積層型芳香族アミンの電荷輸送特性の解明とデバイスへの応用

• Project/Area Number: 13J00721
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Functional materials chemistry
• Research Institution: Kyoto University (2015); Osaka University (2013-2014)
• Principal Investigator: 酒巻 大輔 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥3,960,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2015: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2014: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2013: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 芳香族アミン / アザアセン / シクロファン / ヘリセン / 電子移動 / 有機ラジカル / 有機半導体 / 積層π共役分子 / ラジカルカチオン / 電子スピン共鳴 / πスタック分子 / 電荷移動 / 構造有機化学 / 有機導体 / 量子化学計算 / 電気化学

Outline of Annual Research Achievements

前年度に引き続き、特異な立体構造を有する新規含窒素共役系分子の開発をおこなった。1)前年度に開発したN-ヘテロアセンのタンデム酸化カップリングによるダブルヘリセン合成法を、代表的なドナー性有機分子であるフェノチアジンおよびそのセレン類縁体であるフェノセレナジンへと適用した。その結果、いずれの場合も十字型二量体を経てダブルヘリセン骨格の構築に成功した。単結晶構造解析の結果、フェノセレナジンからなるダブルヘリセンはフェノチアジンからなるものよりもらせんのねじれ角が大きいことが明らかになった。また、いずれのダブルヘリセンも高い電子ドナー性を示し、電子スピン共鳴および吸収スペクトル測定から一電子酸化によって発生させたラジカルカチオンにおいて正電荷が分子内を高速で移動していることが明らかになった。2) アザアセンの位置選択的酸化的カップリング反応によって、＃型構造を有する6,13-ジアザペンタセン四量体の合成に成功した。ジベンゾフェノキサジンからなる＃型四量体が非発光性であったのに対し、ジアザペンタセン四量体は高い蛍光発光を示した。そのため、本分子は円偏光発光材料への応用が期待できる。本合成手法は一般的なN-ヘテロアセンへ適用可能であることから、新規円偏光発光材料の汎用的構築法としての可能性を有しており、今後さらなる展開をおこなっていく。3) 2つのジアザペンタセンが積層した構造をもつクリップ状分子について、中性およびラジカルカチオン状態における電荷輸送特性を時間分解マイクロ波伝導度(TRMC)法によって測定した。その結果、ラジカルカチオン体において中性状態の20倍以上の過渡伝導度信号が観測された。この結果は、クリップ状分子のモノカチオン状態が、有機導体として理想的なであるハーフフィリング電子状態をとっていることを示唆しており、今後の有機導体開発の指針となる結果である。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] AIE active triphenylamine–benzothiazole based motifs: ESIPT or ICT emission (2016)
  • Author(s): V. S. Padalkar, D. Sakamaki, K. Kuwada, N. Tohnai, T. Akutagawa, K. Sakai, S. Seki
  • Journal Title: RSC Adv. Volume: 6 Issue: 32 Pages: 26941-26949
  • DOI: 10.1039/c6ra02417c
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Fully-Substituted 1,3-Butadienes as π-Conjugated Linkers between Pyrenes (2016)
  • Author(s): K. Oda
  • Journal Title: Chem. Lett. Volume: 45 Issue: 4 Pages: 403-405
  • DOI: 10.1246/cl.151181
  • NAID: 130005143982
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Synthesis and Characterization of 6,13-Diamino-Substituted Pentacenes (2016)
  • Author(s): Ito, A.; Uebe, M.; Takahashi, K.; Ishikawa, H.; Sakamaki, D.; Sato, H.; Matsumoto, T; Tanaka, K
  • Journal Title: Chem. Eur. J. Volume: 22 Issue: 6 Pages: 2165-2170
  • DOI: 10.1002/chem.201503996
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A Double Hetero[4]helicene Composed of Two Phenothiazines: Synthesis, Structural Properties, and its Cationic States (2015)
  • Author(s): D. Sakamaki, D. Kumano, E. Yashima, S. Seki
  • Journal Title: Chem. Commun. Volume: 51 Issue: 97 Pages: 17237-17240
  • DOI: 10.1039/c5cc07680c
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Diversity-Oriented Synthesis of Tetrathia[8]circulenes by Sequential C-H Borylation and Annulation (2015)
  • Author(s): S. Kato
  • Journal Title: Chem. Commun. Volume: 51 Issue: 95 Pages: 16944-16947
  • DOI: 10.1039/c5cc06921a
