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2016 Fiscal Year Research-status Report

大環状芳香族分子の自己組織化によるナノ細孔性固体の構築

Research Project

Project/Area Number 16K04864
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

佐藤 宗太  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任准教授 (40401129)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords自己組織化 / 大環状芳香族化合物 / アルカリ金属 / リチウム電池
Outline of Annual Research Achievements

本研究では,中心部に空孔を有する大環状芳香族分子を合成し,その空孔が1次元に整列した結晶性集積固体の構築,機能開拓をめざしている.どのような分子内・分子間相互作用が結晶構造の構築に寄与しているかについては,これまでに合成した大環状芳香族分子の結晶構造解析の知見が集まってきている.これらの知見をもとに分子設計を行い,結晶化の手法や用いる結晶化溶媒,温度などの条件をスクリーニングして1次元チャンネル構造をもつ結晶構造を探索してきている.
当該年度においては,研究実施計画に基づいて,大環状芳香族分子の合成・細孔性結晶の構築・官能基の空間配置を達成した.ニッケル触媒を用いた山本型カップリング反応を基軸に,新しい芳香族分子ユニットを採用し,その環状化反応を行うことで新規大環状芳香族分子を多数合成できてきている.それらの一部はすでに原著論文として発表するに至っている.新しい分子がどのような結晶性集積構造を与えるかは,過去の知見をもとに予測しながら分子設計しているものの,必ずしも予想通りの結晶構造が得られるわけではなかった.中央部の空孔を埋める結晶化溶媒が結晶構造全体の構築にも寄与するため,溶解度とともに,溶媒分子の極性や大きさ,官能基の種類なども考慮して結晶化をスクリーニングした.その結果,全ての分子に対してではないものの,中央部の空孔が1次元配列したチャンネル構造を持つ結晶の調製,およびその単結晶X線構造解析を達成することができている.分子量が大きな大環状芳香族分子は,空孔も大きく,その内部の溶媒分子は激しくディスオーダーして観測されるため,放射光X線を用いた結晶構造解析も行い,最新のX線構造解析法を用いて構造決定に至ることができた.例えばアルコキシ基を有する大環状芳香族分子からは,結晶内で官能基が整然と配置された1次元チャンネル構造を見いだすことができた.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初の計画に従って研究を進めることができたことに留まらず,それ以上に順調に研究が進展してきている.ニッケル触媒を用いた山本型カップリング反応をうまく活用することで多様な大環状芳香族分子の合成を順調に進めることができた.新しい芳香族分子ユニットの採用や,これまでに検討してこなかった官能基の配置にも関わらず,大環状化反応が問題なく進行し,新規構造の大環状芳香族分子の単離・構造決定に至った.集積構造の解明においては,ラボ機と放射光X線を用いた回折計とを併用することで,次々とX線結晶構造解析を完了することができ,当初計画以上に順調に進展させることができてきている.成果発表に関しても,複数報の原著論文として成果報告するに至っており,その他学会発表や解説記事の執筆など,当初の予想以上に精力的に発表できてきている.

Strategy for Future Research Activity

今後の研究の展開としては,順調に展開できてきている大環状芳香族分子の合成をさらに進めながら,基盤となる分子構造の多様性を広げ,どのような官能基の導入が可能か,量を供給できてさらなる機能発現に大きく展開できる分子構造は何か,といった基本的知見の集積を行う.並行して,得られた1次元ナノチャンネル構造をもつ結晶性固体の構造的安定性の評価を行い,チャンネル内の結晶化溶媒を除去できるか,入れ替えることができるか,検討を重ねる.その一環として,チャンネル内を空にすることができるものに対しては気体吸着特性の測定を行い,ガスの出入りに対する細孔の安定性,ガスの吸着と細孔内の官能基など化学構造との相関を見いだすための検討を行う.特に,分子構造が大きく,空孔内の溶媒分子の配置がかわりやすいことに留意し,試料の形態が単結晶状態と粉末状態では構造が変化する可能性も視野にいれて,各種解析法を総合的に用いることで,間違えのない,明確な分子集積構造とその機能の解明に務める.また,必要に応じて,分子設計,分子内・分子間相互作用の理解,機能発現の原理の理解といった目的で,適切な理論化学の手法も併用していく.

Causes of Carryover

東北大学から東京大学への研究室の移動があり,当初予定よりも物品費を使わなかった.

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度に,実験検討用の器具や有機試薬・無機試薬の購入を行うための物品費として使用する.

  • Research Products

    (37 results)

All 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Acknowledgement Compliant: 6 results) Presentation (26 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Invited: 5 results) Book (2 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] National University of Singapore/Nanyang Technological University(シンガポール)

    • Country Name
      SINGAPORE
    • Counterpart Institution
      National University of Singapore/Nanyang Technological University
  • [Journal Article] An obtuse-angled corner unit for fluctuating carbon nanohoops2017

    • Author(s)
      Sun, Z.; Miyamoto, N.; Sato, S.; Tokuyama, H.; Isobe, H.
    • Journal Title

      Chem. Asian J.

