2002-09-15

フラーレン誘導体

# 定義と命名
# 番号付け
　　C60の番号付け（別の文書）
# 付加体の命名
# フラーレン骨格の修飾
# ラジカルとイオン
# 参考文献

1　定義と命名

フラーレン（Fullerene）は炭素クラスターを母体とする分子である。

  1. IUPAC (勧告 2002) での定義。
    伝統的には、20個以上の偶数個の炭素原子から成り、12面の五角面と（n/2-10）枚の六角面を持つ閉多面体かご型分子のみを指すが、近年は、20個以上の炭素原子を持ち、炭素原子がすべて三配位であるかご型分子を含むものとしている。
  2. CASでの定義。
    20個以上の炭素原子がそれぞれ隣接する3原子と結合している閉じた擬球構造を持つ分子（各環の員数は不問）。
  3. IUPAC（A Preliminary Survey、1997）での定義。
    20個以上の炭素原子から成る12面の五角面と（n/2-10）枚の六角面を持つ閉多面体かご型分子。

フラーレンに対応して、完全に水素化されて飽和になったもの（例えば C60H60）を Fullerane　フラーランという。

IUPAC (勧告 2002) では、ヘテロフラーレン、ノルフラーレン、ホモフラーレン、セコフラーレンなどを Fulleroid　フラーロイドと呼んでいる。

IUPAC (Preliminary Survey, 1997) ではフラーレン以外の炭素クラスター（CASではフラーレンに含まれる）をquasi-Fullerene　quasi-フラーレンと呼ぶことにしている。

フラーレンの命名は、炭素原子数と点群と環の大きさを次のように記して呼ぶ。IUPAC 2002年勧告では、CASの流儀を採用したので、名称の違いは記載順の形式だけである。
ただし、IUPAC では点群記号のうち主たる文字（例えば Ih の I）のみをイタリックとするが、CAS では点群記号全体をイタリックにする（Ih など）。

IUPAC のプレリミナリ・サーベイ(1997)では、環の大きさを示さず、また、よく知られた異性体が1種類に限られるなら、その炭素原子数のみを記して、点群を省略できるものとした。このような名称は、情報の欠落があるとして体系的名称とみなされず、今後は慣用名として扱われる。

C60
(C60-Ih)[5,6]Fullerene [IUPAC 2002]
(C60-Ih)[5,6]フラーレン
[5,6]Fullerene-C60-Ih [CAS]
[5,6]フラーレン-C60-Ih
[60-Ih]Fullerene [IUPAC 1997]
[60-Ih]フラーレン
[60]Fullerene [IUPAC 1997]
[60]フラーレン
C70
(C70-D5h(6))[5,6]Fullerene [IUPAC 2002]
(C70-D5h(6))[5,6]フラーレン
[5,6]Fullerene-C70-D5h(6) [CAS]
[5,6]フラーレン-C70-D5h(6)
[70-D5h]Fullerene [IUPAC 1997]
[70-D5h]フラーレン
[70]Fullerene [IUPAC 1997]
[70]フラーレン
※C70において、D5h(6) の (6) は、五回対称軸上の五員環の周囲に六員環が配置されていることを示す。五回対称軸上の五員環の周囲に五員環が配置されている場合、C70-D5h(5) という異性体が生じることが考えられ、点群記号 D5h だけでは区別ができない。
C60H60
(C60-Ih)[5,6]Fullerane [IUPAC 2002]
(C60-Ih)[5,6]フラーラン
[5,6]Fullerane-C60-Ih [CAS]
[5,6]フラーラン-C60-Ih
[60-Ih]Fullerane [IUPAC 1997]
[60-Ih]フラーラン
[60]Fullerane [IUPAC 1997]
[60]フラーラン

CASの索引では、[5,6]Fullerene-C60-Ihが Fullerenec,60,ih であるかのように配列する。よって炭素原子数の決まっていないフラーレンに対する見出しが、他の同族体より前に置かれる。また接尾辞（-yl, -ol など）が付いて e が脱落すると、[5,6]Fulleren-C60-Ih-1(9H)-ol は索引配列上、 Fullerencol,60,ih のように解釈され、[5,6]Fullerene-C.. より前に置かれる。

