2018 Fiscal Year Annual Research Report
Construction of Nanoporous Solids by Self-assembly of Macrocyclic Aromatic Molecules
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16K04864
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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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)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 自己組織化 / 大環状芳香族化合物 / アルカリ金属 / リチウムイオン電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，芳香族有機分子ユニットを環状に連結した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，および1次元空孔に固有の機能開拓をめざした．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，新しい芳香族有機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おり，機能探索に必要な100 mgを超えるスケールでの大量合成の経路も見出すことができてきた．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．分子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的に探索した．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を調製できた．さらに，真空下で加熱乾燥して結晶化溶媒分子を除去してもその細孔構造は維持できることを見出している．分子中央の空孔および分子間の空隙に溶媒分子がディスオーダーして観測されるために単結晶X線構造解析は困難であったが，放射光X線を用いた回折実験と最新の解析法を併用することで分子構造を決定できた．さらに，機能探索を行う粉体状態でも粉末X線回折データをRietveld解析することで精密な分子充填構造を明らかにできた．1次元空孔に固有な機能を探索する中で，不活性ガスや揮発性有機溶媒を吸着することを見出してきており，また，芳香族分子のπ共役面を活用することで電池電極材料として利用できることがわかってきた．
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