      Volume: 12 Pages: 271-275

    • DOI

      10.1002/asia.201601614

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Crystal Structure of 7,15-Bis(4-tert-butylphenyl)-1,9-dimethyheptazethrene2017

    • Author(s)
      Kamata, S.; Sato, S.; Wu, J.; Isobe, H.
    • Journal Title

      Acta Cryst. E

      Volume: E73 Pages: 99-102

    • DOI

      10.1107/S2056989016020247

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Structural Modulation of Macrocyclic Materials for Charge Carrier Transport Layers in Organic Light-Emitting Devices2017

    • Author(s)
      Yoshii, A.; Ikemoto, K.; Izumi, T.; Kita, H.; Taka, H.; Koretsune, T.; Arita, R.; Sato, S.; Isobe, H.
    • Journal Title

      ECS J. Solid State Sci. Technol.

      Volume: 6 Pages: M3065-M3067

    • DOI

      10.1149/2.0111706jss

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Efficient blue electroluminescence from a single-layer organicdevice composed solely of hydrocarbonsAuthors2017

    • Author(s)
      Izumi, T.; Yi, T.; Ikemoto, K.; Yoshii, A.; Koretsune, T.; Arita, R.; Kita, H.; Taka, H.; Sato, S.; Isobe, H.
    • Journal Title

      Chem. Asian J.

      Volume: 12 Pages: 730-733

    • DOI

      10.1002/asia.201700198

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Carbon-rich Active Materials with Macrocyclic Nanochannels for High-Capacity Negative Electrodes in All-Solid-State Lithium Rechargeable Battery2016

    • Author(s)
      S. Sato, A. Unemoto, T. Ikeda, S. Orimo, and H. Isobe
    • Journal Title

      Small

      Volume: 12 Pages: 3381-3387

    • DOI

      10.1002/smll.201600916

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Stereoisomerism in Nanohoops with Heterogeneous Biaryl Linkages of E/Z- and R/S-Geometries2016

    • Author(s)
      P. Sarkar, Z. Sun, T. Tokuhira, M. Kotani, S. Sato, and H. Isobe
    • Journal Title

      ACS Cent. Sci.

      Volume: 2 Pages: 740-747

    • DOI

      10.1021/acscentsci.6b00240

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Self-Sorting of Two Hydrocarbon Receptors with One Carbonaceous Ligand2016

    • Author(s)
      T. Matsuno, S. Sato, A. Yokoyama, S. Kamata, and H. Isobe
    • Journal Title

      Angew. Chem. Int. Ed.

      Volume: 55 Pages: 15339-15343

    • DOI

      10.1002/anie.201609444

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 動的秩序化により合成したサイボーグ超分子2017

    • Author(s)
      佐藤宗太
    • 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(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2017-03-16 – 2017-03-19
    • Invited
  • [Presentation] 含窒素π伸張[n]シクロパラフェニレン(n = 12, 16, 20)の合成と構造2017

    • Author(s)
      藤田昌暉,池本晃喜,Too Chui Pei,Tnay Lin Ya,佐藤宗太,千葉俊介,磯部寛之
    • 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(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2017-03-16 – 2017-03-19
  • [Presentation] 大環状芳香族炭化水素分子のみで構成される青色蛍光型単層有機発光デバイスの開発2017

    • Author(s)
      池本晃喜,泉倫生,田一,芳井朝美,是常隆,有田亮太郎,北弘志,高秀雄,佐藤宗太,磯部寛之
    • 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(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2017-03-16 – 2017-03-19
  • [Presentation] 大環状芳香族炭化水素分子のモジュール合成による単層型有機発光デバイス材料開発2017

    • Author(s)
      芳井朝美,池本晃喜,泉倫生,髙秀雄,北弘志,シュエジン,小林良,佐藤宗太,磯部寛之
    • 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(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2017-03-16 – 2017-03-19
  • [Presentation] Stereoisomerism, crystal structures, and dynamics of belt-shaped cyclonaphthylenes2017

    • Author(s)
      Sun, Z.; Suenaga, T.; Sarkar, P.; Kotani, M.; Sato, S.; Isobe, H.
    • 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(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2017-03-16 – 2017-03-19
  • [Presentation] Self-sorting of two hydrocarbon receptors with one carbonaceous ligand_2017

    • Author(s)
      Matsuno, T.; Sato, S.; Yokoyama, A.; Kamata, S.; Isobe, H.
    • 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(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2017-03-16 – 2017-03-19
  • [Presentation] Biomimetic Spherical Complexes Constructed by Dynamical Ordering2017

