2018 Fiscal Year Research-status Report
precise control of crystal structure and solid-state properties by employing tetrakis(alkylphenyl)benzo moieties
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17K05776
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| Research Institution | University of Toyama |
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Principal Investigator |
林 直人 富山大学, 大学院理工学研究部(理学), 教授 (90281104)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
樋口 弘行 富山大学, 大学院理工学研究部(理学), 教授 (00165094) [Withdrawn]
吉野 惇郎 富山大学, 大学院理工学研究部(理学), 助教 (70553353)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 結晶構造制御 / 物性制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、3,4,5,6-テトラキス（アルキルフェニル）ベンゾ（TAPB）部位を末端にもつ拡張π共役系化合物からなる分子性結晶において、アルキル基の種類や位置が分子配列に与える影響を系統的に調べてその規則性を明らかにするとともに、有機電界効果トランジスタ（とくにn型のもの）や発光材料に応用して、それらの高機能化を実現することを目的としている。
本研究の目的化合物の合成には種々の2,3,4,5-テトラキス（アルキルフェニル）シクロペンタジエノン（Ar4CPD）が必要であるが、Ar4CPDの多くは未知化合物である。H29年度は、最も典型的な合成法を利用してAr4CPD類の合成を行ったが満足すべき結果が得られなかったことをふまえ、H30年度には、ピナコールカップリングを含む新しい合成経路を検討したところ、今度は満足すべき結果が得られた。現在はこの知見を利用して種々のAr4CPDの合成を行っている。
また、ルテニウム触媒を用いたアルキンとアリールボロン酸のカップリング反応を用いた直接的な合成法も検討したところ、良好な収率で1,2,3,4-テトラフェニルアントラセンを合成することに成功した。現在、種々のアリール基をもつ誘導体の合成と、そのＸ線構造解析を行っている。
ペンタアリールフェニルエチニル基（Ar5PEn基）をもつ化合物の研究については、9-位にAr5PEn基をもつアントラセンやアクリジン類を合成し、その発光挙動をAr5PEn基の代わりにフェニルエチニル基を持つものと比べたところ、後者は濃縮することで消光が起きたのに対し、前者は濃縮状態でも消光が起きないことを見出した。この理由は、Ar5PEn基にふくまれるAr基が分子同士の会合を妨げることで、励起子移動が抑制されたためと解釈される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、分子配列の精密配置制御が期待できる3,4,5,6-テトラキス（アルキルフェニル）ベンゾ部位（TAPB部位）が縮環したアセン類、フェン類、およびキノン類を合成し、アルキル基の種類（水素、アルキル基、アリール基）や位置によって分子中央のπ共役系部位の結晶内配列がどのように変化するかを調べるとともに、その構造に基づく物性がどのような影響を受けるかを調べる計画であった。これに沿ってH29年度は、TAPB部位の合成に必要な種々の2,3,4,5-テトラキス（アルキルフェニル）シクロペンタジエノン（Ar4CPD）の合成を行ったところ、R基がメチル基、エチル基、イソプロピル基、およびtert-ブチル基について概ね満足すべき結果が得られていたが、Ar4CPDの合成の効率化には課題が残っていた。これに対してH30年度は、合成経路に修正を加えたところ、収率の向上が見られた。一方、続くベンザインとのDiels-Alder反応によるTAPB部位を持つ目的化合物の合成には、未だ問題点が多い。この点を克服するために、大幅に合成経路を変え、ルテニウム触媒を用いたアルキンとアリールボロン酸のカップリング反応を行ったところ、目的化合物が良好な収率で得られることを見出した。また、前年度見出されたAr4CPDの新しい方向性であるペンタアリールフェニルエチニル基（Ar5PEn基）については、数種類の化合物を合成し、その発光特性を調べて、濃縮下における消光挙動にアリール置換基が与える影響について一定の知見を得ることができた。以上のことからH30年度は、H29年度に引き続き研究は概ね順調に進展していると評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
TAPB部位は、導入が簡便であり、また溶解性や安定性の向上につながることから、有機機能性固体研究において、汎用的な分子配列制御部位になることが期待できる。
この目的のために、置換ベンジルの効率的合成法を基盤として2,3,4,5-テトラキス（アルキルフェニル）シクロペンタジエノン（Ar4CPD）を得る方法が確立できたので、続いてAr4CPDとベンザインのDiels-Alder反応について再度検討することとする。これと平行して、ルテニウム触媒を用いたテトラアリールアントラセンや、そのテトラセン類縁体等の合成も行うこととする。合成した目的物は、電子吸収・発光スペクトルや酸化還元電位、単結晶Ｘ線回折測定といった構造決定ならびに基礎的性質に関する知見を得る。また、有機電界効果トランジスタ（OFET）デバイスを作製してその挙動を調べ、移動度などのパラメーターとX線構造との相関を明らかにする。
ペンタアリールフェニルエチニル基（Ar5PEn基）をもつフェン類についても同様に研究を進める。Ar5PEn基のAr基が濃度消光の抑制に効果的であることがわかったので、こちらの化合物群はキノン類へと組み込み、凝集誘起発光（AIE）挙動の発現機構や構造－物性相関の確立を目的とした研究を行うこととする。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額（残額）は1万円以下と少額であり、概ね計画どおりに使用したといえる。次年度の交付額とあわせて効率的に使用するため、繰り越して使用することとした。
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