Synthesis of Metal Clusters by Encapsulation and their Single-Molecule Conductance

• Project/Area Number: 25708008
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Partial Multi-year Fund
• Research Field: Inorganic chemistry
• Research Institution: Yamagata University (2014-2016); The University of Tokyo (2013)
• Principal Investigator: MURASE TAKASHI 山形大学, 理学部, 准教授 (70508184)
• Research Collaborator: KIGUCHI Manabu 東京工業大学, 理工学研究科, 教授
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥25,610,000 (Direct Cost: ¥19,700,000、Indirect Cost: ¥5,910,000); Fiscal Year 2016: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2015: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2014: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2013: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
• Keywords: 自己組織化 / クラスター / ナノワイヤー / 単分子伝導度 / 3核錯体 / 包接 / 電子ドナー / 電子アクセプター / 金属三核錯体 / 三核錯体 / 分子デバイス

Outline of Final Research Achievements

Tray-shaped Au(I)3 complexes act as shallow concave platforms that induce the assembly of [3×n] Au(I) ion clusters on their concave surface in a modular fashion. The stack number (n) of the ion clusters can be systematically tuned (n = 2-4) by changing the solvent conditions and the addition of Ag(I) ion. Similar Au(I)-Ag(I) hetero ion clusters were prepared by doping guest Ag(I) ions into [3×n] Au(I) ion clusters within self-assembled cages. The electronic conductance of the Au(I) ion clusters were modulated by 10 times by doping Ag(I) ions.
The electronic properties of self-assembled cages containing homo and hetero π-stacked molecules were revealed. The homo π-stacked junctions display highly conductive character, while the hetero π-stacked junctions exhibit electronic rectification properties. The rectification direction was controlled by the stacking order of π-conjugated molecules in the self-assembled cage.

