拡張ローダミンに基づく堅牢な光アンテナシステムの構築

• Project Area: Chemical conversion of solar energy by artificial photosynthesis: a breakthrough by fusion of related fields toward realization of practical processes
• Project/Area Number: 25107519
• 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, 物質創成科学研究科, 准教授 (60372562)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2014: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2013: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: 有機化学 / 赤外材料 / 超分子 / 人工光合成 / 光捕集アンテナ / 会合

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、高効率の近赤外光捕集を達成する光アンテナ分子の分子設計・合成戦略を確立し、新たなナノカーボンマテリアル群を創製することを目的とした。長波長に吸収をもつ化合物を合成・単離するために、分子内に電荷をもたせ非局在化させる戦略を試み、実際にこの戦略の正しさを立証した。
近赤外光を含む長波長の光を吸収することができれば、太陽光に含まれるスペクトルのうちこれまで利用できなかった低いエネルギー側を獲得し、物質変換に利用することが期待できる。これまでにも堅牢な新しい骨格をもつフルオロン系多環芳香族炭化水素を基軸としたアセン系化合物の合成研究を展開しているが、できるだけ少ない芳香環ユニット数で吸収波長の長波長化を達成することを目指した。特にペンタセン型のフルオロン化合物はその単純な分子骨格にもかかわらず、塩基性条件下で最大吸収波長が1018 nmにまで達し、さらにその蛍光波長のピークは1104 nmであった。比較的小さいストークスシフトを示していることからも堅牢な骨格を有していることが伺える。しかしながらこの化合物は各種溶媒に対して難溶性であり、単結晶の作成に苦戦していた。そこで基本骨格であるフルオロン型分子（アントラセンサイズ）を合成し、その構造および基本物性を明らかにし、さらに、ペンタセン型フルオロンの安定性を確保するために、2,6-ジフルオロフェニル基を１３位に導入した。
シアニン色素は溶媒などの条件によってJ会合体となることがよく知られている。今後はそのような会合挙動も精査する。クロロフィル同様、大きな吸収スペクトルの変化と会合体内で非常に効率のよい長距離の励起エネルギー移動が観測されると期待できる。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] 9,9’-Anthryl-Anthroxyl Radicals: Strategic Stabilization of Highly Reactive Phenoxyl Radicals (2015)
  • Author(s): Tatsuya Aotake, Mitsuharu Suzuki, Naoki Aratani, Junpei Yuasa, Daiki Kuzuhara, Hironobu Hayashi, Haruyuki Nakano, Tsuyoshi Kawai, Jishan Wu Hiroko Yamada
  • Journal Title: Chem. Commun. Volume: 51 Issue: 31 Pages: 6734-6737
  • DOI: 10.1039/c4cc10104a
  • NAID: 120006334970
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An electron-deficient tetrathiafulvalene-conjugated bistetracene (2015)
  • Author(s): Masataka Yamashita, Hironobu Hayashi, Naoki Aratani, Hiroko Yamada
  • Journal Title: Tetrahedron Letters Volume: 56
  • NAID: 120006334960
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Synthesis and Solid-State Structures of a Tetrathiafulvalene- Conjugated Bistetracene (2014)
  • Author(s): Masataka Yamashita, Daiki Kuzuhara, Naoki Aratani, and Hiroko Yamada
  • Journal Title: Chem. Eur. J. Volume: 20 Issue: 21 Pages: 6309-6314
  • DOI: 10.1002/chem.201304997
  • NAID: 120006334982
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A kinetically protected pyrene: molecular design, bright blue emission in the crystalline state and aromaticity relocation in its dicationic species (2014)
  • Author(s): Akinobu Matsumoto, Mitsuharu Suzuki, Daiki Kuzuhara, Junpei Yuasa, Tsuyoshi Kawai, Naoki Aratani, Hiroko Yamada
  • Journal Title: Chem. Commun. Volume: 50 Issue: 75 Pages: 10956-10958
  • DOI: 10.1039/c4cc03645j
  • NAID: 120006334969
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Diprotonated [28] Hexaphyrins (1.1. 1.1. 1.1) : Triangular Antiaromatic Macrocycles (2014)
  • Author(s): S. -i. Ishida, T. Higashino, S. Mori, H. Mori, N. Aratani, T, Tanaka, J. M. Lim, D. Kim, A. Osukat
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 53 Issue: 13 Pages: 3427-3431
  • DOI: 10.1002/anie.201400301
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A soluble bispentacenequinone precursor for creation of directly 6,6'-linked bispentacenes and a tetracyanobipentacenequinodimethane (2013)
  • Author(s): K. Tanaka, N. Aratani, D. Kuzuhara, S. Sakamoto, T. Okujima, N. Ono, H. Uno, and H. Yamada
  • Journal Title: RSC Adv. Volume: 3 Issue: 35 Pages: 15310-15315
  • DOI: 10.1039/c3ra41914b
  • NAID: 120006334975
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis and Crystal Structures of 5,15-bis(triisopropylsilylethynyl)-tetrabenzoporphyrins (2013)
