論文『ジグザグカーボンナノベルトの合成』がNatureChem.に掲載されました

Synthesis of a zigzag carbon nanobelt

Kwan Yin Cheung, Kosuke Watanabe, Yasutomo Segawa,* and Kenichiro Itami*

Nature Chem. 2021, DOI: 10.1038/s41557-020-00627-5

ChemRxiv, DOI: 10.26434/chemrxiv.12324353.v1

カーボンナノチューブ（CNT）の構造選択的精密合成は、材料科学の分野で長年求められている。CNTの部分構造に対応する芳香族分子「カーボンナノベルト（CNB）」は、CNT伸長のテンプレートとして注目されている。3種類のCNB（アームチェア型、キラル型、ジグザグ型）の中で、ジグザグ型CNBは最も合成が難しいとされてきた。今回我々は、ジグザグCNBの合成、単離、構造解析を行った。合成は、酸素架橋部位の還元的芳香族化とDiels-Alder反応を繰り返すことで達成した。理論計算で予測された通り、このCNBは安定な化合物として単離された。ジグザグCNBの構造はX線結晶構造解析によって完全に同定され、分光学的測定によって広いエネルギーギャップと青色蛍光特性が明らかになった。3種類のCNBの合成戦略が揃ったことで、CNTの精密合成に向けて大きく前進した。

The structure-selective precise synthesis of carbon nanotubes (CNTs) has been long sought in materials science. The aromatic molecules corresponding to segment structures of CNTs, that is, carbon nanobelts (CNBs), are of interest as templates for CNT growth. Among the three types of CNB (armchair, chiral and zigzag CNBs), zigzag CNBs have been considered the most difficult type to synthesize. Here we report the synthesis, isolation and structural characterization of a zigzag CNB. The synthesis involves an iterative Diels–Alder reaction sequence followed by reductive aromatization of oxygen-bridged moieties. As predicted by theoretical calculations, this CNB was isolated as a stable compound. The structure of the zigzag CNB was fully characterized by X-ray crystallography and its wide energy gap with blue fluorescence properties was revealed by photophysical measurements. With synthetic strategies towards all three types of CNB in hand, the road to the precise synthesis of CNTs can now proceed to the next stage.

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