Research Products

• [Int'l Joint Research] Politecnico di Milano(Italy)
• [Journal Article] Azahelicenes from the Oxidative Photocyclization of Boron Hydroxamate Complexes (2017)
  • Author(s): T. Murase, T. Suto, H. Suzuki
  • Journal Title: Chem. Asian J. Volume: 12 Issue: 7 Pages: 726-729
  • DOI: 10.1002/asia.201700096
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Effect of the Ag Ion Insertion on Electron Transport through Au Ion Wires (2016)
  • Author(s): S. Fujii, S. Kanae, M. Iwane, T. Nishino, T. Osuga, T. Murase, M. Fujita, M. Kiguchi
  • Journal Title: Chem. Lett. Volume: 45 Issue: 7 Pages: 764-766
  • DOI: 10.1246/cl.160286
  • NAID: 130005253025
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tuning of Charge Transport Properties of Stacks of Aromatic Molecules (2016)
  • Author(s): 藤井慎太郎・小本祐貴・多田朋史・大須賀孝史・村瀬隆史・藤田誠・木口学
  • Journal Title: Hyomen Kagaku Volume: 37 Issue: 8 Pages: 342-347
  • DOI: 10.1380/jsssj.37.342
  • NAID: 130005405081
  • ISSN: 0388-5321, 1881-4743
• [Journal Article] Cavity-Directed Chromism of Phthalein Dyes (2015)
  • Author(s): H. Takezawa, S. Akiba, T. Murase, M. Fujita
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 137 Issue: 22 Pages: 7043-7046
  • DOI: 10.1021/jacs.5b03618
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Halogen-Bond-Assisted Guest Inclusion in a Synthetic Cavity (2015)
  • Author(s): H. Takezawa, T. Murase, G. Resnati, P. Metrangolo, M. Fujita
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 54 Issue: 29 Pages: 8411-8414
  • DOI: 10.1002/anie.201500994
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Cavity-Promoted Diels-Alder Reactions of Unsubstituted Naphthalene: Fine Reactivity Tuning by Cavity Shrinkage (2015)
  • Author(s): Y. Fang, T. Murase, M. Fujita
  • Journal Title: Chem. Lett. Volume: 44 Issue: 8 Pages: 1095-1097
  • DOI: 10.1246/cl.150351
  • NAID: 130005092597
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rectifying electron-transport properties through stacks of aromatic molecules inserted into a self-assembled cage (2015)
  • Author(s): S. Fujii, T. Tada, Y. Komoto, T. Osuga, T. Murase, M. Fujita, M. Kiguchi
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 137 Issue: 18 Pages: 5939-5947
  • DOI: 10.1021/jacs.5b00086
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] One-Step Synthesis of [16]Helicene (2015)
  • Author(s): K. Mori, T. Murase, M. Fujita
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 54 Issue: 23 Pages: 6847-6851
  • DOI: 10.1002/anie.201502436
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Metal-Organic Proximity in a Synthetic Pocket (2014)
  • Author(s): Y. Kohyama, T. Murase, M. Fujita
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 136 Issue: 8 Pages: 2966-2969
  • DOI: 10.1021/ja412582k
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Remote Impacts of Methyl Substituents on the Guest-Binding Ability of Self-Assembled Cages (2014)
  • Author(s): Y. Fang, T. Murase, M. Fujita
  • Journal Title: Chem. Asian J. Volume: 9 Issue: 5 Pages: 1321-1328
  • DOI: 10.1002/asia.201301642
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A Tray-Shaped, PdII-Clipped Au3 Complex as a Scaffold for the Modular Assembly of [3 × n] Au Ion Clusters (2014)
  • Author(s): Osuga, T; Murase, T; Hoshino, M; Fujita, M.
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 53 Issue: 42 Pages: 11186-11189
  • DOI: 10.1002/anie.201404892
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Recognition of Polyfluorinated Compounds Through Self-Aggregation in a Cavity (2014)
  • Author(s): Takezawa, H. ; Murase, T. ; Resnati, G. ; Metrangolo, P. ; Fujita, M.
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 136 Issue: 5 Pages: 1786-1786
  • DOI: 10.1021/ja412893c
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Highly Conductive [3×n] Gold-Ion Clusters Enclosed within Self-Assembled Cages (2013)
  • Author(s): Kiguchi, M ; Inatomi, J ; Takahashi, Y ; Tanaka, R ; Osuga, T ; Murase, T ; Fujita, M ; Tada, T ; Watanabe S.
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 52 Issue: 24 Pages: 6202-6205
  • DOI: 10.1002/anie.201301665
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Synthesis and Properties of Macrocyclic Alkanes with Six Functional Side Chains (2017)
  • Author(s): Yoshinori Kurata, Noriyo Seya, Takashi Murase