  • Author(s): K. Takahashi, D. Kuzuhara, N. Aratani, H. Yamada
  • Journal Title: Journal of Photopolymer Science and Technology Volume: 26 Pages: 213-216
  • NAID: 40019685575
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Regioselective fabrications of a Mobius aromatic [28]hexaphyrin-palladram(II) complex (2013)
  • Author(s): Tomoki Yoneda, Naoki Aratani, Atsuhiro Osuka
  • Journal Title: Journal of porphyrins and phtharocyanines Volume: (印刷中) Issue: 08n09 Pages: 665-72
  • DOI: 10.1142/s1088424612501428
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A 1,3-Phenylene-Bridged Hexameric Porphyrin Wheel and Efficient Excitation Energy Transfer along the Wheel (2013)
  • Author(s): Hua-Wei Jiang, Sujin Ham, Naoki Aratani, Dongho Kim, and Atsuhiro Osuka
  • Journal Title: Chem. Eur. J. Volume: 19 Issue: 40 Pages: 13328-3336
  • DOI: 10.1002/chem.201302361
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 縮環ピレン3量体の合成と構造解析 (2015)
  • Author(s): 田本彬、荒谷直樹、山田容子
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学理工学部（千葉県船橋市）
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] Development of Large Photofunctional Multi-chromophoric Systems (2014)
  • Author(s): N. Aratani, A. Matsumoto, A. Tamoto, K. Sezukuri, M. Kojima, D. Kuzuhara, M. Suzuki, H. Yamada
  • Organizer: 2014 International Conference on Artificial Photosynthesis
  • Place of Presentation: 淡路夢舞台国際会議場（兵庫県淡路市）
  • Year and Date: 2014-11-24 – 2014-11-28
• [Presentation] Exploration of Photophysical Properties of Designed Multi-π-conjugated Systems (2014)
  • Author(s): N. Aratani
  • Organizer: 8th Asian Photochemistry Conference 2014 招待講演
  • Place of Presentation: Trivandrum (India)
  • Year and Date: 2014-11-13
  • Invited
• [Presentation] Synthesis of Benzene-fused Perylene Bisimide Oligomers (2014)
  • Author(s): M. Kojima, N. Aratani, G. Yamada
  • Organizer: Curved Organic Pi Molecules
  • Place of Presentation: 京大化研（京都府宇治市）
  • Year and Date: 2014-10-19 – 2014-10-21
• [Presentation] Synthesis and Physical Properties of a Tetrabenzoperipentacene (2014)
  • Author(s): A. Matsumoto, M. Suzuki, D. Kuzuhara, N. Aratani, H. Yamada
  • Organizer: Curved Organic Pi Molecules
  • Place of Presentation: 京大化研（京都府宇治市）
  • Year and Date: 2014-10-19 – 2014-10-21
• [Presentation] Synthesis and physical properties of fused pyrene trimers (2014)
  • Author(s): A. Tamoto, M. Suzuki, D. Kuzuhara, N. Aratani, H. Yamada
  • Organizer: Curved Organic Pi Molecules
  • Place of Presentation: 京大化研（京都府宇治市）
  • Year and Date: 2014-10-19 – 2014-10-21
• [Presentation] 光と熱により電子構造の 制御可能な BODIPY の合成と蛍 光消光メカニズムの解明 (2014)
  • Author(s): 青竹 達也・鈴木 充朗・葛原 大軌・ 荒谷 直樹・山田 容子
  • Organizer: 2014年光化学討論会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2014-10-11 – 2014-10-13
• [Presentation] 光機能性巨大ポルフィリンアレイの創製 (2014)
  • Author(s): 荒谷直樹
  • Organizer: 第25回基礎有機化学討論会 招待講演
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-09
  • Invited
• [Presentation] テトラベンゾペリペンタセンの合成と物性 (2014)
  • Author(s): 松本彬伸・ 鈴木充朗・葛原大軌・荒谷直樹・ 山田容子
  • Organizer: 第25回基礎有機化学討論会
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-09
• [Presentation] PHOTOACTIVATABLE BODIPY FLUOROPHORES HAVING ANTHRACENE α- DIKETONE AS A PHOTOSWICH UNIT (2014)
  • Author(s): T. Aotake, M. Suzuki, D. Kuzuhara, N. Aratani, H. Yamada
  • Organizer: The XXVth IUPAC Symposium on Photochemistry
  • Place of Presentation: Bordeaux (France)
  • Year and Date: 2014-07-13 – 2014-07-18
• [Presentation] Novel synthetic strategy of a peripentacene skelton (2014)
  • Author(s): A. Matsumoto, M. Suzuki, D. Kuzuhara, N. Aratani, H. Yamada
  • Organizer: NIMS conference 2014
  • Place of Presentation: つくば国際会議場エポカル（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2014-07-01 – 2014-07-03
