ガス分子のサイズと形状を色の変化で見分け,安定に貯蔵できる新たな空間材料の開発に成功

ピラー[n]アレーン(上図はピラー[5]アレーン)の立体構造

理工研究域物質化学系の生越友樹教授らの研究グループは,リング状有機空間材料「ピラー[n]アレーン(※1)」骨格を化学的に修飾することにより,リング内に取り込んだガス分子(ゲスト分子)のサイズと形状を“色”の変化という直観的な方法で見分けることができる新しい空間材料を開発しました。また,その色変化のメカニズムが,ゲスト分子の取り込みによって生じるピラー[n]アレーンの構造変化に起因することも明らかにしました。

開発した材料は,電気的な偏り(極性)が小さいために従来取り込みが難しかったアルカンガス分子(※2)を吸着することが可能であり,また,常温・大気圧下でガス分子を安定に貯蔵する能力を持ちます。さらに,炭素-炭素,炭素-水素結合からなるアルカンガス分子のうち,直鎖状の分子を取り込み,分岐・環状の分子は取り込まないというサイズと形状選択性も有しているため,分子の形状による選択的な検知が可能となります(図)。また,上下対称な柱状のブロック構造をしているため,構造化も容易であり高い制御性を持ちます。

有機化合物のほとんどが,炭素-炭素,炭素-水素結合を有していることを考えると,ピラー[n]アレーンは,さまざまなガス分子を選択的に取り込むことが予想されます。これらの特徴を生かすことで新たな原理に基づくガス分子の選択検知・貯蔵材料への展開が期待されます。

本研究成果は,2017年4月17日午前9時(米国東部時間)発行の米国科学誌「Journal of the American Chemical Society」オンライン版に掲載されました。

 

図.ピラー[5]アレーンの形状選択アルカン認識

直鎖のアルカンガス分子は空孔サイズにフィットしているため取り込まれるが,分岐の場合は分岐が引っかかり取り込まれない。

 

【用語解説】
※1 ピラー[n]アレーン
本研究グループが開発した分子。上下対称であり,非常に美しい柱状の形状であることから,パルテノン神殿の柱(ピラー)を取って,ピラー[n]アレーン(アレーンはベンゼン環の意味)と名付けられた。容易に合成ができ,繰り返し数(n)を変えることで,空孔サイズをオングストローム(1mの100億分の1)レベルで自在に変化させることができ,そのサイズに合った分子を選択的に取り込む機能がある。2014年には東京化成工業株式会社から,試薬として販売が開始された。

※2 アルカンガス分子
炭素-炭素結合と炭素-水素結合からなる飽和炭化水素である。化学工業における原料物質として広く利用されている。炭素数5–8のものは揮発性の高い液体である。エンジンなどの内燃機関の燃料に使われる。

 


詳しくはこちら[PDF]

Journal of the American Chemical Society

研究者情報:生越友樹

 

 

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