  • Organizer: 日本化学会第97春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学（日吉キャンパス）（神奈川）
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] Synthesis of [16]Helicene by Multiple Photocyclization: Influence of the Precursor Sequences (2017)
  • Author(s): Wataru Araki, Takashi Murase
  • Organizer: 日本化学会第97春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学（日吉キャンパス）（神奈川）
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] Photocyclization of Terminally-Polyfluorinated Stilbene Derivatives toward [7]Helicenes (2017)
  • Author(s): Chikako Matsuda, Takashi Murase
  • Organizer: 日本化学会第97春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学（日吉キャンパス）（神奈川）
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] One-step synthesis of [16]helicene by multiple photocyclization (2015)
  • Author(s): Takashi Murase
  • Organizer: Pacifichem 2015
  • Place of Presentation: Hawaii, USA
  • Year and Date: 2015-12-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] [16]ヘリセンの合成 (2015)
  • Author(s): 村瀬 隆史・森 一晋・藤田 誠
  • Organizer: 第26回基礎有機化学討論会
  • Place of Presentation: 愛媛大学（城北キャンパス）（愛媛）
  • Year and Date: 2015-09-24
• [Presentation] [16]Helicene: Helical Folding by Multiple Photocyclization (2015)
  • Author(s): Takashi Murase
  • Organizer: 平成27年度化学系学協会東北大会
  • Place of Presentation: 弘前大学（文京キャンパス）（青森）
  • Year and Date: 2015-09-12
• [Presentation] 孤立空間内でのナフタレンのDiels-Alder反応における空孔収縮効果 (2015)
  • Author(s): 方 煜・村瀬 隆史・藤田 誠
  • 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）（千葉）
  • Year and Date: 2015-03-29
• [Presentation] 光環化反応を用いた[7]ヘリセン合成を制御する溶媒環境 (2015)
  • Author(s): 早川 佳吾・村瀬 隆史
  • 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）（千葉）
  • Year and Date: 2015-03-28
• [Presentation] N-フェニルヒドロキサム酸-ホウ素錯体の酸化的光酸化によるアザ[4]ヘリセン合成 (2015)
  • Author(s): 須藤 亨・村瀬 隆史
  • 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）（千葉）
  • Year and Date: 2015-03-28
• [Presentation] トレー型Au(I)三核錯体を用いたAu(I)クラスターのモジュール合成 (2015)
  • Author(s): 大須賀 孝史・村瀬 隆史・星野 学・藤田 誠
  • 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）（千葉）
  • Year and Date: 2015-03-28
• [Presentation] 正八面体型中空錯体によるハロゲン結合を介した有機ハロゲン化物の特異的認識 (2015)
  • Author(s): 竹澤 浩気・村瀬 隆史・星野 学・藤田 誠
  • 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）（千葉）
  • Year and Date: 2015-03-28
• [Presentation] ベンゼン／ナフタレンを連結したオレフィンの一段階光環化による[16]ヘリセン合成 (2015)
  • Author(s): 森 一晋・村瀬 隆史・藤田 誠
  • 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）（千葉）
  • Year and Date: 2015-03-26
• [Presentation] 孤立空間内での精密分子認識による反応開発 (2014)
  • Author(s): 村瀬 隆史
  • Organizer: 平成26年度化学系学協会東北大会
  • Place of Presentation: 山形大学（米沢キャンパス）（山形）
  • Year and Date: 2014-09-20
  • Invited
• [Presentation] トレー型Au三核錯体を足場としたAuイオン三次元配列 (2014)
  • Author(s): 大須賀 孝史・村瀬 隆史・星野 学・藤田 誠
  • Organizer: 第25回基礎有機化学討論会
  • Place of Presentation: 東北大学（川内北キャンパス）（宮城）
  • Year and Date: 2014-09-08
• [Presentation] 浅い凹みをもつAu(I)三核錯体を足場とするAu(I)クラスターの構築 (2014)
  • Author(s): 大須賀 孝史・村瀬 隆史・藤田 誠
  • Organizer: 第12回ホスト・ゲスト化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京工業大学（大岡山キャンパス）（東京）
  • Year and Date: 2014-05-31
• [Presentation] 正八面体型中空錯体への包接によるビフェニルアセチレン類の選択的環化
  • Author(s): 藤井 裕也・竹澤 浩気・村瀬 隆史・藤田 誠
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（東山キャンパス）（愛知）
• [Presentation] 遠隔置換基による自己組織化中空錯体の分子認識制御
  • Author(s): 方 煜・村瀬 隆史・藤田 誠
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（東山キャンパス）（愛知）
• [Presentation] 中空錯体内での自己集合を利用した有機フッ素化合物の共同的認識
  • Author(s): 竹澤 浩気・村瀬 隆史・藤田 誠
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（東山キャンパス）（愛知）
• [Presentation] 自己組織化空間で制御されたパラジウム錯体(II)とアルキンのC(sp)-H結合活性化
  • Author(s): 神山 祐・村瀬 隆史・藤田 誠
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（東山キャンパス）（愛知）
• [Presentation] 光環化によるヘリセン合成：位置選択性に与える添加剤の影響
  • Author(s): 森 一晋・村瀬 隆史・藤田 誠
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（東山キャンパス）（愛知）
• [Presentation] トレー型Au(I)三核錯体を利用した金属錯体の有限集積
  • Author(s): 大須賀 孝史・村瀬 隆史・藤田 誠
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（東山キャンパス）（愛知）
• [Presentation] 分子の潜在能力を引き出す孤立空間の化学
  • Author(s): 村瀬 隆史
  • Organizer: 第14回リング・チューブ超分子研究会
  • Place of Presentation: 九州大学（伊都キャンパス）（福岡）
  • Invited
• [Presentation] 遠隔置換基で制御された八面体型ホストのゲスト包接能
  • Author(s): 村瀬 隆史・方 煌・佐藤 宗太・藤田 誠
  • Organizer: 第24回基礎有機化学討論会
  • Place of Presentation: 学習院大学（目白キャンパス）（東京）
• [Presentation] Au(I)三核錯体を底面にもつトレー型分子の合成と分子認識
  • Author(s): 大須賀 孝史・村瀬 隆史・藤田 誠
  • Organizer: 24回基礎有機化学討論会
  • Place of Presentation: 学習院大学（目白キャンパス）（東京）