ナノカーボンで「メビウスの輪」を作ることに世界で初めて成功！ (2/2)

「メビウスの輪」のナノカーボンの合成に初成功！

「メビウスの輪」の形状を作るには、環状構造とひねりの両方から生じる大きな”ひずみ”エネルギーを克服する必要がありますが、その合成方法が見つかっていませんでした。

しかしチームは2017年、「カーボンナノベルト」というベルト状の分子ナノカーボンの合成に成功。

これをさらに発展させることで、「メビウスの輪」構造を再現できる可能性が出てきました。

その合成に先立って、スーパーコンピュータを用いた量子化学計算により、「メビウスの輪」構造にかかる”ひずみ”エネルギーの定量的解析を実施。

カーボンナノベルトは、ベンゼン環 12個のものが最小の分子として合成できますが、「メビウスの輪」構造は、ひねりによって”ひずみ”がさらに大きくなるため、ベンゼン環 38個以上が必要であると推定されました。

（ベンゼン：炭素 6原子、水素 6原子からなる有機分子のこと。その正六角形の炭素骨格を「ベンゼン環」という）

そして、この計算結果をもとに、合計14段階の分子の有機合成を経て、ついにベンゼン環 50個からなる「メビウスカーボンナノベルト」の合成に成功しました。

NMR（核磁気共鳴）測定によると、メビウスカーボンナノベルトのひねり部分は、分子全体をすばやく移動しており、全体として平均化された磁気的性質が観測されています。

また、分子動力学シミュレーションにおいてもこの性質が再現され、ベルト状にも関わらず裏表の区別のない分子であることが確かめられました。

今回の研究成果は、複雑なトポロジーを持つ分子ナノカーボンの合成手法として画期的なものです。

（トポロジー：リング状、結び目、絡み目など、連続的に変形しても変わらない要素の種類や数に注目して形を分類する幾何学）

この手法は今後、より複雑な”ひずみ”を持ったナノカーボン構造の合成に応用され、有機合成化学および材料科学の発展に貢献すると期待されています。