日合成具有拓扑基础结构的分子纳米碳

由日本名古屋大学教授、ERATO伊丹分子纳米碳项目总研究负责人伊丹健一郎等人组成的研究小组，成功合成了具有纽结和索烃的分子纳米碳，纽结和索烃是拓扑的基础结构。

人类从1960年代开始合成被称为纽结（Knot）和索烃（Catenane）的分子。近年来，其在分子机器（纳米尺寸的机器）方面的应用备受期待。在以往的普通合成法中，无法仅利用碳骨架形成纽结和索烃结构，需要导入氮原子和氧原子等，以此为基础诱导拓扑结构。因此，要想合成具备纽结和索烃的分子纳米碳，就需要开发新的合成方法。

碳纳米管的部分结构——分子纳米碳“环对苯撑”是仅由苯构成的直径约为1纳米的环状分子。研究小组认为，通过在合成环对苯撑的过程中，将硅原子用作“临时固定位点”，可以导入纽结和索烃。硅能在后期通过氟处理去除，最终可以获得仅由碳骨架构成的纽结和索烃。他们设计了拥有两个硅原子的前体作为临时固定位点，合成了具有纽结的拓扑分子纳米碳“全苯结”。全苯结的合成难度更高，被称为“不可能的分子”。

他们还通过科学计算证明存在碳纳米环（环状纳米碳），其部分结构为此次合成的全苯结，这表明，实现全苯结是向合成拓扑纳米碳迈出的重要一步。

此次研究成果为开发拥有复杂几何结构的新纳米碳材料开辟了道路，相关论文发表于近日的《科学》网络版上。