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弱い分子間水素結合を利用して構築する多孔質構造体の構造と機能の解明

Research Project

Project/Area Number 22K04854
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 28010:Nanometer-scale chemistry-related
Research InstitutionHirosaki University

Principal Investigator

太田 俊  弘前大学, 理工学研究科, 助教 (20733132)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords水素結合 / 揮発性有機化合物 / 吸着 / 水耐性 / 分離 / 錯体
Outline of Research at the Start

分子を水素結合により自己集合させた多孔質構造体(HOF)が新材料として注目されている。本研究代表者は最近、あるニッケル錯体をNーH・・・Cl水素結合により自己集合させることで、柔軟なHOFが構築できることを見出している。なお、ここでの柔軟性とは、物質吸着時における水素結合の切断と再結合を意味する。この成果を起点に本研究では、種々の弱い水素結合を利用して新規HOFを構築し、研究代表者の系における柔軟なHOFの構造と機能との関係を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

分子を水素結合により自己集合させた多孔質構造体をHOFと呼ぶ。本研究では、種々の弱い水素結合を利用して新規HOFを構築し、その構造と機能との関係を明らかにすることを主目的としている。研究2年目となる2023年度の主要な成果として、あるベンゾイミダゾール系有機化合物を基盤とするHOFが、極性のある揮発性有機化合物を吸着できることを見出した点が挙げられる。単結晶X線構造解析により、この吸着が、HOF骨格の形成に関わる弱い分子間水素結合(N-H・・・π相互作用)の切断と、ゲスト分子との新たな水素結合の形成により起こることを明らかにした。この成果は、研究代表者の「HOF構築に弱い水素結合を利用することで柔軟性高いHOFが得られる」という提案を支持するものであり、柔軟なHOF構築に用いることができる弱い水素結合の種類を増やした点で意義がある。加えて、このHOFは高湿度条件下においても揮発性有機化合物吸着機能を示すことが明らかとなった。実際の有機溶剤を取り扱う工場は高湿度なことが多いため、高湿度条件でも機能する吸着材料が求められている。その観点でみると本成果は、高湿度条件で有機溶剤の蒸気を吸着できる材料の設計指針を明らかにした点でも意義がある。この高湿度条件でも機能するHOFに関する成果について、査読付英語学術論文としてまとめ、発表した。さらに本年度は、昨年度見出したニッケル錯体を基盤とするHOFによる色変化挙動についても、査読付英語学術論文としてまとめ、発表した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

「研究実績の概要」欄に記載した通り、本年度論文発表を行ったHOFは、高湿度条件下でも機能する。この特徴は産業界のニーズともよく合致しているため、本成果は実際の現場からの需要に応えられる材料の設計指針を示すものと捉えられる。この成果は、研究開始当初、全く想定していなかったものであり、本研究の価値を大きく高める。よって、本研究は当初の計画以上に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

本年度見出した高湿度条件下でも機能するHOFに関して得た知見を起点に、より材料として適切なHOFの開発を進める。また、論文発表には至っていないものの、これまでとは異なる弱い水素結合が、柔軟なHOFを構築できることも見出していることから、その機能解明と論文化へ向けた取り組みも行う。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2024 2023 2022 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 2 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Water-Tolerant Hydrogen-Bonded Organic Framework Based on Phenylbis(benzimidazol-2-yl)methanol: Synthesis, Structural Characterization, and Organic-Vapor-Adsorption Properties2024

    • Author(s)
      Ohta Shun、Hatakeyama Tatsuya、Fujita Shusuke、Toda Tomoyuki、Sagisaka Masanobu、Okazaki Masaaki
    • Journal Title

      Crystal Growth & Design

      Volume: 24 Issue: 4 Pages: 1603-1611

    • DOI

      10.1021/acs.cgd.3c01219

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Color-change behavior of a bis(benzimidazole)-coordinated nickel-dichlorido complex induced by the adsorption of pyridine or ammonia vapor2024

    • Author(s)
      Murakami Tatsunari、Homma Takahiro、Masuno Atsunobu、Okazaki Masaaki、Ohta Shun
    • Journal Title

      Transition Metal Chemistry

      Volume: - Issue: 4 Pages: 229-235

    • DOI

      10.1007/s11243-024-00576-9

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Activation of unsaturated small molecules by bio-relevant multinuclear metal-sulfur clusters2023

    • Author(s)
      Tanifuji Kazuki、Ohta Shun、Ohki Yasuhiro、Seino Hidetake
    • Journal Title

      Coordination Chemistry Reviews

      Volume: 475 Pages: 214838-214838

    • DOI

      10.1016/j.ccr.2022.214838

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Synthesis, Structural Characterization, and Guest Exchange Properties of Hydrogen-Bonded Organic Frameworks Based on Bis(benzimidazole)ZnCl2 Complexes2022

    • Author(s)
      Iwabuchi Yurika、Yamaguchi Ryoga、Murakami Tatsunari、Okazaki Masaaki、Ohta Shun
    • Journal Title

      Inorganic Chemistry

      Volume: 61 Issue: 49 Pages: 19890-19898

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.2c03131

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 極性のある有機化合物の蒸気を選択的に吸着する水素結合ネットワーク材料2022

    • Author(s)
      太田俊
    • Journal Title

      化学工業

      Volume: 73 Pages: 389-394

    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Color changes of a bis(benzimidazole)-ligated nickel dichlorido complex by amine vapor adsorption2024

    • Author(s)
      Tatsunari Murakami, Takahiro Homma, Atsunobu Masuno, Masaaki Okazaki, Shun Ohta
    • Organizer
      The 9th Asian Conference on Coordination Chemistry
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hydrogen-bonded crystalline polymers for the adsorption of polar volatile organic compounds2023

    • Author(s)
      Shun Ohta, Yurika Iwabuchi, Ryota Mukai, Ryoga Yamaguchi, Tatsuya Hatakeyama, Tomoyuki Toda, Masaaki Okazaki
    • Organizer
      The 13th SPSJ International Polymer Conference
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Crystalline Hydrogen-bonded Networks for the Adsorption of Polar Volatile Organic Compounds2022

    • Author(s)
      Shun Ohta
    • Organizer
      International Congress on Pure & Applied Chemistry Kota Kinabalu (ICPAC Kota Kinabalu)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 錯体化学を基盤とする環境にやさしい材料の開発2022

    • Author(s)
      太田俊
    • Organizer
      小山高専「環境科学」講演会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Structures and functions of hydrogen-bonded organic frameworks based on metal chlorido complexes bearing a bis(benzimidzol-2-yl)methane2022

    • Author(s)
      Shun Ohta, Yurika Iwabuchi, Ryota Mukai, Ryoga Yamaguchi, Tomoyuki Toda, Masaaki Okazaki
    • Organizer
      8th Asian Conference on Coordination Chemistry (ACCC8)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] フェニルビス(ベンゾイミダゾリル)メタノールを構築単位とする結晶性水素結合ネットワークの合成、構造および吸着機能2022

    • Author(s)
      太田俊, 畠山竜弥, 戸田智之, 岡崎雅明
    • Organizer
      第30回有機結晶シンポジウム
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Remarks] 研究室ホームページ

    • URL

      http://www.st.hirosaki-u.ac.jp/~shunohta/

    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Remarks] 【弘前大学 研究室探訪!】~理工学部 錯体化学研究室(太田俊助教)編

    • URL

      https://www.youtube.com/watch?v=O1K6zBw0Tp0

    • Related Report
      2022 Research-status Report

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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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