Fabrication of functionalized device based on build-up type molecular wiring

• Project Area: Molecular Architectonics: Orchestration of Single Molecules for Novel Function
• Project/Area Number: 16H00965
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 寺尾 潤 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (00322173)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2017: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2016: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: 分子ワイヤ / シクロデキストリン / ポルフィリン / メタロワイヤ / 分子エレクトロニクス / 導電性高分子 / 機能性高分子 / 電荷移動度 / 分子センサ / 分子配線 / 分子デバイス / キャリア移動度 / Marcus理論 / 量子ダイナミクス / 遷移金属錯体 / 導電性共役分子 / 機能性分子素子 / アンカー分子 / 界面制御

Outline of Annual Research Achievements

本研究ではπ共役鎖中に外部刺激応答性官能基を導入し，機能性分子ワイヤの合成を目指した。まず，被覆型π共役モノマーと種々の機能性π共役分子との共重合反応により被覆型機能性分子ワイヤの合成を行った。その結果，酸化還元応答性，光応答性，イオンセンシング能，燐光発光能を有する分子ワイヤの合成に成功した。例えば，チアフルバレンユニットを有する分子ワイヤでは酸化還元により，蛍光発光特性が変化し，ジアゾベンゼンおよびジアリールエテンユニットを有する分子ワイヤでは，フォトクロミックにより分子ワイヤの形状が変化することを明らかとした。また，ポルフィリンユニットを有する分子ワイヤではポルフィリンに含まれる金属の種類により光誘起導電性が変化することを見出し，ポルフィリン－ピリジンの配位結合を有する分子ワイヤは一酸化炭素および光照射により，分子ワイヤが自己修復機能を有することを見出した。この配位結合により連結した分子ワイヤの分子内電荷移動度は0.22 cm2/Vsと算出され，類似の炭素共役系に匹敵する高い移動度を示した。この値は金属を介した一次元ワイヤ上の電荷移動度としてはこれまでで最も高い値であり，その理論的考察を大戸達彦博士との共同研究により行い，剛直で直線性の高いルテニウム－ピリジル結合間における効率的なホッピング伝導が鍵であることを明らかとした。また、配位型分子ワイヤに対して第一原理計算を行い，キャリア移動度の評価を行った。配位型ワイヤは共有結合型含白金アセチリドワイヤよりも高い移動度を示した。このことはRu ポルフィリンとピリジル基を介した炭素骨格の波動関数の混成は弱いが，それが逆にホールの輸送に伴う構造変化のショックアブソーバーとなり，移動度を高めることが明らかになった。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Synthesis and Characterization of Carboxylic Acids Bearing Poly(ethylene glycol) Chains (2018)
  • Author(s): M. Satou, T. Fujihara, J. Terao, Y. Tsuji
  • Journal Title: Synlett Volume: 29 Issue: 05 Pages: 556-559
  • DOI: 10.1055/s-0036-1591840
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Kinetic Stabilization of a Ni(II) Bis(dithiobenzoate)-type Complex Achieved Using Three-dimensional Insulation by a [1]Rotaxane Structure (2018)
  • Author(s): Takuro Hosomi, Ryosuke Harada, Hiroshi Masai, Tetsuaki Fujihara, Yasushi Tsuji, Jun Terao
  • Journal Title: Chem. Commun. Volume: 54 Issue: 20 Pages: 2487-2490
  • DOI: 10.1039/c8cc00351c
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Programmed Synthesis of Molecular Wires with Fixed Insulation and Defined Length Based on Oligo(phenylene ethynylene) and Permethylated α-Cyclodextrins (2017)
  • Author(s): Masai Hiroshi、Fujihara Tetsuaki、Tsuji Yasushi、Terao Jun
  • Journal Title: Chemistry - A European Journal Volume: 23 Issue: 60 Pages: 15073-15079
  • DOI: 10.1002/chem.201701428
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Hetero Face-to-Face Porphyrin Array with the Cooperative Effects of Coordination and Host-Guest Complexation (2017)
  • Author(s): Y. Chiba. M. Liu, Y. Tachibana, T. Fujihara, Y. Tsuji, J. Terao
  • Journal Title: Chem. Asian J Volume: 12 Issue: 15 Pages: 1900-1904
  • DOI: 10.1002/asia.201700738
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Synthesis of a Dinuclear Copper NHC Complex Bearing a Rigid π-Conjugated Cyclic Framework (2017)
  • Author(s): D. Inamori. T. Miwa, T. Fujihara, Y. Tsuji, J. Terao
  • Journal Title: Synlett Volume: 28 Issue: 14 Pages: 1775-1779
  • DOI: 10.1055/s-0036-1588824
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Copper-Catalyzed Hydroallylation of Allenes Employing Hydrosilanes and Allyl Chlorides (2017)
  • Author(s): T. Fujihara, K. Yokota, J. Terao, Y. Tsuji
  • Journal Title: Chem. Commun Volume: 53 Issue: 56 Pages: 7898-7900
