村田靖次郎 化学研究所教授らは、炭素原子が球状に結合しているフラーレンの一種であるC 70 の内部に水分子を閉じ込めることに成功しました。

研究成果は、2016年3月7日（米国時間）の週に科学誌「Nature Chemistry」のオンライン速報版で公開されました。

研究者からのコメント 以前の研究において、フラーレンC 60 の内部に1個の水分子を閉じ込めることが可能であることを示してきました。今回、より内部空間の大きなC 70 を用いて同様のことが出来れば内部の水分子が動く様子がわかる、ということを期待して、博士後期課程2年の張鋭君達と研究に取り組みました。合成反応の開発にはとても時間がかかりましたが、当初の目的を達成することができました。さらに、2個の水分子がC 70 に閉じ込めることができるという予想外の結果も得ることができました。これは、外部からの水素結合のない水二量体の初めての例となります。今後、この手法を発展させることによってフラーレンの性質を変化させることが可能になると期待されます。また、別々の分子を1個ずつ閉じ込めることによって、小分子の構造と反応に関する基礎研究をさらに展開することを計画しています。

概要

水は生命にとって最も身近かつ重要な物質であり、水分子（H 2 O）から構成されています。しかし、1個、あるいは2個の水分子を取り出して、その基礎的物性を明らかにする研究はほとんどありませんでした。

今回、本研究グループでは、フラーレンC 70 に開口部を構築し、そこから1個、あるいは2個の水分子を内部に挿入し、その後、開口部を元通りに修復することによって、水分子を内包したフラーレンC 70 を合成しました。さらに、水分子を内包したC 70 の構造を解析して1個の水分子が単独で動いている様子を明らかにし、また、世界で初めて2個の水分子だけを他の水分子から孤立させ、その挙動観測に成功しました。今後、この技術を利用して、水の単分子や2個の分子の物性研究を詳細に行うことが可能になり、生命に最も関係の深い水の挙動解明を進める事が可能となります。

詳しい研究内容について

書誌情報

[DOI] http://dx.doi.org/10.1038/nchem.2464

Rui Zhang, Michihisa Murata, Tomoko Aharen, Atsushi Wakamiya, Takafumi Shimoaka, Takeshi Hasegawa and Yasujiro Murata

"Synthesis of a distinct water dimer inside fullerene C70"

Nature Chemistry, Published online 07 March 2016