ブックタイトル日本結晶学会誌Vol58No4

概要

日本結晶学会誌Vol58No4

日本結晶学会誌58，159-166（2016）解説二次元および三次元ネットワークのトポロジー分析とその表記法大阪大学大学院理学研究科化学専攻小島達弘Tatsuhiro KOJIMA: Topological Analysis and Symbol for 2D- and 3D-NetworksIn the past decade, the number of publications dealing with 2D- and 3D-network structures inmetal organic frameworks（MOF）, porous coordination polymers（PCP）, metal organic polyhedra（MOP）andzeoliteshasincreasedrapidly,owingtorecentdevelopmentsofmethodologiesofsynthesis and X-ray structure analysis.“Topological symbol”is a useful method for describing andcategorizing the net structures based on their structural features. Some topological symbols withdifferent definitions were designed to describe a wide variety of the net structures. However, thedefinitions are quite complicated for understanding and using them correctly. Indeed, confusion andwrong applications of the topological symbols have been found in recent publications very often.Herein, the definitions of five kinds of topological symbols, Wells, Schlafli, vertex, point, and facedescriptions, were summarized.“ToposPro”, a software for topological analysis, is also introduced.1．はじめにX線回折による結晶構造解析によって決定されるのは電子密度に基づいた原子の三次元的配置であるが，その原子配列のみを“点”で描写してもその構造を理解することは困難である．その原子間に存在する化学結合を“線”で描画することによって分子構造や空間配列などの結晶構造を理解することが可能となる．結晶構造の特徴を最もよく理解するためにはグラフィックソフトによって原子および化学結合を点と線で描画して，実際にさまざまな角度から観察するのが最適である．しかし論文においてこのように描画した構造の特徴を言葉でわかりやすく表現・分類するのは意外に困難である．わかりやすいモチーフによる例えや代表的な構造による置き換えによって○○型構造と表現するのが最もイメージしやすい．単純な例ではグラファイトの二次元の網目構造はその構造の類似性からミツバチの巣という意味の英語からハニカム構造と表現される．その他にもケイ素の結晶構造はより一般的に知られるダイヤモンド型構造と表現される．このような構造の表現は無機物に多い化学結合でつながれた原子配列だけではなく，分子性結晶においても分子を“点”と“線”で簡略化することで，三次元的分子配列を表現するのにも用いられる.特に近年その成長が著しい金属有機構造体（Metal Organic Framework：MOF）1）-3）や多孔性配位高分子（Porous Coordination Polymer：PCP）4），さらに金属有機多面体（Metal Organic Polyhedra：MOP）5）やゼオライト6）などの分野においては，配位結合によって連結された三次元構造の理解が重要である．例えばR. Robsonに日本結晶学会誌第58巻第4号（2016）よって報告されたCu［C（C I 6H 4CN）4］BF 4は銅イオンおよび有機配位子の中心炭素をそれぞれ点（node）として，有機配位子の一部を線（edge）と見立てて簡略化することでダイヤモンド型の構造と見なすことができる（図1）．7）このように類似の構造に例えることで，三次元構造の理解が容易になる．しかし，MOFやPCPおよびMOPはそれらを構成する金属イオンあるいは金属多核錯体ユニットや有機配位子のさまざまな組み合わせによって複雑な三次元構造を形成するため，類似構造による例えには限界がある．それゆえ，これらの三次元構造を表現・分類する表記法が必要となった．国際純正・応用化学連合（IUPAC）によって，トポロジー表記の使用がゼオライトやMOFの構造表記・分類に推奨されている．8）しかし，構造によって表記法の使い分けが推奨されているものの，その定義や表記の複雑さのために正しい表記法が浸透しておらず，新規構造を図1（a）Cu［C（CI6H4CN）4］BF4の結晶構造，（b）簡略化されたダイヤモンド型構造．（（a）Crystal structure ofCu［C（C I 6H 4CN）4］BF 4,（b）Simplified diamond-typestructure.）159