• [Presentation] Synthesis and oxidative properties of bisanthrathianthrene (2014)
  • Author(s): T. Aotake, M. Suzuki, D. Kuzuhara, N. Aratani, H. Yamada
  • Organizer: NIMS conference 2014
  • Place of Presentation: つくば国際会議場エポカル（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2014-07-01 – 2014-07-03
• [Presentation] Synthesis of p-expanded porphycene derivatives toward organic electronics (2014)
  • Author(s): Daiki Kuzuhara, Haruka Nakaoka, Takuya Okabe, Mika Sakaguchi, Hiroyuki Saeki, Naoki Aratani, Hiroko Yamada
  • Organizer: 8th International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines 招待講演
  • Place of Presentation: Istanbul (Turkey)
  • Year and Date: 2014-06-22 – 2014-06-27
  • Invited
• [Presentation] π共役系拡張フルオロン型化合物の合成および物性 (2014)
  • Author(s): 勢造恭平, 荒谷直樹, 山田容子
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会(2014)
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] 有機薄膜太陽電池を指向したジケトピロロピロール連結ベンゾポルフィリンの合成と物性 (2014)
  • Author(s): 高橋功太郎，山田直也，佐伯宏之，葛原大軌，荒谷直樹，中山健一，山田容子
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会(2014)
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] テトラセノ1,3-ジチオール-2-オンの合成と反応性 (2014)
  • Author(s): 山下正貴、鈴木充朗、葛原大軌、荒谷直樹、山田容子
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会(2014)
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] ベンゼン架橋ペリレンビスイミドアレイの合成 (2014)
  • Author(s): 児島満，荒谷直樹，山田容子
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会(2014)
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] ペリペンタセン骨格の合成法の開拓 (2014)
  • Author(s): 松本彬伸，荒谷直樹，山田容子
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会(2014)
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] 縮環ピレン3量体の合成と物性 (2014)
  • Author(s): 田本彬，荒谷直樹，山田容子
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会(2014)
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] Thermal and Optical Dual-Control of Fluorescence of BODIPY (2013)
  • Author(s): Tatsuya Aotake, Daiki Kuzuhara, Naoki Aratani, Hiroko Yamada
  • Organizer: ISACS10
  • Place of Presentation: 京都大学
• [Presentation] Synthesis of Properties of Tetracene-fused TTFs (2013)
  • Author(s): Masataka Yamashita, Daiki Kuzuhara, Naoki Aratani, Hiroko Yamada
  • Organizer: ISACS10
  • Place of Presentation: 京都大学
• [Presentation] Synthesis, Structure and Property of Porphyrin Derivatives for Organic Semiconducting Materials using Precursor Methods (2013)
  • Author(s): Kohtaro Takahashi, Daiki Kuzuhara, Naoki Aratani and Hiroko Yamada
  • Organizer: ICPST-30
  • Place of Presentation: 千葉大学
• [Presentation] Synthesis, Structures and Properties of Tetracene- Fused TTF Derivatives (2013)
  • Author(s): Masataka Yamashita, Daiki Kuzuhara, Naoki Aratani, Hiroko Yamada
  • Organizer: ISNA-15
  • Place of Presentation: Taipei
• [Presentation] ベンゾチアゾール置換ベンゾポルフィリンの合成と物性 (2013)
  • Author(s): 高橋 功太郎・山田 直也・葛原 大軌・荒谷 直樹・中山 健一・山田 容子
  • Organizer: 第24回基礎有機化学討論会
  • Place of Presentation: 学習院大学
• [Presentation] テトラセン縮環TTFの合成と物性 (2013)
  • Author(s): 山下 正貴・葛原 大軌・荒谷 直樹・山田 容子
  • Organizer: 第24回基礎有機化学討論会
  • Place of Presentation: 学習院大学
• [Presentation] ビスペンタセンラジカルの合成研究 (2013)
  • Author(s): 青竹 達也・荒谷 直樹・山田 容子
  • Organizer: 第24回基礎有機化学討論会
  • Place of Presentation: 学習院大学
• [Presentation] 光及び熱により段階的に制御可能な発光特性を有する BODIPY の合成と分光特性 (2013)
  • Author(s): 青竹 達也・葛原 大軌・荒谷 直樹・山田 容子
  • Organizer: 2013年光化学討論会
  • Place of Presentation: 愛媛大学
• [Book] 光エネルギーによる物質変換の化学 (2015)
  • Author(s): 荒谷直樹他
  • Publisher: 三共出版
• [Remarks] 最近の研究結果
  • URL: http://mswebs.naist.jp/LABs/env_photo_greenmat/Yamada_Research_Group/publications.html
• [Remarks] publications
  • URL: http://mswebs.naist.jp/LABs/env_photo_greenmat/Yamada_Research_Group/publications_aratani.html