2　番号付け

フラーレン類の位置番号は一般に螺旋型（リンゴの皮をむくような）に付ける。すなわち特定の1原子を起点として、まず特定の面の回りを回って付ける。続けて外側の周を回り、起点の正反対の点（対蹠点）に終わる。フラーレンの番号付けでは、この起点と最初の面の決め方が問題となる。

IUPAC 2002 では、番号付けにおいても CAS の方法を採用したので、伝統的な方法（例えば、C60の番号付けを参照）は、体系的名称には用いてはならない。伝統的番号付けを用いるなら、名称も [60-Ih]フラーレンのような伝統的名称を用い、名称から番号付け（ひいては構造）が明確に分かるようにする。

例として、最も反応性が高いとされる結合は、伝統的には、C60 と C70ではともに1,2-位であるのに対し、体系的な方法によれば、C60では 1,9-位、C70では 8,25-位である（それぞれ同じ位置の結合を表す）。

3　付加体の命名

フラーレンへの水素原子の付加は、付加接頭辞 hydroで表す。

フラーレン自体には置換されるべき水素原子がないので、置換命名法をフラーレンに直接適用することはできない。そこで、水素原子を付加したフラーレン誘導体に対して通常の置換命名法を適用する（例えば、ナフタレンの4a,8a位に置換基があれば、4a,8a-ジヒドロナフタレンの置換体と見なされるのと同じ）。

IUPACでは hydro を非分離接頭辞とし、すべての置換基の接頭辞の後に置く。CASでは hydro を分離接頭辞とし、置換基の接頭辞に混ぜてアルファベット順に並べる。

OH 基、NH2基は他により優位な主基がなければ接尾辞で表す。CASでは奇数個の官能基化に伴い現れた飽和原子を表すのに接頭辞 hydro ではなく付加水素を用いる。

簡略的に、置換接頭辞を付加接頭辞であるかのように用いる方式、例えば C60HBr を 1-Bromo-2-hydro[60]fullerene と命名したり、C60Br2 を 1,2-Dibromo[60]fullerene と命名したりする方式は、報文にしばしば見えるが、許容されない。

C60H2
1,9-Dihydro(C60-Ih)[5,6]fullerene [IUPAC 2002]
1,9-ジヒドロ(C60-Ih)[5,6]フラーレン
1,9-Dihydro[5,6]fullerene-C60-Ih [CAS]
1,9-ジヒドロ[5,6]フラーレン-C60-Ih
1,2-Dihydro[60]fullerene [IUPAC 1997]
1,2-ジヒドロ[60]フラーレン
C60HBr
1-Bromo-1,9-dihydro(C60-Ih)[5,6]fullerene [IUPAC 2002]
1-ブロモ-1,9-ジヒドロ(C60-Ih)[5,6]フラーレン
1-Bromo-1,9-dihydro[5,6]fullerene-C60-Ih [CAS]
1-ブロモ-1,9-ジヒドロ[5,6]フラーレン-C60-Ih
1-Bromo-1,2-dihydro[60]fullerene [IUPAC 1997]
1-ブロモ-1,2-ジヒドロ[60]フラーレン
C60Me2
1,9-Dimethyl-1,9-dihydro(C60-Ih)[5,6]fullerene [IUPAC 2002]
1,9-ジメチル-1,9-ジヒドロ(C60-Ih)[5,6]フラーレン
1,9-Dihydro-1,9-dimethyl[5,6]fullerene-C60-Ih [CAS]
1,9-ジヒドロ-1,9-ジメチル[5,6]フラーレン-C60-Ih
1,2-Dimethyl-1,2-dihydro[60]fullerene [IUPAC 1997]
1,2-ジメチル-1,2-ジヒドロ[60]フラーレン
C60H(OH)
(C60-Ih)[5,6]Fulleren-1(9H)-ol [IUPAC 2002]
(C60-Ih)[5,6]フラーレン-1(9H)-オール
[5,6]Fulleren-C60-Ih-1(9H)-ol [CAS]
[5,6]フラーレン-C60-Ih-1(9H)-オール
1,2-Dihydro[60]fulleren-1-ol [IUPAC 1997]
1,2-ジヒドロ[60]フラーレン-1-オール
C60H(NH2)
(C60-Ih)[5,6]Fulleren-1(9H)-amine [IUPAC 2002]
(C60-Ih)[5,6]フラーレン-1(9H)-アミン
[5,6]Fulleren-C60-Ih-1(9H)-amine [CAS]
[5,6]フラーレン-C60-Ih-1(9H)-アミン
1,2-Dihydro[60]fulleren-1-amine [IUPAC 1997]
1,2-ジヒドロ[60]フラーレン-1-アミン
C60(CN)2
(C60-Ih)[5,6]Fullerene-1,9-dicarbonitrile [IUPAC 2002]
(C60-Ih)[5,6]フラーレン-1,9-ジカルボニトリル
[5,6]Fullerene-C60-Ih-1,9-dicarbonitrile [CAS]
[5,6]フラーレン-C60-Ih-1,9-ジカルボニトリル
1,2-Dihydro[60]fullerene-1,2-dicarbonitrile [IUPAC 1997]
1,2-ジヒドロ[60]フラーレン-1,2-ジカルボニトリル