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Highly Efficient Tunable Solid State Emission via the Excited-State Intramolecular Proton-Transfer (ESIPT) with 2-(2’-Hydroxy) Benzothiazole (HBT) and Fluorene motifs (2015)
  • Author(s): Vikas S. Padalkar, Daisuke Sakamaki, Shu Seki, Norimitsu Tohnai, Tomoyuki Akutagawa, and Ken-ichi Sakai
  • Journal Title: RSC Advance Volume: 5 Issue: 98 Pages: 80283-80296
  • DOI: 10.1039/c5ra17980g
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Nitrogen-embedded buckybowl and its assembly with C60 (2015)
  • Author(s): H. Yokoi, Y. Hiraoka, S. Hiroto, D. Sakamaki, S. Seki, H. Shinokubo
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 6 Issue: 1 Pages: 8215-8215
  • DOI: 10.1038/ncomms9215
  • NAID: 120005745626
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A Triphenylamine with Two Phenoxy Radicals Having Unusual Bonding Patterns and a Closed-Shell Electronic State (2015)
  • Author(s): Sakamaki, D.; Yano, S.; Kobashi, T.; Seki, S.; Kurahashi, T.; Matsubara, S.; Ito, A.; Tanaka, K
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 54 Issue: 28 Pages: 8267-8270
  • DOI: 10.1002/anie.201502949
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A Facile and Versatile Approach to Double N-Heterohelicenes: Tandem Oxidative C-N Couplings of N-Heteroacenes via Cruciform Dimers (2015)
  • Author(s): D. Sakamaki, D. Kumano, E. Yashima, S. Seki
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 54 Issue: 18 Pages: 5404-5407
  • DOI: 10.1002/anie.201500684
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Simple and Rapid Method for High-Resolution Visualization of Single-Ion Tracks (2014)
  • Author(s): M. Omichi, W. Choi, D. Sakamaki, S. Tsukuda, M. Sugimoto, S. Seki
  • Journal Title: AIP Advances Volume: 4 Issue: 11 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1063/1.4902164
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Reversible Control of Radius and Morphology of Fluorene-Azobenzene Copolymer Nanowires by Light Exposure (2014)
  • Author(s): H. L. Cheng, M. T. Tang, W. Tuchinda, K. Enomoto, A. Chiba, Y. Saito, T. Kamiya, M. Sugimoto, A. Saeki, T. Sakurai, M. Omichi, D. Sakamaki, S. Seki
  • Journal Title: Adv. Mater. Interfaces Volume: 2 Pages: 1-9
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fabrication of enzyme-degradable and size-controlled protein nanowires using the single particle nano-fabrication technique (2014)
  • Author(s): M. Omichi, A. Asano, S. Tsukuda, K. Takano, M. Sugimoto, A. Saeki, D. Sakamaki, A. Onoda, T. Hayashi, S. Seki
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 5 Issue: 1 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1038/ncomms4718
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Redox Modulation of para-Phenylenediamine by Substituted Nitr onyl Nitroxide Groups and Their Spin States (2013)
  • Author(s): A. Ito, R. Kurata, D. Sakamaki, S. Yano, Y. Kono, Y. Nakano, K. Furukawa, T. Kato, K. Tanaka
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry A Volume: 117 Issue: 48 Pages: 12858-12867