  • DOI: 10.1039/c7cc02816d
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Synthesis of Cyclic Carbonates from Epoxides and Carbon Dioxide Catalyzed by MgCl2 (2017)
  • Author(s): T. Fujihara, M. Inokuchi, T. Mizoe, K. Nogi, J. Terao, Y. Tsuji
  • Journal Title: Chem. Lett. Volume: 46 Issue: 7 Pages: 968-969
  • DOI: 10.1246/cl.170252
  • NAID: 130005709477
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Regio- and Stereoselective Synthesis of Triarylalkene-Capped Rotaxanes via Palladium-Catalyzed Tandem Sonogashira/Hydroaryl Reaction of Terminal Alkynes (2017)
  • Author(s): Masai Hiroshi、Matsuda Wakana、Fujihara Tetsuaki、Tsuji Yasushi、Terao Jun
  • Journal Title: The Journal of Organic Chemistry Volume: 82 Issue: 10 Pages: 5449-5455
  • DOI: 10.1021/acs.joc.7b00442
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Boraformylation and Silaformylation of Allenes (2017)
  • Author(s): T. Fujihara, A. Sawada, T. Yamaguchi, Y. Tani, J. Terao, Y. Tsuji
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 56 Issue: 6 Pages: 1539-1543
  • DOI: 10.1002/anie.201611314
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Fluorene?Thiophene Copolymer Wire on TiO2: Mechanism Achieving Long Charge Separated State Lifetimes (2017)
  • Author(s): Liu Maning、Makuta Satoshi、Tsuda Susumu、Russo Salvy、Seki Shu、Terao Jun、Tachibana Yasuhiro
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry C Volume: 121 Issue: 46 Pages: 25672-25681
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b07295
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Over-1000?nm near-infrared fluorescent biodegradable polymer nanoparticles for deep tissue in vivo imaging in the second biological window (2017)
  • Author(s): Kamimura Masao、Takahiro Shoko、Yoshida Moe、Hashimoto Yusuke、Fukushima Rihito、Soga Kohei
  • Journal Title: Polymer Journal Volume: 49 Issue: 12 Pages: 799-803
  • DOI: 10.1038/pj.2017.59
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Enhancement of Carrier Mobility through Deformation Potential in Metal-Containing Insulated Molecular Wires (2016)
  • Author(s): Tatsuhiko Ohto, Hiroshi Masai, Jun Terao, Wakana Matsuda, Shu Seki, Yasushi Tsuji, Hirokazu Tada
  • Journal Title: J. Phys. Chem. C Volume: 120 Issue: 47 Pages: 26637-26644
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b08557
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A Typical Metal Ion-Responsive Color-Tunable Emitting Insulated π-Conjugated Polymer Film (2016)
  • Author(s): Takuro Hosomi, Hiroshi Masai, Tetsuaki Fujihara, Yasushi Tsuji, Jun Terao
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 55 Issue: 43 Pages: 13427-13431
  • DOI: 10.1002/anie.201603160
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Synthesis of Highly Insulated Conjugated Metallopolymers Containing Terpyridine－Metal Complexes (2016)
  • Author(s): Takuro Hosomi, Hiroshi Masai, Wakana Matsuda, Shu Seki, Tetsuaki Fujihara, Yasushi Tsuji, Jun Terao
  • Journal Title: Chem. Lett. Volume: 45 Issue: 8 Pages: 931-933
  • DOI: 10.1246/cl.160386
  • NAID: 130005254509
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Rational Design for Rotaxane Synthesis via Intramolecular Slippage: Control of Activation Energy by Rigid Axle Length (2016)
  • Author(s): H. Masai, J. Terao, T. Fujihara, Y. Tsuji
  • Journal Title: Chem. Eur. J. Volume: 22 Issue: 19 Pages: 6624-6630
  • DOI: 10.1002/chem.201600429
