[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

顕微鏡で化学反応を見る!?

[スポンサーリンク]

 

Observations of Chemical Reactions at the Atomic Scale: Dynamics of Metal-Mediated Fullerene Coalescence and Nanotube Rupture
Chuvilin, A.; Khlobystov, A. N.; Obergfell, D.; Haluska, M.; Yang, S.; Roth, S.; Kaiser, U.
Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 193-196. DOI : 10.1002/anie.200902243

フラスコの中では一体何が起こっているのだろう……?

化学者が毎日想像する化学反応の様子を観測してしまった、インパクト抜群な論文が登場しました。

冒頭の図にある黒い点は、ジスプロシウムというランタノイド原子。始めは、カーボンナノチューブの中のフラーレンのそのまた中に入っていたこの原子が、フラーレンを喰い破り、さらにはナノチューブまで破壊してしまった――「フラーレン」「カーボンナノチューブ」といった化学を好きな人なら一度は耳にしたことのある花形分子たちが反応するその様子を、TEMを用いてリアルタイムで捉えることに成功しています。

早速その内容を見ていきましょう。

 

ナノサイズの試験管

今回映し出されている「化学反応」は、いわゆるナノピーポッドが舞台となっています。

peapod.PNG

ナノピーポッドとはフラーレンを内包したカーボンナノチューブの総称で、さやえんどうを連想させる姿からこう呼ばれています。詳しくは後述しますが、TEMという電子顕微鏡は電子線を「透過」させて像を得るので、試料はある程度薄いことが求められます。その点、カーボンナノチューブは厚み(=直径)がナノメートルサイズなのでTEMと相性が良く、ナノサイズの「試験管」として注目を集めています。実際、ランタノイド原子を内包したフラーレン自体はこの「試験管」を用いることで観測された例が以前にもありました。

では、なぜ今回、その反応までもを捉えることができたのか……?

鍵となったのは2つで、フラーレンに内包させるランタノイド原子としてジスプロシウム; Dyを選んだことと、観測に使ったTEMの電子線の出力を低くコントロールしたことでした。

 

Dy@C82

2015-06-09_08-06-09

この、一見「目玉おやじ」にも見えるもの、これがジスプロシウムを内包したフラーレンです。

不勉強にしてランタノイドについて明るくはないのですが、多くのランタノイド原子は安定な酸化状態として通常3価のみをとる一方、ジスプロシウムは4価もとり、これが大変強力な酸化剤となるとのこと。これを活性種として、ジスプロシウム内包フラーレン2分子がラジカル的に反応する機構が提案されています。

これはつまり、Dy(III)とDy(IV)による触媒サイクルが成立しているということです。言葉の厳密な意味を考えると正しくない表現かもしれませんが、一つ目のキーポイントはいわば適切な触媒を選んだことと言えると思います。

 

この反応においてジスプロシウムの酸化に効いているのが、2つ目の鍵であるTEMの電子線です。

 

TEM

TEMTransmission Electron Microscopeの略で、日本語では透過型電子顕微鏡といいます。少し乱暴なたとえですが、TEMの原理は葉っぱを太陽にかざすと葉脈が透けてみえるのと似ていて、光の代わりに加速した電子を試料に当てて、透過してきた電子を観測しています。

今回の反応の引き金となっているのはこの電子線が持つエネルギーであり、これによってジスプロシウムが酸化され、前述のような反応が進むようです。

実はこの電子線の加速電圧を調整することがミソだったようで、強すぎると(エネルギーが大きすぎると)フラーレンやナノチューブを直接破壊してしまい、その速さはTEMによる観測の時間尺度より早くなってしまうとのこと。これまで化学反応が捉えられなかったのは、ここに原因がありました。

タイトルにMetal-Mediatedとあるように、今回はエネルギーを低くコントロールし、一旦ジスプロシウムに渡す過程を踏むことで時間尺度の問題を緩和でき、このような観測が可能になったようです。

 

化学反応を直接観測したといっても、まだ原子が置換される様子が手にとるようにわかるとは言えませんが、ここまで見えるようになったのか、というのにただただ感心してしまいました。同論文のSapporting Infomationには動画もありました。大学のHPにも上がっていてどなたでも閲覧できますので、ぜひご覧下さい(コチラ)。約2分程度の動画ですが、最後の数秒であっという間にナノチューブが切断される様は一見の価値ありです。

