ナノカーボン合成の新展開:「骨格編集」戦略を実証~次世代デバイスなど機能性材料の創出につながる知見~

2026-07-29 名古屋大学

名古屋大学の研究グループは、分子骨格内部の結合を切断・再構築する「骨格編集」という手法をナノカーボン合成へ初めて本格的に適用し、新規キラルナノカーボン分子の創出に成功した。研究成果はNature Communicationsに掲載された。従来のナノカーボン合成は分子骨格の外側を組み立てる「ボトムアップ型合成」が主流であり、骨格内部を直接改変する手法はほとんど用いられていなかった。本研究では、骨格編集により合成が難しい十員環を含むナノカーボンや、不斉合成によるキラルナノカーボンの構築を実現した。得られた分子は、高いラセミ化障壁、効率的な円偏光発光、多段階で可逆な酸化還元特性、多孔性構造体の形成能など、機能性材料として優れた物性を示した。これにより、これまで主に医薬品分子の開発で用いられてきた骨格編集が、ナノカーボン材料設計にも有効であることが実証された。本成果は、有機電子材料や光機能材料、量子デバイス、次世代電子・光デバイスなどへ応用可能な高機能ナノカーボンの設計指針を提供する重要な成果である。

ナノカーボン合成の新展開:「骨格編集」戦略を実証~次世代デバイスなど機能性材料の創出につながる知見~

<関連情報>

骨格変換によるキラルナノカーボン分子への変換 Skeletal transformation to chiral nanocarbon molecules

Junichiro Hirano,Tomoyuki Ikai,Shinpei Kusaka,Ryotaro Matsuda,Hiroshi Shinokubo & Norihito Fukui
Nature Communications  Published:28 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-75280-6

Abstract

Three-dimensional nanocarbon molecules are crucial building blocks for advanced carbon materials. However, the dependence of current synthetic methods on stepwise bond-forming approaches limits the available chemical space in this field. Here, we demonstrate that a skeletal-transformation approach solves two challenges in nanocarbon synthesis. Firstly, the inner-bond cleavage of π-conjugated hydrocarbons provides access to a ten-membered ring that exclusively contains sp2-hybridized carbons. The subsequent ring-expansion affords three gigantic decagon-containing chiral nanocarbon molecules with figure-eight or bathtub conformations consisting of up to 170 sp2-hybridized carbons. Secondly, the subsequent reformation of an internal double bond in the structure is applicable to two of three obtained nanocarbon molecules, which enables the regio- and enantio-selective synthesis of a helically twisted nanographene containing up to 26 six-membered rings. The crystal-packing structure of this chiral nanographene is characterized by a homochiral porous framework consisting of π-stacked double-helical assemblies. These results demonstrate that the skeletal-transformation approach, which has so far targeted bioactive molecules, can be applied to nanocarbon synthesis.

0502有機化学製品
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