    • Author(s)
      Sato, S.
    • Organizer
      Symposium on Chemistry and Materials 2017
    • Place of Presentation
      東北大学片平キャンパス(宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2017-03-07 – 2017-03-07
    • Invited
  • [Presentation] Chemical Synthesis of Tubular Cycloarylenes as Finite Single-Wall Carbon Nanotube Molecules2017

    • Author(s)
      Hitosugi, S.; Sato, S.; Isobe, H.
    • Organizer
      AIMR International Symposium 2017 (AMIS2017)
    • Place of Presentation
      仙台国際センター(宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2017-02-12 – 2017-02-17
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] One-pot Synthesis and Molecular Structures of [n ]Cyclo-3,6-phenanthrenylene2017

    • Author(s)
      Tian,Y.; Hara, D.; Sato, S.; Isobe, H.
    • Organizer
      AIMR International Symposium 2017 (AMIS2017)
    • Place of Presentation
      仙台国際センター(宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2017-02-12 – 2017-02-17
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of Dynamical Ordering of Artificial Molecules by Mimicking Biomolecular Systems2017

    • Author(s)
      Sato, S.
    • Organizer
      新学術領域研究「動的秩序と機能」第5回国際シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京大学駒場キャンパス(東京都目黒区)
    • Year and Date
      2017-01-21 – 2017-01-22
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] これならわかる「NMRを用いた反応追跡 2 実際の応用例」2016

    • Author(s)
      佐藤宗太
    • Organizer
      第6回CSJ化学フェスタ2016
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀(東京都江戸川区)
    • Year and Date
      2016-11-14 – 2016-11-16
    • Invited
  • [Presentation] Self-sorting of Two Hydrocarbon Receptors with One Carbonaceous Ligand2016

    • Author(s)
      Matsuno, T.; Sato, S.; Yokoyama, A.; Kamata, S.; Isobe, H.
    • Organizer
      2016年蓼科会議
    • Place of Presentation
      蓼科フォーラム(長野県・茅野市)
    • Year and Date
      2016-11-11 – 2016-11-13
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Aromatic Hydrocarbon Macrocycles for Highly Efficient Organic Light-emitting Devices with Single-layer Architectures2016

    • Author(s)
      Ikemoto, K.; Xue, J. Y.; Izumi, T.; Yoshii, A.; Kobayashi, R.; Koretsune, T.; Akashi, R.; Arita, R.; Taka, H.; Kita, H.; Sato, S.; Isobe, H.
    • Organizer
      ACP-2016-Korea (ICCEOCA-11/ARNCEOCA-2)
    • Place of Presentation
      Daejeon (Korea)
    • Year and Date
      2016-10-27 – 2016-10-30
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 球状錯体の『中』の化学:世界最小のフルオラス溶媒からの展開2016

    • Author(s)
      佐藤宗太
    • Organizer
      フルオラス科学研究会第9回シンポジウム
    • Place of Presentation
      名古屋大学東山キャンパス(愛知県名古屋市)
    • Year and Date
      2016-10-07 – 2016-10-07
    • Invited
  • [Presentation] Ternary complexes composed of hydrocarbon receptors and carbonaceous ligand2016

    • Author(s)
      Matsuno, T.; Sato, S.; Yokoyama, A.; Isobe, H.
    • Organizer
      International Symposium on the Synthesis and Application of Curved Organic π-Molecules and Materials (CURO-Pi Ⅱ)
    • Place of Presentation
      University of Oregon, Oregon (USA)
    • Year and Date
      2016-09-12 – 2016-09-14
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Stereoisomerism, crystal structures, and dynamics of belt-shaped cyclonaphthylenes2016

    • Author(s)
      Sun, Z.; Suenaga, T.; Sarkar, P.; Sato, S.; Kotani, M.; Isobe, H.
    • Organizer
      International Symposium on the Synthesis and Application of Curved Organic π-Molecules and Materials (CURO-Pi Ⅱ)
    • Place of Presentation
      University of Oregon, Oregon (USA)
    • Year and Date
      2016-09-12 – 2016-09-14
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Synthesis and Dynamic Structures of a Hybrid Nanohoop Molecule Composed of Anthanthrenylene and Phenylene Panels2016

    • Author(s)
      Sarkar, P.; Sato, S.; Kamata, S.; Matsuno, T.; Isobe, H.
    • Organizer
      International Symposium on the Synthesis and Application of Curved Organic π-Molecules and Materials (CURO-Pi Ⅱ)
    • Place of Presentation
      University of Oregon, Oregon (USA)
    • Year and Date
      2016-09-12 – 2016-09-14
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of Single-Layer Organic light-Emitting Devices by Modular Synthesis of Aromatic Hydrocarbon Macrocycles2016

