Construction of Chiral Transcription Systems Based on Chiral Fullerene Templates

• Project Area: Coordination Asymmetry: Design of Asymmetric Coordination Sphere and Anisotropic Assembly for the Creation of Functional Molecules
• Project/Area Number: 19H04584
• 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: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 荒谷 直樹 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (60372562)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2019: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: キラリティ / フラーレン / 環状オリゴマー / 分子認識 / キラルフラーレン / 有機化学 / 複合材料 / 超分子 / 有機半導体 / 不斉 / 複合材料・物性 / キラル

Outline of Research at the Start

環状PAH多量体はゲスト分子の添加など外部刺激によってその物性を大きく変化させることができ、センシング材料としても魅力的な電子材料である。環状共役系に片方巻きの「ひねり」を加えることができれば分子全体でキラリティーを発現する。
本研究課題では、環状ピレン５量体および７量体がメビウス型キラル構造をもつことを利用し、メビウス型環状ピレン５量体によるキラルフラーレンの分子認識（センシング）、およびキラルフラーレンによるラセミ環状ピレン７量体のキラル化と得られた不斉環境による新たなキラル認識による不斉転写システムの構築を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

環状に配置した多環芳香族化合物は、ゲスト分子の添加など外部刺激によってその物性を大きく変化させることができ、センシング材料としても魅力的な光学材料である。環状共役系に片方巻きの「ひねり」を加えることができれば分子全体でキラリティーを発現する。本新学術領域研究では、キラル環状ピレン多量体によるキラルフラーレンの分子認識（センシング）、およびキラルフラーレンによるラセミ環状ピレン多量体のキラル化と得られた不斉環境による新たなキラル認識による不斉転写システムの構築を目指した。環状ピレン５量体がキラル構造であることは光学分割とその鏡像のCDスペクトルによって確認した。室温で溶液状態で徐々にラセミ化したことから、ねじれの向きは可逆的な平衡状態であることが明らかとなった。研究目標として、以下の項目を挙げた。（１）キラルな環状ピレン5量体によるキラルフラーレンの認識能を探索し、円偏光発光等によるセンシングを目指す。（２）キラル環状ピレン多量体とフラーレンとの共結晶化によって光学分割に挑戦する。（３）錯体に対して偏光励起光入射することにより光誘起電子移動など電子機能性を引き出す。
これらによって光／電子機能の開拓を推進する。本研究の成果として、環状ピレン５量体のフラーレン認識能を確認し、また新しいキラルフラーレンの合成法を開拓した。この研究の過程でフラーレン初の円偏光発光の観測に成功し、新しいキラルナノカーボンの化学を開拓することに繋がった。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Synthesis and Evaluation of Charge Transport Property of Ethynylene‐Bridged Anthracene Oligomers (2021)
  • Author(s): Zhu Juanjuan、Hayashi Hironobu、Chen Meng、Xiao Chengyi、Matsuo Kyohei、Aratani Naoki、Zhang Lei、Yamada Hiroko
  • Journal Title: Macromolecular Chemistry and Physics Volume: - Issue: 11 Pages: 2100024-2100024
  • DOI: 10.1002/macp.202100024
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Direct borylation of terrylene and quaterrylene (2020)
  • Author(s): Kano Haruka、Uehara Keiji、Matsuo Kyohei、Hayashi Hironobu、Yamada Hiroko、Aratani Naoki
  • Journal Title: Beilstein Journal of Organic Chemistry Volume: 16 Pages: 621-627
  • DOI: 10.3762/bjoc.16.58
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A Directly-linked Cyclic Pyrene Tetramer as a Back-to-back Receptor for Two Fullerenes (2020)
  • Author(s): Kurosaki Ryo、Matsuo Kyohei、Hayashi Hironobu、Yamada Hiroko、Aratani Naoki
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 49 Issue: 8 Pages: 892-895
  • DOI: 10.1246/cl.200233
  • NAID: 130007884706
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Visible‐Light‐Induced Heptacene Generation under Ambient Conditions: Utilization of Single‐crystal Interior as an Isolated Reaction Site (2020)
  • Author(s): Hayashi Hironobu、Hieda Nao、Yamauchi Mitsuaki、Chan Yee Seng、Aratani Naoki、Masuo Sadahiro、Yamada Hiroko
