[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
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. 高効率な可視-紫外フォトン・アップコンバージョン材料の開発 ~太…
  2. 有機機能性色素におけるマテリアルズ・インフォマティクスの活用とは…
  3. マイクロ波プロセスの工業化 〜環境/化学・ヘルスケア・電材領域で…
  4. 第三回 ケムステVシンポ「若手化学者、海外経験を語る」を開催しま…
  5. JSRとはどんな会社?-1
  6. 【書籍】「メタノールエコノミー」~CO2をエネルギーに変える逆転…
  7. 『Ph.D.』の起源をちょっと調べてみました② 化学(科学)編
  8. 化学者がMidjourneyで遊んでみた

注目情報

ピックアップ記事

  1. オーストラリア国境警備で大活躍の”あの”機器
  2. 渡辺化学工業ってどんな会社?
  3. 「ドイツ大学論」 ~近代大学の根本思想とは~
  4. マテリアルズ・インフォマティクスの推進成功事例 -なぜあの企業は最短でMI推進を成功させたのか?-
  5. 有機合成化学協会誌2018年9月号:キラルバナジウム触媒・ナフタレン多量体・バイオインスパイアード物質変換・エラジタンニン・モルヒナン骨格・ドナー・アクセプター置換シクロプロパン・フッ素化多環式芳香族炭化水素
  6. 抗がん剤などの原料の新製造法
  7. アルツハイマー病・ワクチン開発相次ぐ、副作用回避へ知恵絞る
  8. 第七回ケムステVプレミアレクチャー「触媒との『掛け算』で研究者を育て、組織を面白く、強くする」
  9. 薄層クロマトグラフィ / thin-layer chromatography (TLC)
  10. 第117回―「感染症治療を志向したケミカルバイオロジー研究」Erin Carlson准教授

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

硫黄と別れてもリンカーが束縛する!曲がったπ共役分子の構築

紫外光による脱硫反応を利用することで、本来は平面であるはずのペリレンビスイミド骨格を歪ませることに成…

有機合成化学協会誌2024年11月号:英文特集号

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2024年11月号がオンライン公開されています。…

小型でも妥協なし!幅広い化合物をサチレーションフリーのELSDで検出

UV吸収のない化合物を精製する際、一定量でフラクションをすべて収集し、TLCで呈色試…

第48回ケムステVシンポ「ペプチド創薬のフロントランナーズ」を開催します!

いよいよ本年もあと僅かとなって参りましたが、皆様いかがお過ごしでしょうか。冬…

3つのラジカルを自由自在!アルケンのアリール–アルキル化反応

アルケンの位置選択的なアリール–アルキル化反応が報告された。ラジカルソーティングを用いた三種類のラジ…

【日産化学 26卒/Zoomウェビナー配信!】START your ChemiSTORY あなたの化学をさがす 研究職限定 キャリアマッチングLIVE

3日間で10領域の研究職社員がプレゼンテーション!日産化学の全研究領域を公開する、研…

ミトコンドリア内タンパク質を分解する標的タンパク質分解技術「mitoTPD」の開発

第 631 回のスポットライトリサーチは、東北大学大学院 生命科学研究科 修士課程2…

永木愛一郎 Aiichiro Nagaki

永木愛一郎(1973年1月23日-)は、日本の化学者である。現在北海道大学大学院理学研究院化学部…

11/16(土)Zoom開催 【10:30~博士課程×女性のキャリア】 【14:00~富士フイルム・レゾナック 女子学生のためのセミナー】

化学系の就職活動を支援する『化学系学生のための就活』からのご案内です。11/16…

KISTEC教育講座『中間水コンセプトによるバイオ・医療材料開発』 ~水・生体環境下で優れた機能を発揮させるための材料・表面・デバイス設計~

 開講期間 令和6年12月10日(火)、11日(水)詳細・お申し込みはこちら2 コースの…

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