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東大・AGC・広島大・京大、全ての頂点にフッ素原子が結合した立方体型分子「全フッ素化キュバン」の合成に成功

2022/8/12 3:01
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発表日:2022年08月12日

立方体型分子に電子を閉じこめる

——産学連携により前人未到の含フッ素分子の合成に成功——

1.発表のポイント:

◆全ての頂点にフッ素原子が結合した立方体型分子「全フッ素化キュバン」の合成に成功しました。

◆多面体型分子の内部空間に電子を閉じこめた状態を、初めて観測できました。

◆本成果は電子を受けとる分子の設計の常識を覆すものであり、将来的には材料科学の発展への寄与が期待されます。

2.発表概要:

東京大学大学院工学系研究科化学生命工学専攻の杉山真史大学院生、秋山みどり特任助教(研究当時)、野崎京子教授、AGC株式会社岡添隆上席特別研究員らの研究グループは、広島大学大学院先進理工系科学研究科の駒口健治准教授および京都大学大学院工学研究科の東雅大准教授との共同研究により、全ての頂点にフッ素原子が結合した立方体型分子「全フッ素化キュバン」を初めて合成し、その内部に電子を閉じこめた状態を観測することに成功しました。

全ての頂点にフッ素原子が結合した多面体型分子は、その内部に電子を受けとることが理論的に予想されていましたが、合成は達成されていませんでした。本研究グループは、AGC株式会社が開発したPERFECT法(注1)を用いて、世界で初めて全フッ素化キュバンの合成に成功しました。また、この分子の内部に電子を閉じこめた状態を観測することにも成功しました。本成果は、電子を受けとる機能性分子の設計指針に新たな可能性を示すものです。

本研究成果は、2022年8月11日(米国東部夏時間)に米国科学誌「Science」のオンライン版に掲載されます。

3.発表内容:

立方体型のキュバン、正十二面体型のドデカヘドラン、サッカーボール型のフラーレンといった多面体型分子は、その美しい構造によって世界中の科学者を魅了してきました。有機合成化学の進歩によって多面体型分子の合成が達成されると、科学者の次の興味は、多面体構造の内部空間に単一粒子を閉じこめることに移りました。これまでに、金属原子や希ガス原子、水素分子、水分子を多面体型分子に閉じこめた例が報告されています。一方で、量子化学計算(注2)によって「多面体型分子の頂点の全ての炭素にフッ素原子が結合していると、その内部空間に電子が閉じこめられる」と予想されていました。これは、電子が入っていない空の分子軌道(注3)が多面体の内部に集合して、電子を受けとりやすいLUMO(注4)を形成するためです(図1)。このような現象は非常に興味深いものですが、全ての炭素にフッ素原子が結合した多面体型分子の合成が難しく、予想の域を出ていませんでした。

※以下は添付リリースを参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

添付リリース

https://release.nikkei.co.jp/attach/638041/01_202208121048.pdf

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