  • Journal Title: Chemistry - A European Journal Volume: 26 Issue: 66 Pages: 15079-15083
  • DOI: 10.1002/chem.202002155
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] One-Pot Synthesis of a Cyclic Pyrene Octamer from Two Bifunctionalized Pyrene Monomers (2020)
  • Author(s): Yamada Hiroko、Aratani Naoki、Mei Peifeng、Kurosaki Ryo、Matsumoto Akinobu
  • Journal Title: Synthesis Volume: 53 Issue: 02 Pages: 344-347
  • DOI: 10.1055/s-0040-1705950
  • NAID: 120007169564
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cyclic butadiyne-linked porphyrin(2.1.2.1) oligomers (2020)
  • Author(s): Kuzuhara Daiki、Furukawa Wataru、Aratani Naoki、Yamada Hiroko
  • Journal Title: Journal of Porphyrins and Phthalocyanines Volume: 24 Issue: 01n03 Pages: 489-497
  • DOI: 10.1142/s1088424619501931
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of a Porphyrin(2.1.2.1) Nanobelt and its Ability to Bind Fullerene (2019)
  • Author(s): Songlin Xue, Daiki Kuzuhara,* Naoki Aratani, Hiroko Yamada*
  • Journal Title: Organic Letters Volume: 21 Issue: 7 Pages: 2069-2072
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.9b00329
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A remarkably strained cyclopyrenylene trimer that undergoes metal-free direct oxygen insertion into the biaryl C-C σ-bond (2019)
  • Author(s): Kurosaki Ryo、Hayashi Hironobu、Suzuki Mitsuharu、Jiang Julong、Hatanaka Miho、Aratani Naoki、Yamada Hiroko
  • Journal Title: Chemical Science Volume: 10 Issue: 28 Pages: 6785-6790
  • DOI: 10.1039/c9sc01777a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Control of Aromaticity and cis ‐/ trans ‐Isomeric Structure of Non‐Planar Hexaphyrin(2.1.2.1.2.1) and Metal Complexes (2019)
  • Author(s): Xue Songlin、Kuzuhara Daiki、Aratani Naoki、Yamada Hiroko
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 58 Issue: 36 Pages: 12524-12528
  • DOI: 10.1002/anie.201906946
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystallization‐Induced Emission of Azobenzene Derivatives (2019)
  • Author(s): Yamauchi Mitsuaki、Yokoyama Kosuke、Aratani Naoki、Yamada Hiroko、Masuo Sadahiro
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 58 Issue: 40 Pages: 14173-14178
  • DOI: 10.1002/anie.201908121
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 2,7,12,17-Tetra(2,5-thienylene)-substituted porphycenes (2019)
  • Author(s): Kuzuhara Daiki、Nakaoka Haruka、Matsuo Kyohei、Aratani Naoki、Yamada Hiroko
  • Journal Title: Journal of Porphyrins and Phthalocyanines Volume: 23 Issue: 07n08 Pages: 898-907
  • DOI: 10.1142/s1088424619500743
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Torsional chirality generation based on cyclic oligomers constructed from an odd number of pyrenes (2019)
  • Author(s): Kurosaki Ryo、Suzuki Mitsuharu、Hayashi Hironobu、Fujiki Michiya、Aratani Naoki、Yamada Hiroko
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 55 Issue: 65 Pages: 9618-9621
