Symposium on Novel Aromatic Compounds
    • Place of Presentation
      Madrid, Spain
    • Year and Date
      2015-07-05 – 2015-07-10
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] X-Ray Structure and Properties of Endohedral C70 Encapsulating Water Molecule(s)2015

    • Author(s)
      Rui Zhang, Michihisa Murata, Atsushi Wakamiya, and Yasujiro Murata
    • Organizer
      16th International Symposium on Novel Aromatic Compounds
    • Place of Presentation
      Madrid, Spain
    • Year and Date
      2015-07-05 – 2015-07-10
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-01-16  

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