日合成具有拓撲基礎結構的分子納米碳

　　由日本名古屋大學教授、ERATO伊丹分子納米碳項目總研究負責人伊丹健一郎等人組成的研究小組，成功合成了具有紐結和索烴的分子納米碳，紐結和索烴是拓撲的基礎結構。

　　人類從1960年代開始合成被稱為紐結（Knot）和索烴（Catenane）的分子。近年來，其在分子機器（納米尺寸的機器）方面的應用備受期待。在以往的普通合成法中，無法僅利用碳骨架形成紐結和索烴結構，需要導入氮原子和氧原子等，以此為基礎誘導拓撲結構。因此，要想合成具備紐結和索烴的分子納米碳，就需要開發新的合成方法。

　　碳納米管的部分結構——分子納米碳“環對苯撐”是僅由苯構成的直徑約為1納米的環狀分子。研究小組認為，通過在合成環對苯撐的過程中，將硅原子用作“臨時固定位點”，可以導入紐結和索烴。硅能在后期通過氟處理去除，最終可以獲得僅由碳骨架構成的紐結和索烴。他們設計了擁有兩個硅原子的前體作為臨時固定位點，合成了具有紐結的拓撲分子納米碳“全苯結”。全苯結的合成難度更高，被稱為“不可能的分子”。

　　他們還通過科學計算證明存在碳納米環（環狀納米碳），其部分結構為此次合成的全苯結，這表明，實現全苯結是向合成拓撲納米碳邁出的重要一步。

　　此次研究成果為開發擁有復雜幾何結構的新納米碳材料開辟了道路，相關論文發表于近日的《科學》網絡版上。

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