C2
東京大学大学院薬学系研究科の宮本和範准教授と内山真伸教授らの研究グループは、炭素原子2つだけからなる分子(C2)を室温で初めて合成した、と発表した。従来は摂氏3500度以上といった超高温でなければできないと考えられていた。C2がフラーレンやカーボンナノチューブなどのナノカーボンの起源になりうることも発見。炭
素材料研究に新たな道を開きそうだ。
nano carbon
C2は宇宙空間やろうそくの青い炎の中に存在することが知られている単純な分子だが、発見から1世紀が過ぎようとする現在でもその基本的性質はよく分かっていない。ナノカーボンは星間物質の研究から生まれており、今回の成果は宇宙における炭素化合物の起源に迫る可能性がある。
また、炭素が化学結合の手を4本もつため、C2は四重結合を持てるはずだが、実験化学者は二重結合か三重結合しか観測してこなかった。ところが近年、理論化学者が分子のエネルギーが非常に低い状態で四重結合を持つと提唱し、両者の見解は真っ向から対立していたという。
singlet biradical
研究グループは三重結合を持つアセチレンの両末端にプラスとマイナスの電荷を生じうる原子団を導入した化合物を設計・合成した。それぞれの原子団を室温・常圧の穏やかな条件ではずすことにより、C2を初めて化学的に合成できた。発生したC2には四重結合性があることが判明。宮本准教授は「理論研究者が予測していた真の姿を観測することができた」と言う。
四重結合の反応性は非常に高く、アルゴンガス中でC2の発生を試みたところ、煙を上げて黒い固体が生じた。この固体を詳しく調べると、フラーレンやカーボンナノチューブのほか、グラファイトやカーボンナノホーンという炭素の同素体も見つかった。研究グループは、C2がナノカーボンの起源になり得ることを証明した初めての結果としている。
helical carbon
A research group consisting of Associate Professor Kazunori Miyamoto and Professor Masanobu Uchiyama of the University of Tokyo Graduate School of Pharmaceutical Sciences announced that a molecule (C2) consisting of only two carbon atoms was synthesized for the first time at room temperature. Previously, it was thought that it could only be done at ultra-high temperatures of 3500 degrees Celsius or higher. We also discovered that C2 could be the origin of nanocarbons such as fullerenes and carbon nanotubes. It seems that it will open a new path to carbon material research.
C2 is a simple molecule known to exist in outer space and the blue flame of candles, but its basic properties are not well understood even now, a century after its discovery. Nanocarbons were born from the study of interstellar matter, and the results of this time could approach the origin of carbon compounds in the universe.
Also, since carbon has four chemical bonds, C2 should have a quadruple bond, but experimental chemists have observed only double or triple bonds. However, in recent years, theoretical chemists have proposed that they have a quadruple bond in a state where the energy of the molecule is very low, and the views of the two were directly opposed.
The research group designed and synthesized compounds in which acetylene having a triple bond was introduced with atomic groups capable of generating positive and negative charges at both ends. C2 was chemically synthesized for the first time by removing each atomic group under mild conditions of room temperature and atmospheric pressure. The generated C2 was found to have quadruple binding. "I was able to observe the true image that theoretical researchers had predicted," says Associate Professor Miyamoto.
The reactivity of the quadruple bond is very high, and when trying to generate C2 in argon gas, smoke was raised and a black solid was produced. A closer examination of the solids found fullerenes and carbon nanotubes, as well as carbon allotropes such as graphite and carbon nanohorns. The research group is the first to prove that C2 can be a source of nanocarbon.
กลุ่มวิจัยของรองศาสตราจารย์ Kazunori Miyamoto และศาสตราจารย์ Masanobu Uchiyama จากบัณฑิตวิทยาลัยเภสัชศาสตร์มหาวิทยาลัยโตเกียวประกาศว่าโมเลกุล (C2) ที่ประกอบด้วยอะตอมคาร์บอนเพียงสองอะตอมถูกสังเคราะห์ขึ้นเป็นครั้งแรกที่อุณหภูมิห้อง ก่อนหน้านี้มีการคิดว่าสามารถทำได้ที่อุณหภูมิสูงพิเศษที่ 3,500 องศาเซลเซียสหรือสูงกว่าเท่านั้น นอกจากนี้เรายังค้นพบว่า C2 อาจเป็นจุดกำเนิดของ nanocarbons เช่น fullerenes และ carbon nanotubes ดูเหมือนว่ามันจะเปิดเส้นทางใหม่ในการวิจัยวัสดุคาร์บอน
C2 เป็นโมเลกุลที่เรียบง่ายที่รู้จักกันว่ามีอยู่ในอวกาศและเปลวไฟสีฟ้าของเทียน แต่คุณสมบัติพื้นฐานของมันยังไม่เป็นที่เข้าใจกันแม้แต่ตอนนี้หนึ่งศตวรรษหลังจากการค้นพบ Nanocarbons เกิดจากการศึกษาสสารระหว่างดาวและผลของเวลานี้สามารถเข้าใกล้ที่มาของสารประกอบคาร์บอนในจักรวาล
นอกจากนี้เนื่องจากคาร์บอนมีพันธะเคมีสี่รายการ C2 ควรมีพันธะสี่เท่า แต่นักเคมีทดลองได้สังเกตเพียงพันธะคู่หรือสามเท่า อย่างไรก็ตามในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมานักเคมีเชิงทฤษฎีได้เสนอว่าพวกเขามีพันธะสี่เท่าในสถานะที่พลังงานของโมเลกุลต่ำมากและมุมมองของทั้งสองถูกต่อต้านโดยตรง
กลุ่มวิจัยได้ออกแบบและสังเคราะห์สารประกอบที่มีอะเซทิลีนมีพันธะสามตัวกับกลุ่มอะตอมที่สามารถสร้างประจุบวกและลบได้ทั้งสองด้าน C2 ถูกสังเคราะห์ทางเคมีเป็นครั้งแรกโดยการเอาอะตอมมิกแต่ละกลุ่มออกภายใต้สภาวะที่ไม่รุนแรงของอุณหภูมิห้องและความดันบรรยากาศ พบว่า C2 ที่สร้างขึ้นมีผลผูกพันสี่เท่า "ฉันสามารถสังเกตเห็นภาพลักษณ์ที่แท้จริงที่นักวิจัยทางทฤษฎีคาดการณ์ไว้" รองศาสตราจารย์มิยาโมโตะกล่าว
ปฏิกิริยาของพันธะสี่เท่านั้นสูงมากและเมื่อพยายามสร้าง C2 ในก๊าซอาร์กอนควันก็ถูกยกขึ้นและเกิดเป็นของแข็งสีดำ จากการตรวจสอบอย่างใกล้ชิดของของแข็งพบว่าฟูลเลอรีนและคาร์บอนนาโนทิวบ์รวมถึงการจัดสรรคาร์บอนเช่นกราไฟต์และคาร์บอนนาโนฮอร์น กลุ่มวิจัยเป็นกลุ่มแรกที่พิสูจน์ว่า C2 สามารถเป็นแหล่งของนาโนคาร์บอน
https://scienceportal.jst.go.jp/news/newsflash_review/newsflash/2020/05/20200511_01.html