[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

フラーレンの“籠”でH2O2を運ぶ

[スポンサーリンク]

過酸化水素分子内包フラーレン誘導体を、大気圧・室温条件下で合成する方法が開発された。

分子内包フラーレン

 フラーレンは構造的美しさもさることながら、その内部空間に単原子や気体分子などを取り込むことができるため、分子カゴとしての機能が注目されている(1)。特に、フラーレンの表面構造を有機合成により開環させることで、自在な分子取り込みが近年可能になりつつある(1)1995年、Wudlらは初めて開環フラーレン1の合成に成功した(2)。しかし開環部が小さく、ヘリウム原子すらも内包できないものであった。2001年にRubinらは大きい開環部をもつフラーレン2を合成し、初めてフラーレン誘導体にヘリウム原子および水素分子を挿入することに成功した(3)。また、2005年に小松らは、フラーレン3が水素を内包できることを見出した(4)。また、3は水素を内部に保ったまま閉環させることで、水素内包フラーレンH2@C60へ導くことが可能である。これらの先駆的な報告を皮切りに、今回の著者であるGanらを含めいくつかのグループが独自の開環部をもつフラーレン誘導体47を合成し、種々の気体分子やH2Oを内包できることを報告している(5–9)(ケムステ関連記事も参照)。しかし、未だ過酸化水素の内包はできていない。これは、過酸化水素が不安定であること、そして、その分解物として生じる活性酸素種が望まぬ副反応を併発してしまうためである。これが原因で、フラーレンに限らず過酸化水素を内包可能な分子容器は未だ報告されていなかった。

 今回、北京大学のGan教授らは、過酸化水素分子を大気圧・室温という温和な条件で挿入可能な新規開環フラーレン誘導体を合成したので紹介する。

図1. フラーレンコンテナ(出典:論文、参考文献、Ganらの研究室HPより引用)

“Oxygen-Delivery Materials: Synthesis of an Open-Cage Fullerene Derivative Suitable for Encapsulation of H2O2and O2

Li, Y.; Lou, N.; Xu, D.; Pan, C.; Lu, X.; Gan, L. B. Angew. Chem., Int. Ed.2018, 57, 14144.

DOI: 10.1002/anie.201808926

論文著者の紹介

研究者:Gan Liangbing

研究者の経歴:
1983   B.Sc., Wuhan University
1989   Ph.D., University of Alberta, Canada
1989–1991   Postdoc, University of Sherbrooke, Canada
1991–1992   Postdoc, Peking University
1993–1997   Assistant Prof., Peking University
1998–   Professor., Peking University
2003.9–2004.2   Croucher Visiting Prof., City University of Hong Kong

研究内容:フラーレンの化学

論文の概要

 フラーレン誘導体9を出発物質とし、還元的条件によるフラーレン骨格の表面構造の化学修飾、続く酸化条件下開口部の環拡大を繰り返して過酸化水素内包型フラーレン8を合成した(2A)。すなわち、ホスフィン酸ナトリウム一水和物/ヨウ化カリウム/ヨウ化銅を用いる還元条件aにより9の過酸部位を還元し、続いて、光増感剤C60と酸素存在下、光照射する酸化条件bにより、中間体10C=C結合の酸化開裂を起こし11を得た。その後再び還元条件aを用いて11を還元的芳香族化させて12とした。最後に酸化条件bにより、C=C結合をもう一つ酸化開裂させることで、8と水分子を内包したH2O@8を合成した。

 合成した8は過酸化水素を加えることで、過酸化水素分子を内包したH2O2@8となる。特筆すべきことに室温・大気圧下で過酸化水素の内包が進行する。8の開環部が過酸化水素分子の挿入に適した楕円型であること、さらに開環部のラクトン、ラクタムとの水素結合により過酸化水素分子が開環部に近付きやすいことが、今回の成功の鍵と考えられている。しかし、この溶液を室温にて数時間放置すると、一部のH2O2@8H2O@8に変化することが確認されており、安定性の面では未だ課題が残っている(2B)

 以上、新規開環フラーレン誘導体を合成し、大気圧・室温という温和な条件で過酸化水素分子を挿入することに成功した。安定性に改善の余地は残すものの、反応性の高い分子の内包に成功した好例と言えるだろう。

図2. 過酸化水素分子内包フラーレン誘導体の合成およびその安定性(出典:論文より引用)

