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日本利用“分子手术”开发新功能材料

日本京都大学化学研究所教授小松？一的研究室，利用“分子手术”（在有机物的分子结构层面使用手术方式，将不同的分子结合起来）方式，相继开发出多种新功能材料。该研究室前不久曾因首先把碳富勒烯的一部分切除并成功装入氢气分子，而在日本国内外专家中受到广泛关注。此次接受采访时，小排灌机械松教授透露说已成功开发出一红釉古玩种名为分子三脚架的新结构体。

小松研究室将研究重点放到了创造自然界中原本不存在的物质上。核心研究对象是以苯环为代表的具有π共轭结构的物质。最新的代表性成果，是由助手村田靖次郎和一年级博士生村田理尚等人，在富勒烯中的代表即C60的衍生物中封入氢气分子（H2）。

在这项成果中使用了分子手术，即利用化学反应在碳原子（C）与碳原子结构之间插入硫原子（S）来扩大环孔。顺便提一下，据小松称，与其交往甚密、从事相同领域研究的美国UCLA（加利弗尼亚大学洛杉矶分校）教授YvesRubin，首次使用了“分子手术（MolecularSurgery）”这一说法。

此次在上述二人中由村田实施的分子手术过程如下：（1）先让三嗪化合物与C60发生反应，将六元环扩展成八元环；（2）将其生成物放在氧气中照射紫外线，将八元环扩逻辑电路展成十二元5、油盒环；（3）使用S8（硫磺）与TDAE（有机物四(二甲氨水泥价格延续降落基)乙烯）把十二元环扩震动马达展成十三元环；（4）封入氢气分子（H2）；（5）照射激光封闭环孔。在（1）（2）（3）过程中，整个C60衍生物的约40%产生了环孔，并在产生环孔的全部C60衍生物中逐个封入了氢气分子（图1）。此次试验的详情已经刊登在美国化学协会发行的《美国化学协会杂志》2003年6月18日号上。

为了分析C60衍生物的贮氢性能，测定了所封入的氢分子渗漏掉一半的半衰期指标。测定结果为：在190℃、180℃、170℃和160℃条件下分别为4.2小时、9小时、21.3小时和54.4小时，半衰期表现为阿累尼乌斯曲线图（ArrheniusPlot）式直线。试验至今已近5个月，在室温条件下氢完全没有减少。由此可知，如果终究使汽车在安全和本钱两方面表现出更佳的性能上述测定结果正确的话，可以推算出室温（20℃）下的半衰期为1019年，实际上几乎可以半永久性保存氢。小松对称，“C60衍生物的分子量为1066，氢气的分子量为2。所以，仅从分子量比较，按理论计算，C60衍生物中只能贮入0.2%的氢。但如果利用在室温条件下表现稳定、温度提高到200℃附近时会释放氢气这一性质的话，也许在汽车燃料电池等领域具有某种用途”。

小松研究室最近还以北川敏一副教授为主，成功开发出名为分子三脚架的新分子。这种分子以某种功能分子单元为头，结合了一端含有硫原子的3个分子单元。由于这种分子脚端处有硫原子，因此不仅容易与金等金属表面结合，而且比单脚分子单元稳定，能够确定结合方向，所以北川希望其可以应用于新型电子元件和高精度生物芯片等领域中。另外，有关分子三脚架的详细内容，目前正在准备相关论文，“最近还不能发表”（北川）。此外，小松研究室目前以助手西长亨为主，正在开发在π电子类环状分子单元周围围上强化σ骨架而形成的新型离子。