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Synthesis of Functionalized Molecular Wires and Its Application to Molecular Electronics (2018)
  • Author(s): Jun Terao
  • Organizer: International Workshop on Molecular Architectonics 2018
  • Invited
• [Presentation] Synthesis of Insulated Molecular Wires (2018)
  • Author(s): Jun Terao
  • Organizer: The 5th Ito International Research Conference
  • Invited
• [Presentation] Synthesis of Functionalized Molecular Wire and Its Application to Molecular Electronics (2017)
  • Author(s): 寺尾潤
  • Organizer: World Congless of Smart Materials 2017
  • Place of Presentation: バンコク（タイ）
  • Year and Date: 2017-03-16
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Synthesis of Functionalized Molecular Wire Directed toward to Molecular Electronics (2017)
  • Author(s): Jun Terao
  • Organizer: 3rd Yoshida Prize Symposium
  • Invited
• [Presentation] Synthesis and Phisical Properties of Functionalized Insulated Polymers (2017)
  • Author(s): Jun Terao
  • Organizer: ICCCEOCA-12
  • Invited
• [Presentation] クロスカップリング反応を利用する含遷移金属機能性材料の創製 (2017)
  • Author(s): 寺尾 潤
  • Organizer: 有機金属部会 平成29年度第三回例会
  • Invited
• [Presentation] ロタキサン構造による形態空間：絶縁性分子被覆がもたらす超微小有機電子材料 (2017)
  • Author(s): 寺尾 潤
  • Organizer: 第7回CSJフェスタ
  • Invited
• [Presentation] 単分子性高分子素子の作製 (2017)
  • Author(s): 寺尾 潤
  • Organizer: 高分子討論会
  • Invited
• [Presentation] 機能性高分子素子の創製 (2017)
  • Author(s): 寺尾 潤
  • Organizer: 高分子学会 第11回超分子若手懇談会
  • Invited
• [Presentation] ヘテロ原子～カップリング反応～機能性高分子材料 What's new? (2017)
  • Author(s): 寺尾 潤
  • Organizer: 第8回サブウェイセミナー
  • Invited
• [Presentation] クロスカップリング反応を基軸とした機能性超分子素子の創製 (2017)
  • Author(s): 寺尾 潤
  • Organizer: 有機合成化学講習会
  • Invited
• [Presentation] Synthesis and Properties of Functionalized Molecular Wire (2016)
  • Author(s): 寺尾潤
  • Organizer: Mini Workshop on Functional Nanomaterials
  • Place of Presentation: 北海道大学 電子科学研究所 （北海道・札幌市）
  • Year and Date: 2016-12-21
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 被覆型π共役高分子の設計・合成と分子デバイスへの応用 (2016)
  • Author(s): 寺尾潤
  • Organizer: 高分子学会
  • Place of Presentation: 神奈川大学横浜キャンパス （神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2016-09-15
  • Invited
• [Presentation] 超分子型分子素子の合成と機能 (2016)
  • Author(s): 寺尾潤
  • Organizer: 先端物質化学講演会ー有機化学のフロンティアー
  • Place of Presentation: 九州大学先導化学研究所 （福岡県・春日市）
  • Year and Date: 2016-08-30
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Synthesis of Conductive Polyrotaxane Polymer and Its Application to Molecular Electronics (2016)
  • Author(s): 寺尾潤
  • Organizer: Supramolecular Materials Meeting
  • Place of Presentation: ベルリン（ドイツ）
  • Year and Date: 2016-08-16
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Synthesis of Insulated Metallopolymers Directed toward Molecular Electronics (2016)
  • Author(s): 寺尾潤
  • Organizer: 27th International Conference on Organometallic Chemistry 2016
  • Place of Presentation: メルボルン（オーストラリア）
  • Year and Date: 2016-07-17
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 遷移金属触媒反応を駆使した高分子デバイスの創成 (2016)
  • Author(s): 寺尾潤
  • Organizer: 触媒学会 ファインケミカルズ合成触媒セミナー
  • Place of Presentation: 大阪大学 大学院基礎工学研究科 国際棟セミナー室（大阪府・豊中市）
  • Year and Date: 2016-05-21
  • Invited
• [Presentation] クロスカップリング反応を基軸とした高分子素子の創成 (2016)
  • Author(s): 寺尾潤
  • Organizer: 第49回有機金属若手の会 夏の学校
  • Place of Presentation: 東海大学嬬恋高原研修センター（群馬県・吾妻郡）
  • Invited
• [Book] Synthesis and Physical Properties of Three-Dimensionally Insulated Molecular Wires (2016)
  • Author(s): Jun Terao, Manabu Kiguchi (Ed.)
  • Total Pages: 24
  • Publisher: Springer