[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(図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4–7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(図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10のC=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@8がH2O@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(図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
Avatar photo

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. 「二酸化炭素の資源化」を実現する新たな反応系をデザイン
  2. ベテラン研究者 vs マテリアルズ・インフォマティクス!?~ 研…
  3. キョウチクトウ科植物に含有される多量体型アルカロイドの完全化学合…
  4. モータータンパク質に匹敵する性能の人工分子モーターをつくる
  5. 3級C-H結合選択的な触媒的不斉カルベン挿入反応
  6. 実験の再現性でお困りではありませんか?
  7. 第二回ケムステVシンポジウム「光化学へようこそ!~ 分子と光が織…
  8. 第30回ケムステVシンポ「世界に羽ばたく日本の化学研究」ーAld…

注目情報

ピックアップ記事

  1. 小児薬、大人用を転用――アステラス、抗真菌剤
  2. 電子のやり取りでアセンの分子構造を巧みに制御
  3. 含『鉛』芳香族化合物ジリチオプルンボールの合成に成功!②
  4. 薬学部6年制の現状と未来
  5. 合成小分子と光の力で細胞内蛋白質の局在を自在に操る!
  6. 極薄のプラチナナノシート
  7. 光親和性標識法の新たな分子ツール
  8. 化学系必見!お土産・グッズ・アイテム特集
  9. 人工細胞膜上で機能するDNAナノデバイスの新たな精製方法を確立
  10. 固体高分子電解質の基礎、材料技術と実用化【終了】

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
月 火 水 木 金 土 日
 1234
567891011
12131415161718
19202122232425
2627282930  

注目情報

最新記事

光前駆体法の活用によって、ヘプタセンで初の一重項分裂を観測!

第725回のスポットライトリサーチは、京都大学大学院 理学研究科化学専攻 有機元素化学研究室(山田研…

【スタッフ・寄稿募集】Chem-Stationで、化学を「伝える側」になりませんか?

Chem-Station(ケムステ)は2000年に開設された国内最大の化学ポータルサイトです。大学・…

第17回大津会議―とある参加者の記録―

2026年9月28日~29日に開催された第17回大津会議についての、とある参加者の記録です。この記事…

第17回大津会議 -Otsu Conference- 2026 開催報告 ~新体制で紡ぐ「有機合成の夢」~

第17回大津会議が2026年9月28日(月)〜9月29日(火)びわ湖大津プリンスホテルにて開催されま…

有機合成化学協会誌2026年10月号:医薬品プロセス開発・σ芳香族性・含窒素複素環・メロテルペノイド二量体・高歪み化合物

有機合成化学協会が発行する「有機合成化学協会誌」2026年10月号がオンラインで公開されています。…

時代は水だ! セメントのように水と混ぜるだけで成形・硬化できる「水硬性」高分子

第724回のスポットライトリサーチは、東京科学大学物質理工学院(大塚研究室)博士前期課程2年の徳満玲…

複雑さを設計して、結晶の動きをプログラムする

第723回のスポットライトリサーチは、高知工科大学大学院工学研究科(林研究室) 博士後期課程3年の樋…

ハロゲンの力で強力な結合を切断!天然物クマリンから医薬品・機能性材料原料のクマラノン類へ

第 722 回のスポットライトリサーチは、立命館大学大学院薬学研究科薬学専攻 精密合…

観察を写真で残す!カメラ内蔵リアクタ EasyMax 102i を使ってみた

反応の温度も、攪拌(かくはん)も、滴下も、サンプリングもいまや自動で記録される時代になりました。とこ…

ケムステ人気新着記事 トップ 5【2026年9月版】

2026年9月にケムステでは21本の新しい記事を公開しました。この記事では、その新着記事の中から、ペ…

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