  • DOI: 10.1039/c9cc03123e
  • Peer Reviewed
• [Presentation] π拡張フェロセンの合成と物性 (2021)
  • Author(s): 森本 裕詞、松尾 恭平、山田 容子、荒谷 直樹
  • Organizer: 日本化学会第101春季年会
• [Presentation] 炭素原子17 個分の幅を有するアームチェア型グラフェンナノリボンの基板上合成 (2021)
  • Author(s): 林 宏暢, 山口 淳一, 實宝 秀幸, 塩足 亮隼, 大伴 真名歩, 荒谷 直樹, 大淵 真里, 杉本 宜昭, 佐藤 信太郎, 山田 容子
  • Organizer: 日本化学会第101春季年会
• [Presentation] N = 17アームチェアエッジグラフェンナノリボンの電子状態評価 (2021)
  • Author(s): 山口 淳，林 宏暢，實宝 秀幸，塩足 亮隼，大伴 真名歩，荒谷 直樹，大淵 真理，杉本 宜昭，山田 容子，佐藤 信太郎
  • Organizer: 応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] 2,2’-直接結合ペリレン二量体の合成と光物性 (2020)
  • Author(s): 藤田隆一・松尾恭平・林宏暢・山田容子・荒谷直樹
  • Organizer: 第10回CSJ化学フェスタ 2020
• [Presentation] C70への二重付加反応によるキラルフラーレンの合成 (2020)
  • Author(s): 加納 春華・藤木 道也・山田 容子・荒谷 直樹
  • Organizer: 基礎有機化学会 若手オンラインシンポジウム (第０回)
• [Presentation] 二重付加反応によるキラルフラーレンC70の合成と光物性 (2020)
  • Author(s): 加納春華・藤木道也・山田容子・荒谷直樹
  • Organizer: 2020年web光化学討論会
• [Presentation] 高歪み環状ピレン3 量体の特異な光物性 (2020)
  • Author(s): 黒崎 澪 ・ 畑中 美穂 ・ 山田 容子 ・ 荒谷 直樹
  • Organizer: 2020年web光化学討論会
• [Presentation] 5,9-直接結合型環状ピレン多量体の合成 (2020)
  • Author(s): 黒崎 澪、山田 容子、荒谷 直樹
  • Organizer: 日本化学会第101春季年会
• [Presentation] 2つのナノ空間をもつ環状ピレン多量体による分子認識 (2020)
  • Author(s): 黒崎 澪・山田 容子・荒谷 直樹
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
• [Presentation] C70 への二重付加反応によるキラルフラーレンの合成と光物性 (2020)
  • Author(s): 加納春華・藤木道也・山田容子・荒谷直樹
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
• [Presentation] アズレン置換オリゴリレンの合成と物性 (2020)
  • Author(s): 荒谷 直樹・上原 慧士・松尾 恭平・山田 容子
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
• [Presentation] π拡張フェロセンの合成 (2020)
  • Author(s): 森本 裕詞・松尾 恭平・山田 容子・荒谷 直樹
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
• [Presentation] 近赤外蛍光を指向したπ共役拡張ローダミンの合成と物性 (2020)
  • Author(s): 伊東 俊昭・荒谷 直樹・山田 容子
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
• [Presentation] ピリリウム環を組み込んだ縮合多環式芳香族化合物の合成と物性 (2020)
  • Author(s): 戸田 夏木・松尾 恭平・荒谷 直樹・山田容子
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
• [Presentation] エッジ修飾グラフェンナノリボン作製を目指した前駆体合成 (2019)
  • Author(s): 川村真由・林宏暢・荒谷直樹・山田容子
  • Organizer: 第30回基礎有機化学討論会
• [Presentation] 高歪み[3]シクロ-1,8-ピレニレンの合成と炭素-炭素結合開裂反応 (2019)
  • Author(s): 黒崎澪・畑中美穂・荒谷直樹・山田容子
  • Organizer: 第30回基礎有機化学討論会
• [Presentation] ユニークな構造をもつπ拡張ピレンの合成と物性 (2019)
  • Author(s): 荒谷直樹
  • Organizer: 第13回有機π電子系シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] C70への二重付加反応によるキラルフラーレンの創製 (2019)
  • Author(s): 加納春華・荒谷直樹・山田容子
  • Organizer: 第13回有機π電子系シンポジウム
• [Presentation] ユニークな構造をもつピレン誘導体の合成と物性 (2019)
  • Author(s): 荒谷直樹
  • Organizer: 日本学術振興会 情報科学用有機材料第１４２委員会
  • Invited
• [Presentation] Facile Synthesis of Cyclic π-Conjugated Compounds by Suzuki-Miyaura Cross Coupling Reaction (2019)
  • Author(s): Peifeng Mei, Naoki Aratani, and Hiroko Yamada
  • Organizer: ISNA18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Structure-based Unique Properties of Cyclo-1,8-pyrenylenes (2019)
  • Author(s): Ryo Kurosaki, Naoki Aratani, Hiroko Yamada
  • Organizer: ISNA18
  • Int'l Joint Research