4　フラーレン骨格の修飾

架橋

通常の縮合環に対する架橋接頭辞をフラーレンに対して用いてよい。架橋の番号は、CASでは 61,62, .. のようにフラーレンに引き続く番号を与えるのに対し、IUPACでは 1',2', .. のようにプライム付きにする。

縮合

一方、隣接位の間の架橋は、CASのように、縮合とも見なすことができる。フラーレン以外の成分の位置番号にはプライムを付ける。
IUPACではフラーレン以外の成分を必ず接頭辞で記すが、CASではヘテロ環をフラーレンより優先して縮合の基礎成分とする。

C60>X

フラーレン以外の成分は一まとめに命名し、その結果の環系をフラーレンに縮合させる。

Cyclobuta[b]naphthaleno[1',2':1,9](C60-Ih)[5,6]fullerene [IUPAC 2002]
シクロブタ[b]ナフタレノ[1',2':1,9](C60-Ih)[5,6]フラーレン
Cyclobuta[b]naphthaleno[1',2':1,9][5,6]fullerene-C60-Ih [CAS]
シクロブタ[b]ナフタレノ[1',2':1,9][5,6]フラーレン-C60-Ih
1,2-([2,3]Naphthaleno)[60]fullerene [IUPAC 1997 架橋法]
1,2-([2,3]ナフタレノ)[60]フラーレン
(Cyclobuta[b]naphthaleno)[1',2':1,2][60]fullerene [IUPAC 1997 縮合法]
(シクロブタ[b]ナフタレノ)[1',2':1,2][60]フラーレン

骨格原子挿入

フラーレンの単結合に原子が挿入した化合物はホモフラーレンとして命名する（これらはメタノフラーレンなどの異性体である）。挿入された原子の位置番号は、その原子と結合しているフラーレン骨格原子2個の位置番号のうち、IUPAC では小さいほうの番号に基づいて決められ、CAS では大きいほうの番号に基づいて決められる。

5　ラジカルとイオン

フラーレンに水素原子が付加して生成するラジカルは、接尾辞 -yl と付加水素で表す。IUPAC 1997では接尾辞 -yl と付加接頭辞 hydro で表現した。

フラーレンにプロトンが付加して生成するカチオンは、接尾辞 -ylium と付加水素で表す。IUPAC 1997では接尾辞 -iumで表現した。

フラーレンにヒドリドが付加して生成するアニオンは、IUPACでは接尾辞 -ide と付加接頭辞 hydro で表す。CASでは他の炭素酸共役アニオンと同様、対応する酸に修飾句 ion (1-) などを添える。

