空気中で安定なカチオン性炭化水素ナノベルト

－長波長発光材料や超分子材料などへの応用に期待－

化学
2025.05.01
カチオン
トランスフォーマティブ生命分子研究所
ナノカーボン
ナノベルト
メチレン架橋シクロパラフェニレン
蛍光
八木 亜樹子
伊丹 健一郎

概要

理化学研究所（理研）開拓研究所伊丹分子創造研究室の伊丹健一郎主任研究員（環境資源科学研究センター拡張ケミカルスペース研究チームチームディレクター、名古屋大学トランスフォーマティブ生命分子研究所（WPI-ITbM）主任研究者）、名古屋大学トランスフォーマティブ生命分子研究所の八木亜樹子特任准教授、名古屋大学大学院理学研究科の甲斐恒成博士前期課程学生（研究当時）、河野英也博士後期課程学生（研究当時、現理研開拓研究所伊丹分子創造研究室特別研究員）らの国際共同研究グループは、カチオン（陽イオン）性炭化水素ナノベルト^[1]であり、空気中で固体状態および溶液状態の双方で高い安定性を持つ「MCPPカチオン」の合成に成功しました。
本研究により、MCPPカチオンは、長波長領域に鋭い吸収スペクトルを持つほか、ジカチオン（2価の陽イオン）は高い蛍光量子収率^[2]を持つナノベルトであることが分かりました。さらに、ジカチオン体は磁場環境において強いジアトロピックベルト電流^[3]を持ち、特徴的なプロトン核磁気共鳴（1H NMR）^[4]シグナルを生じることを理論・実験の両面で明らかにしました。
MCPPカチオンの持つこれらの特徴を生かして、長波長発光材料や超分子材料^[5]などへの展開が行われることが期待されます。
本研究は、英国王立化学会雑誌『Chemical Science 』オンライン版（4月23日付）に掲載されました。
 
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用語説明

[1] ナノベルト
ベンゼンなどの芳香環が縮環構造を形成しながら筒状に連結された分子群の総称。
 
[2] 蛍光量子収率
物質が紫外線や可視光など光のエネルギーを吸収して、それより小さなエネルギーの光として再び放出する現象を蛍光という。1個の光子が吸収されたとき、蛍光となって光子が放出される確率を蛍光量子収率といい、これは、入射光による励起によって放出された光子の数と、物質に吸収された入射光の光子数との比である。
 
[3] ジアトロピックベルト電流、パラトロピックベルト電流
共役が環状につながった分子が磁場中に置かれると流れる電流を環電流と呼び、特にナノベルトの分子全体に流れるものをベルト電流と呼ぶ。このうち、芳香族性を示すものをジアトロピックベルト電流、反芳香族性を示すものをパラトロピックベルト電流と呼ぶ。
 
[4] プロトン核磁気共鳴（¹H NMR）、核磁気共鳴（NMR）
核磁気共鳴は、強い磁場中に置かれた原子核に電磁波を照射して、核スピンの共鳴現象によって起こる吸収や放出を観測し、物質の分子構造や物性の解析を行う手法。分子の相互作用などの情報も得られるため、生命科学、医薬、化学、食品、材料物性といった幅広い分野で利用されている。プロトン核磁気共鳴は水素原子の原子核（1H）を対象とした測定方法。NMRはnuclear magnetic resonanceの略。
 
[5] 超分子材料
分子が非共有結合によって規則正しく配列した材料の総称。
 

論文情報

＜タイトル＞
Stable cationic nanobelts synthesized by chemical oxidation of methylene-bridged [6]cycloparaphenylene
＜著者名＞
Nobushige Kai, Hideya Kono, Timo Stünkel, Daiki Imoto, Riccardo Zanasi, Guglielmo Monaco, Francesco F. Summa, Lawrence T. Scott, Akiko Yagi, Kenichiro Itami
＜雑誌＞
Chemical Science
＜DOI＞
10.1039/D5SC01305D
 

研究代表者

トランスフォーマティブ生命分子研究所　八木 亜樹子　特任准教授，主著者：伊丹 健一郎　主任研究者
https://synth.chem.nagoya-u.ac.jp/wordpress/
 

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