ケムステ関連記事

参考文献

  1. (a)Murata, M.; Murata, Y.; Komatsu, K. Chem. Commun .2008, 0, 6083. DOI:10.1039/b811738a (b)Vougioukalakis, G. C.; Roubelakis, M. M.; Orfanopoulos, M. Chem. Soc. Rev.2010, 39, 817. DOI:10.1039/B913766A(c)Gan,L. B.; Yang, D. Z.; Zhang, Q. Y.; Huang, H. Adv. Mater.2010, 22, 1498. DOI:10.1002/adma.200903705
  2. Hummelen, J. C.; Prato, M.; Wudl, F. J. Am. Chem. Soc.1995, 117, 7003. DOI:10.1021/ja00131a024
  3. Rubin, Y.; Jarrosson, T.; Wang, G. W.; Bartberger, M. D.; Houk, K. N.; Schick, G.; Saunders, M.; Cross, R. J. Angew. Chem., Int. Ed.2001, 40, 1543. DOI:10.1002/1521-3773(20010417)40:8<1543::AID-ANIE1543>3.0.CO;2-6
  4. Komatsu, K.; Murata, M.; Murata, Y. Science 2005, 307, 238. DOI:1126/science.1106185
  5. Iwamatsu, S.; Stanisky, C. M.; Cross, R. J.; Saunders, M.; Mizorogi, N.; Nagase, S.; Murata, S. Angew. Chem. Int. Ed.2006, 45, 5337. DOI:10.1002/anie.200601241
  6. Kurotobi, K.; Murata, Y. Science 2011, 333, 613. DOI:1126/science.1206376
  7. Yu, Y.;Shi, L.; Yang, D.; Gan, L. B. Sci. 2013, 4, 814. DOI:10.1039/c2sc21760k
  8. Krachmalnicoff, A.; Bounds, R.; Mamone, S.; Alom, S.; Concistrè, M.; Meier, B.; Kouřil, K.; Light, M. E.; Johnson, M. R.; Rols, S.; Horsewill, A. J.; Shugai, A.; Nagel, U.; Rõõm, T.; Carravetta, M.; Levitt, M. H.; Whitby, R. J. Chem.2016, 8, 953. DOI: 10.1038/nchem.2563
  9. Futagoishi, T.; Aharen, T.; Kato, T.; Kato, A.; Ihara, T.; Tada, T.; Murata, M.; Wakamiya, A.; Kageyama, H.; Kanemitsu, Y.; Murata, Y. Angew. Chem. Int. Ed.2017, 56, 4261. DOI:10.1002/anie.201701212

山口 研究室

投稿者の記事一覧

早稲田大学山口研究室の抄録会からピックアップした研究紹介記事。

関連記事

  1. 製薬系企業研究者との懇談会(オンライン)
  2. 武装抗体―化学者が貢献できるポイントとは?
  3. 環サイズを選択できるジアミノ化
  4. 化学者のためのエレクトロニクス講座~電解銅めっき編~
  5. 組曲『ノーベル化学賞』
  6. 第93回日本化学会付設展示会ケムステキャンペーン!Part I
  7. 香料:香りの化学3
  8. ナイトレンの求電子性を利用して中員環ラクタムを合成する

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 核酸塩基は4つだけではない
  2. 水島 公一 Koichi Mizushima
  3. グラクソ、抗血栓症薬「アリクストラ」の承認を取得
  4. 上田 善弘 Yoshihiro Ueda
  5. アレノフィルを用いるアレーンオキシドとオキセピンの合成
  6. 機械学習は、論文の流行をとらえているだけかもしれない:鈴木ー宮浦カップリングでのケーススタディ
  7. セメントから超電導物質 絶縁体のはずなのに
  8. ネバー転位 Neber Rearrangement
  9. 有機合成化学協会誌2018年10月号:生物発光・メタル化アミノ酸・メカノフルオロクロミズム・ジベンゾバレレン・シクロファン・クロミック分子・高複屈折性液晶・有機トランジスタ
  10. 痔の薬のはなし after

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2018年11月
 1234
567891011
12131415161718
19202122232425
2627282930  

注目情報

最新記事

ベテラン研究者 vs マテリアルズ・インフォマティクス!?~ 研究者としてMIとの正しい向き合い方

開催日 2024/04/24 : 申込みはこちら■開催概要近年、少子高齢化、働き手の不足…

第11回 慶應有機化学若手シンポジウム

シンポジウム概要主催:慶應有機化学若手シンポジウム実行委員会共催:慶應義塾大…

薬学部ってどんなところ?

自己紹介Chemstationの新入りスタッフのねこたまと申します。現在は学部の4年生(薬学部)…

光と水で還元的環化反応をリノベーション

第609回のスポットライトリサーチは、北海道大学 大学院薬学研究院(精密合成化学研究室)の中村顕斗 …

ブーゲ-ランベルト-ベールの法則(Bouguer-Lambert-Beer’s law)

概要分子が溶けた溶液に光を通したとき,そこから出てくる光の強さは,入る前の強さと比べて小さくなる…

活性酸素種はどれでしょう? 〜三重項酸素と一重項酸素、そのほか〜

第109回薬剤師国家試験 (2024年実施) にて、以下のような問題が出題されま…

産総研がすごい!〜修士卒研究職の新育成制度を開始〜

2023年より全研究領域で修士卒研究職の採用を開始した産業技術総合研究所(以下 産総研)ですが、20…

有機合成化学協会誌2024年4月号:ミロガバリン・クロロププケアナニン・メロテルペノイド・サリチル酸誘導体・光励起ホウ素アート錯体

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2024年4月号がオンライン公開されています。…

日本薬学会第144年会 (横浜) に参加してきました

3月28日から31日にかけて開催された,日本薬学会第144年会 (横浜) に参加してきました.筆者自…

キシリトールのはなし

Tshozoです。 35年くらい前、ある食品メーカが「虫歯になりにくい糖分」を使ったお菓子を…

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