  • DOI: 10.1021/jp4095613
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ダブルヘリセン構造を有するヘテロアセン二量体の合成とそのラジカルカチオン種の構造・物性 (2015)
  • Author(s): 酒巻大輔, 関 修平
  • Organizer: 第26回基礎有機化学討論会
  • Place of Presentation: 愛媛大学
  • Year and Date: 2015-09-24
• [Presentation] 非局在型ラジカルを導入した含窒素平面π共役分子の合成と電子的性質 (2015)
  • Author(s): 小橋紀之・酒巻大輔・関修平
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学船橋キャンパス
  • Year and Date: 2015-03-27
• [Presentation] 直交型ヘテロアセン二量体を鍵骨格とした三次元π電子系分子の合成と電子的性質 (2015)
  • Author(s): 酒巻大輔・関修平
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学船橋キャンパス
  • Year and Date: 2015-03-26
• [Presentation] 直交型アザアセン二量体を鍵骨格とした非平面π共役分子の合成と電子的性質 (2014)
  • Author(s): 酒巻大輔・関修平
  • Organizer: 第25回基礎有機化学会討論会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2014-09-08
• [Presentation] 非局在型ラジカルを導入した含窒素平面π共役分子の合成と電子的性質 (2014)
  • Author(s): 小橋紀之・酒巻大輔・関修平
  • Organizer: 第25回基礎有機化学会討論会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2014-09-07
• [Presentation] アザアセンを鍵骨格とした分子群の合成とその電子的性質 (2014)
  • Author(s): 酒巻大輔・関修平
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2014-03-28
• [Presentation] アミノ基を有するペンタセン誘導体の合成と電子物性 (2014)
  • Author(s): 高橋一輝・上辺将士・酒巻大輔・伊藤彰浩・田中一義
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2014-03-28
• [Presentation] 2つのラジカルを導入した窒素置換多環芳香族炭化水素の合成と電子的性質 (2014)
  • Author(s): 小橋紀之・酒巻大輔・関修平
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2014-03-27
• [Presentation] 局在スピンを有する大環状芳香族アミンの合成と電子物性 (2014)
  • Author(s): 倉田亮平・酒巻大輔・伊藤彰浩・田中一義
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2014-03-27
• [Presentation] 特異な構造を有する芳香族アミン分子群の電荷輸送特性 (2013)
  • Author(s): 酒巻大輔・伊藤彰浩・田中一義・関修平
  • Organizer: 第24回基礎有機化学会討論会
  • Place of Presentation: 学習院大学
  • Year and Date: 2013-09-05
• [Presentation] ホウ素原子と窒素原子を含むアントラセン誘導体の光物性 (2013)
  • Author(s): 上辺将士・酒巻大輔・伊藤彰浩・田中一義
  • Organizer: 第24回基礎有機化学会討論会
  • Place of Presentation: 学習院大学
  • Year and Date: 2013-09-05
• [Presentation] Synthesis, Structure, and Electronic Properties of an o, p, o, p-tetraazacyclophane (2013)
  • Author(s): D. Sakamaki, A. Ito, K. Tanaka, S. Seki
  • Organizer: 15th International Symposium on Novel Aromatic Compounds
  • Place of Presentation: 台湾
  • Year and Date: 2013-08-01
• [Presentation] Synthesis and Electronic Properties of Boron-Nitrogen-Substituted Anthrac ene Derivatives (2013)
  • Author(s): M. Uebe, D. Sakamaki, A. Ito, K. Tanaka
  • Organizer: 15th International Symposium on Novel Aromatic Compounds
  • Place of Presentation: 台湾
  • Year and Date: 2013-08-01
• [Presentation] Preparation and Characterization of a Polymacrocyclic Oligoarylamine (2013)
  • Author(s): R. Kurata, M. Kinoshita, D. Sakamaki, A. Ito, K. Tanaka
  • Organizer: 15th International Symposium on Novel Aromatic Compounds
  • Place of Presentation: 台湾
  • Year and Date: 2013-08-01
• [Presentation] Synthesis and Electronic Properties of 4-hydroxyphenyl-group-substituted Arylamines (2013)
  • Author(s): S. Yano, D. Sakamaki, A. Ito, K. Tanaka
  • Organizer: 15th International Symposium on Novel Aromatic Compounds
  • Place of Presentation: 台湾
  • Year and Date: 2013-07-31