水素以外の元素または原子団の付加は、対応する水素の置換で表現する。

C60H・
(C60-Ih)[5,6]Fulleren-1(9H)-yl [IUPAC 2002]
(C60-Ih)[5,6]フラーレン-1(9H)-イル
[5,6]Fulleren-C60-Ih-1(9H)-yl [CAS]
[5,6]フラーレン-C60-Ih-1(9H)-イル
1,2-Dihydro[60]fulleren-1-yl [IUPAC 1997]
1,2-ジヒドロ[60]フラーレン-1-イル
C60H+
(C60-Ih)[5,6]Fulleren-1(9H)-ylium [IUPAC 2002]
(C60-Ih)[5,6]フラーレン-1(9H)-イリウム
[5,6]Fulleren-C60-Ih-1(9H)-ylium [CAS]
[5,6]フラーレン-C60-Ih-1(9H)-イリウム
[60]Fullerenium [IUPAC 1997]
[60]フラーレニウム
C60H-
(C60-Ih)[5,6]Fulleren-1(9H)-ide [IUPAC 2002]
(C60-Ih)[5,6]フラーレン-1(9H)-イド
1,9-Dihydro[5,6]fullerene-C60-Ih ion(1-) [CAS]
1,9-ジヒドロ[5,6]フラーレン-C60-Ih イオン(1-)
1,2-Dihydro[60]fulleren-1-ide [IUPAC 1997]
1,2-ジヒドロ[60]フラーレン-1-イド
C60(CH3)-
9-Methyl-(C60-Ih)[5,6]fulleren-1(9H)-ide [IUPAC 2002]
9-メチル-(C60-Ih)[5,6]フラーレン-1(9H)-イド
1,9-Dihydro-1-methyl[5,6]fullerene-C60-Ih ion(1-) [CAS]
1,9-ジヒドロ-1-メチル[5,6]フラーレン-C60-Ih イオン(1-)
2-Methyl-1,2-dihydro[60]fulleren-1-ide [IUPAC 1997]
2-メチル-1,2-ジヒドロ[60]フラーレン-1-イド

フラーレンからの電子の除去により生成するラジカルカチオンは、IUPACでは接尾辞 -elium　エリウム《複数の電子が除去された場合 -bis(elium)　ビス(エリウム) など》で、CASでは修飾句 ion(1+) などで表現する。

フラーレンへの電子の付加により生成するラジカルアニオンは、IUPACでは接尾辞 -elide　エリド《複数の電子が付加した場合 -bis(elide)　ビス(エリド) など》で、CASでは種類名 Fulleride　フラーリドを用いて表現する。

※接尾辞 -elium, -elide は他のIUPAC規則・勧告には見当たらない。

C60・+
(C60-Ih)[5,6]Fullerenelium [IUPAC 2002]
(C60-Ih)[5,6]フラーレネリウム
[5,6]Fullerene-C60-Ih ion(1+) [CAS]
[5,6]フラーレン-C60-Ih イオン(1+)
C60・-
(C60-Ih)[5,6]Fullerenelide [IUPAC 2002]
(C60-Ih)[5,6]フラーレネリド
[5,6]Fulleride(1-)-C60-Ih [CAS]
[5,6]フラーリド(1-)-C60-Ih
[60]Fulleren-1-elide [IUPAC 1997]
[60]フラーレン-1-エリド

参考文献

  1. IUPAC, Nomenclature and Terminology of Fullerenes: A Preliminary Survey, Pure Appl. Chem. 69, 1411-1434 (1997).
  2. IUPAC, Nomenclature for the C60-Ih and C70-D5h(6) Fullerenes (IUPAC Recommendations 2002), Pure Appl. Chem. 74, 629-695 (2002). [Fu]
  3. CAS. Chemical Abstracts, Index Guide, 1992. Appendix IV, ¶163A.

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