Creation of boron-doped curved nanographene

• Project/Area Number: 22K14669
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 33010:Structural organic chemistry and physical organic chemistry-related
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: Kato Kenta 早稲田大学, 理工学術院総合研究所(理工学研究所), 次席研究員(研究院講師) (90897589)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2022: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: 非平面PAH / 含ホウ素PAH / ナノグラフェン / π共役系 / 湾曲グラフェン / ホウ素化合物 / ホウ素ドープ

Outline of Research at the Start

本研究の目的は、湾曲構造に埋め込まれた三配位ホウ素の性質解明である。本質的に不安定なsp2混成ホウ素を安定化するために、剛直な平面内に固定する研究が精力的に展開されている。一方で、本研究のようにホウ素原子を湾曲面内に固定する研究は皆無であり、極めて独自性の高い研究である。また、特異な酸化還元特性をもつ湾曲ナノグラフェンを、ホウ素ドープにより、さらに酸化還元特性を向上させ、リチウムイオン電池の電極へと応用できる。湾曲平面は裏と表で異なる環境が提供でき、高い選択性、不斉構造に基づく不斉触媒への応用などが期待できる。このように幅広い応用展開が見込めることから創造性は高い。

Outline of Final Research Achievements

Explore boron-doped curved graphene chemistry by synthesizing boron-doped curved nanographene and exploring and pursuing the unique properties and phenomena of boron immobilized in the curved structure were aimed in this study. Multi-arylborepins and partially fused borepins were synthesized as precursors. Carbon-carbon bond formation in the final step was attempted.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ホウ素の平面ナノグラフェンへの固定化は、国内外で複数のグループで研究されている。これらはいずれも平面構造もしくは骨格周辺でのナノグラフェンへのホウ素の固定化である。また、ヘテロ原子の湾曲ナノグラフェンへの導入は窒素原子をはじめ報告されている。一方で、本研究のようにホウ素のみを湾曲ナノグラフェンへ固定化する研究は皆無である。以上の背景のもと、本研究で行われたホウ素が平面ナノグラフェンへ固定化された分子の合成経路の探索は、三配位ホウ素の軌道混成の制御という新たなコンセプトを実証に近づけるものである。