 

ところで、この記事を書いているあいだにも化学は進歩していたようで、先日は東大の中村栄一教授がさらに詳しく化学反応を観測することに成功したようです。(Nature Chemistry, 2009, 2, 117 – 124 DOI:10.1038/NCHEM.482)こちらについても後ほど紹介したいなと思います。

 

arrow

投稿者の記事一覧

大学で有機金属触媒について研究している学生→発光材料や分子性電子素子を研究している大学教員になりました。 好きなものはバスケとお酒、よくしゃべりよく聞きよく笑うこと。 日々の研究生活で見、聞き、感じ、考えたことを発信していきます。

関連記事

  1. 有機合成化学協会誌2020年7月号:APEX反応・テトラアザ[8…
  2. 経験の浅い医療系技術者でも希望にかなう転職を実現。 専門性の高…
  3. 革新的なオンライン会場!「第53回若手ペプチド夏の勉強会」参加体…
  4. 光触媒で人工光合成!二酸化炭素を効率的に資源化できる新触媒の開発…
  5. 無保護カルボン酸のラジカル機構による触媒的酸化反応の開発
  6. 世界の「イケメン人工分子」① ~ 分子ボロミアンリング ~
  7. 海外留学ってどうなんだろう? ~きっかけ編~
  8. ピーナッツ型分子の合成に成功!

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 鉄の新たな可能性!?鉄を用いたWacker型酸化
  2. カテラニ反応 Catellani Reaction
  3. アミノ酸「ヒスチジン」が脳梗塞に有効――愛媛大が解明
  4. アダム・コーエン Adam E. Cohen
  5. 第一三共/イナビルをインフルエンザ予防申請
  6. あなたはどっち? 絶対立体配置
  7. 万有製薬、つくば研究所を閉鎖
  8. 「元素戦略プロジェクト」に関する研究開発課題の募集について
  9. ヘテロカンシラノール
  10. プラサナ・デ・シルバ A Prasanna de Silva

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2010年1月
 123
45678910
11121314151617
18192021222324
25262728293031

注目情報

注目情報

最新記事

国内最大級の研究者向けDeepTech Company Creation Program「BRAVE FRONTIER」 2022年度の受付開始 (7/15 〆切)

Beyond Next Ventures株式会社(本社:東京都中央区、代表取締役社⻑:伊藤毅、以下「…

イミンアニオン型Smiles転位によるオルトヒドロキシフェニルケチミン合成法の開発

第394回のスポットライトリサーチは、東京農工大学 大学院工学府 応用化学専攻 森研究室の神野 峻輝…

マテリアルズ・インフォマティクスで用いられる統計[超入門]-研究者が0から始めるデータの見方・考え方-

開催日:2022/07/06 申込みはこちら■開催概要近年、少子高齢化、働き手の不足の影…

表面酸化した銅ナノ粒子による低温焼結に成功~銀が主流のプリンテッドエレクトロニクスに、銅という選択肢を提示~

第393回のスポットライトリサーチは、北海道大学 大学院工学院 材料科学専攻 マテリアル設計講座 先…

高分子材料におけるマテリアルズ・インフォマティクスの活用とは?

 申込みはこちら■セミナー概要本動画は、20022年5月18日に開催されたセミナー「高分…

元素のふるさと図鑑

2022年も折り返しに差し掛かりました。2022年は皆さんにとってどんな年になり…

Q&A型ウェビナー カーボンニュートラル実現のためのマイクロ波プロセス 〜ケミカルリサイクル・乾燥・濃縮・焼成・剥離〜

<内容>本ウェビナーでは脱炭素化を実現するための手段として、マイクロ波プロセスをご紹介いたします…

カルボン酸、窒素をトスしてアミノ酸へ

カルボン酸誘導体の不斉アミノ化によりキラルα-アミノ酸の合成法が報告された。カルボン酸をヒドロキシル…

海洋シアノバクテリアから超強力な細胞増殖阻害物質を発見!

第 392回のスポットライトリサーチは、慶應義塾大学大学院 理工学研究科 博士後期課…

ポンコツ博士の海外奮闘録⑧〜博士,鍵反応を仕込む②〜

ポンコツシリーズ一覧国内編:1話・2話・3話国内外伝:1話・2話・留学TiPs海外編:1…

Chem-Station Twitter

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP