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Design and synthesis of dome-shaped nanocarbon molecules with gigantic curved pi-electron systems

Research Project

Project/Area Number 20K15254
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 33010:Structural organic chemistry and physical organic chemistry-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

Ikemoto Koki  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 講師 (30735600)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywordsナノカーボン / 構造化学 / 空間 / ドーム状構造 / π電子 / ナノカーボン分子
Outline of Research at the Start

フラーレンやカーボンナノチューブに代表されるナノカーボンは,強い・軽い・しなやかを兼ね備えた構造材料として幅広い応用が期待されている.本研究は,一義的構造を有する「分子」として,ナノカーボンを設計・合成しようとするものである.原子レベルで構造が制御されたナノカーボン分子の物理的性質・化学的性質を解き明かすことで,ナノカーボンの精密な物性制御に繋げていく.

Outline of Final Research Achievements

Since the discovery of carbon nanotubes, nanocarbons with non-planar structures have attracted much attention because of their unique properties associated with their curved π-electron systems. However, the peculiarities of these curved π-electron spaces have been rarely discussed based on "structural chemistry" at the atomic and molecular levels. In this study, gigantic curved dome-shaped nanocarbon molecules were designed and synthesized by utilizing coupling of 1,3,5-trisubstituted benzene units (phenine). The phenine design allowed for the synthesis of not only the dome-shaped nanocarbon molecules but also their precisely hetero-doped analogs, providing an in-depth understanding of their properties based on structural chemistry.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

カーボンナノチューブに代表されるナノカーボンは,湾曲構造に付随した特異な電子的性質を示すことから幅広い応用が期待されている.しかしながら,これらナノカーボンは様々な構造の「混合物」であり,このことが精密な構造に基づく物性の理解を妨げていた.本研究では,一義的構造を有する「分子」として,巨大湾曲ドーム状ナノカーボン分子を設計・合成した.これらナノカーボン分子の物理的性質・化学的性質を解き明かし,構造を踏まえた原理的な理解に繋げることができた.

Report

(3 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (22 results)

All 2022 2021 2020

All Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 7 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] A minimal cage of a diamond twin with chirality2022

    • Author(s)
      Fukunaga Toshiya M.、Kato Takahide、Ikemoto Koki、Isobe Hiroyuki
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 119 Issue: 7

    • DOI

      10.1073/pnas.2120160119

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Activation of Positive Cooperativity by Size‐Mismatch Assembly via Inclination of Guests in a Single‐Site Receptor2022

    • Author(s)
      Matsuno Taisuke、Takahashi Kanato、Ikemoto Koki、Isobe Hiroyuki
    • Journal Title

      Chemistry An Asian Journal

      Volume: 17 Issue: 7

    • DOI

      10.1002/asia.202200076

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Metal-Templated Oligomeric Macrocyclization via Coupling for Metal-Doped π-Systems2021

    • Author(s)
      Yang Seungmin、Miyachi Akira、Matsuno Taisuke、Muto Hitomi、Sasakawa Hiroaki、Ikemoto Koki、Isobe Hiroyuki
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 143 Issue: 37 Pages: 15017-15021

    • DOI

      10.1021/jacs.1c08712

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Defective Nanotube Molecule of C<sub>552</sub>H<sub>496</sub>N<sub>24</sub> with Pyridinic and Pyrrolic Nitrogen Atoms2021

    • Author(s)
      Ikemoto Koki、Harada Shotaro、Yang Seungmin、Matsuno Taisuke、Isobe Hiroyuki
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 61 Issue: 1

    • DOI

      10.1002/anie.202114305

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      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Geodesic Phenine Frameworks2021

    • Author(s)
      Ikemoto Koki、Isobe Hiroyuki
    • Journal Title

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      Volume: 94 Issue: 1 Pages: 281-294

    • DOI

      10.1246/bcsj.20200284

    • NAID

      130007968760

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Chemical Reduction of Nanosized [6]Cyclo‐2,7‐naphthylene Macrocycle2021

    • Author(s)
      Zhou Zheng、Wei Zheng、Ikemoto Koki、Sato Sota、Isobe Hiroyuki、Petrukhina Marina A.
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: - Issue: 20 Pages: 11201-11205

    • DOI

      10.1002/anie.202100942

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    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Acyclic, Linear Oligo‐meta‐phenylenes as Multipotent Base Materials for Highly Efficient Single‐layer Organic Light‐emitting Devices2020

    • Author(s)
      Yoshii Asami、Onaka Yuzuka、Ikemoto Koki、Izumi Tomoo、Sato Sota、Kita Hiroshi、Taka Hideo、Isobe Hiroyuki
    • Journal Title

      Chemistry - An Asian Journal

      Volume: 15 Issue: 14 Pages: 2181-2186

    • DOI

      10.1002/asia.202000521

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      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] キラルなフェナインナノケージの設計・合成2022

    • Author(s)
      福永隼也,加藤昂英,池本晃喜,磯部寛之
    • Organizer
      日本化学会第102春季年会(2022)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 多角形組立戦略によるフェナインナノカーボン分子の合成2022

    • Author(s)
      美尾樹,池本晃喜,佐藤宗太,磯部寛之
    • Organizer
      日本化学会第102春季年会(2022)
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 「金属鋳型多量化をカップリング反応に用いた大環状化法」による金属ドープ型ナノカーボン分子合成2022

    • Author(s)
      池本晃喜,梁承民,宮地景,松野太輔,武藤仁美,笹川拡明,磯部寛之
    • Organizer
      日本化学会第102春季年会(2022)
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 金属鋳型多量化をカップリング反応に用いた大環状化法の開発2022

    • Author(s)
      宮地景,梁承民,松野太輔,武藤仁美,笹川拡明,池本晃喜,磯部寛之
    • Organizer
      日本化学会第102春季年会(2022)
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ピリジン及びピロール窒素を有するC552H496N24組成の周期孔ナノチューブ分子2022

    • Author(s)
      原田昌太朗,池本晃喜,梁承民,松野太輔,磯部寛之
    • Organizer
      日本化学会第102春季年会(2022)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Synthesis of a hemispherical geodesic phenine framework by a polygon assembling strategy2021

    • Author(s)
      Mio,T.; Ikemoto,K.; Sato,S.; Isobe,H.
    • Organizer
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2021 (Pacifichem 2021)
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 多角形組立戦略による半球型ジオデシックフェナインフレームワークの合成2021

    • Author(s)
      美尾樹,池本晃喜,佐藤宗太,磯部寛之
    • Organizer
      日本化学会第101春期年会(2021)
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 周期孔を有する窒素ドープ型ナノチューブ分子2021

    • Author(s)
      梁承民,池本晃喜,内藤久資,小谷元子,佐藤宗太,磯部寛之
    • Organizer
      日本化学会第101春期年会(2021)
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 高性能有機発光デバイスを実現する直鎖連結型芳香族分子の開発2021

    • Author(s)
      尾仲柚香,芳井朝美,池本晃喜,泉倫生,佐藤宗太,北弘志,高秀雄,磯部寛之
    • Organizer
      日本化学会第101春期年会(2021)
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 高性能有機発光デバイスを実現する直鎖連結型芳香族分子の開発2021

    • Author(s)
      尾仲柚香,芳井朝美,池本晃喜,泉倫生,佐藤宗太,北弘志,高秀雄,磯部寛之
    • Organizer
      第12回低温科学研究センター研究交流会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 平面三方構造フェナインを活用した ナノカーボン分子設計と機能展開2020

    • Author(s)
      池本晃喜
    • Organizer
      名古屋大学GTRセミナー
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      2020 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 周期孔を有する窒素ドープ型ナノチューブ分子2020

    • Author(s)
      梁承民,池本晃喜,内藤久資,小谷元子,佐藤宗太,磯部寛之
    • Organizer
      第10回CSJ化学フェスタ2020
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 高性能有機発光デバイスを実現する直鎖連結型芳香族分子の開発2020

    • Author(s)
      尾仲柚香,芳井朝美,池本晃喜,泉倫生,佐藤宗太,北弘志,高秀雄,磯部寛之
    • Organizer
      第10回CSJ化学フェスタ2020
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 高性能有機発光デバイスを実現する 直鎖連結型芳香族分子の開発2020

    • Author(s)
      尾仲柚香,芳井朝美,池本晃喜,泉倫生,佐藤宗太,北弘志,高秀 雄,磯部寛之
    • Organizer
      基礎有機化学会 若手オンラインシンポジウム(第0回)
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      2020 Research-status Report
  • [Book] Organometallic News2020

    • Author(s)
      磯部寛之,池本晃喜
    • Total Pages
      5
    • Publisher
      一般社団法人近畿化学協会 有機金属部会
    • Related Report
      2020 Research-status Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2023-01-30  

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