    • Author(s)
      芳井朝美, 池本晃喜, 泉倫生, 高秀雄, 北弘志, シュエジン, 小林良, 佐藤宗太, 磯部寛之
    • Organizer
      平成28年度化学系学協会東北大会
    • Place of Presentation
      いわき明星大学(福島県いわき市)
    • Year and Date
      2016-09-10 – 2016-09-11
  • [Presentation] Carbon-rich active materials with macrocyclic nanochannels for high-capacity negative electrodes in all-solid-state lithium rechargeable battery2016

    • Author(s)
      佐藤宗太
    • Organizer
      平成28年度化学系学協会東北大会
    • Place of Presentation
      いわき明星大学(福島県いわき市)
    • Year and Date
      2016-09-10 – 2016-09-11
    • Invited
  • [Presentation] Synthesis and Structures of π-Extended [n]Cyclo-para-phenylenes (n = 12, 16, 20) Containing n/2 Nitrogen Atoms2016

    • Author(s)
      藤田昌暉,池本晃喜,PeiChui Too,YaLin Tnay,佐藤宗太,千葉俊介,磯部寛之
    • Organizer
      平成28年度化学系学協会東北大会
    • Place of Presentation
      いわき明星大学(福島県いわき市)
    • Year and Date
      2016-09-10 – 2016-09-11
  • [Presentation] 大環状芳香族炭化水素分子のモジュール合成による単層型有機発光デバイスの基盤材料開発2016

    • Author(s)
      池本晃喜,芳井朝美,泉倫生,高秀雄,北弘志,シュエジン,小林良,佐藤宗太,磯部寛之
    • Organizer
      第27回基礎有機化学討論会
    • Place of Presentation
      広島国際会議場(広島県広島市)
    • Year and Date
      2016-09-01 – 2016-09-03
  • [Presentation] 大環状ナノチャンネルを持つ炭素豊富物質による全固体リチウムイオン電池の大容量負極材料2016

    • Author(s)
      佐藤宗太,宇根本 篤,池田卓史,折茂 慎一,磯部寛之
    • Organizer
      第27回基礎有機化学討論会
    • Place of Presentation
      広島国際会議場(広島県広島市)
    • Year and Date
      2016-09-01 – 2016-09-03
  • [Presentation] 芳香族炭化水素レセプターと炭素性リガンドからなる三元会合体の構築2016

    • Author(s)
      松野太輔,佐藤宗太,横山温和,磯部寛之
    • Organizer
      第27回基礎有機化学討論会
    • Place of Presentation
      広島国際会議場(広島県広島市)
    • Year and Date
      2016-09-01 – 2016-09-03
  • [Presentation] Aromatic Hydrocarbon Macrocycles for Highly Efficient Single-Layer Organic Light-Emitting Devices2016

    • Author(s)
      Ikemoto, K.; Xue, J. Y.; Izumi,T.; Yoshii, A.; Koretsune, T.; Akashi, R.; Arita, R.; Taka, H.; Kita, H.; Sato, S.; Isobe, H.
    • Organizer
      Symposium on Frontiers of Molecular Science and Technology
    • Place of Presentation
      東京大学本郷キャンパス(東京都文京区)
    • Year and Date
      2016-07-02 – 2016-07-02
  • [Presentation] 大環状芳香族炭化水素分子モジュール合成による単層型有機発光デバイ ス基盤材料開発2016

    • Author(s)
      芳井朝美,池本晃喜,泉倫生,髙秀雄,北弘志,シュエジン,小林良,佐藤宗太,磯部寛之
    • Organizer
      第27回万有仙台シンポジウム
    • Place of Presentation
      仙台国際センター(宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2016-06-25 – 2016-06-25
  • [Presentation] 大環状芳香族炭化水素分子を基盤とした高効率単層有機発光デバイスの開発2016

    • Author(s)
      池本晃喜,シュエジン,泉倫生,芳井朝美,小林良,是常隆,明石遼介,有田亮太郎,髙秀雄,北弘志,佐藤宗太,磯部寛之
    • Organizer
      第71回有機合成化学協会関東支部シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京農工大学小金井キャンパス(東京都小金井市)
    • Year and Date
      2016-05-14 – 2016-05-14
  • [Book] パリティ:「防虫剤」からリチウムイオン2次電池負電極2017

    • Author(s)
      磯部寛之,佐藤宗太
    • Total Pages
      120 (35-36)
    • Publisher
      丸善出版
  • [Book] パリティ:炭素と水素の構造化学:ありふれた元素・分子からつくる機能性材料2017

    • Author(s)
      磯部寛之,佐藤宗太
    • Total Pages
      60 (39-42)
    • Publisher
      丸善出版
  • [Remarks] JST, ERATO 磯部縮退π集積プロジェクト

    • URL

      http://www.jst.go.jp/erato/isobe/

URL: 

Published: 2018-01-16  

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