Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
液体と固体の界面において有機分子が集合して形成する薄膜のなかで、空隙を持つ多孔性積層膜を構築することを目的とする。この高度な有機分子の集合を制御するため、精密に設計して合成した分子によって、分子間に働く相互作用（van der Waals相互作用、水素結合や配位結合）を最適化する。また、薄膜を調整する条件を最適して上記の制御を実現する。形成される薄膜は、走査プローブ顕微鏡を用いて、ナノレベルで構造解析を行う。また、分子力学シミュレーションによって構造を推定する。このような有機分子の積層膜構築に関わる基礎技術は、有機薄膜材料の界面状態の制御や触媒の開発、分離方法への応用が期待される。
固液界面における分子集合体の構造制御は、単分子膜ではその制御因子の解明と指導原理は確立されつつあるものの、積層膜の形成に関してはその制御は未だ困難であり、さらなる調査が求められている。本研究では固体表面上の多孔性単分子膜を鋳型として、空隙を保持しつつ分子を積層させて多孔性積層膜の構築する。この高度な自己集合制御技術は、精密な分子設計による分子間相互作用（水素結合や配位結合）の制御、薄膜調整条件の最適化によって実現する。固体表面で、空隙率を制御しながら多孔性の積層膜が構築できれば、当該分野において重要な進展となる。本申請課題の設計戦略を元に形成される積層膜は、用いる構成要素（分子）がキラルであるため、立体特異的である。そのため、形成される新しいキラルな多孔性積層膜そのものの機能性も探索する。前年度までに、キラルなヒドロキシ基を側鎖の2位に導入した分子の自己集合に与える溶媒の効果や溶質濃度の影響、形成された積層膜のSTM観測による第一層、第二層の構造とキラリティーを明らかにし、分子力学シミュレーションによる構造の詳細を推定した。その結果、立体特異的に縦方向の構造成長が起こることを明らかにした。R2年度は、空隙率の制御、自己集合への影響を調べるため、側鎖長を変えた分子とヒドロキシ基の数を変更した分子の合成を引き続き行った。上半期は入構制限措置に伴う実験量の制約から幾分の遅れがあったものの、その後は順調に進展した。合成が終了する次年度には、合成した分子が形成する積層膜の構造とキラリティーの解析を行い、系統立った成果が得られると期待される。その他に、側鎖に導入する置換基をヒドロキシ基からフェニル基へ変更した分子の合成も行い、この分子が溶媒の選択により興味深いキラリティー反転を引き起こすことを明らかにした。
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
All 2021 2020 Other
All Int'l Joint Research (6 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results, Peer Reviewed: 2 results) Presentation (1 results) Remarks (1 results)
Chemical Communications
Volume: 57 Issue: 8 Pages: 962-977
10.1039/d0cc07374a
Journal of the American Chemical Society
Volume: 142 Issue: 19 Pages: 8662-8671
10.1021/jacs.0c00108
http://www.isc.meiji.ac.jp/~physorgchem/index.html
