2017 Fiscal Year Research-status Report
共役高分子材料の開発を加速する効率的合成手法の開拓
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17K05973
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
桑原 純平 筑波大学, 数理物質系, 講師 (70466655)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 直接アリール化反応 / 高分子半導体 / 共役高分子 / 重縮合 / 有機電子デバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
共役高分子材料の簡便な合成手法の確立を目指し、PdとCuの共同的な触媒作用を利用した反応系の構築を行なった。
共役高分子は有機電子デバイスの材料として開発が進められている。高い特性を有する高分子は複雑な構造を有しているため、長い合成工程が必要となっている。これを解決するために、モノマー合成も含めた反応系路の短縮を目標とする研究を行った。具体的な方法論としては、芳香族化合物のC-H結合を反応としたカップリング反応（直接アリール化反応）により、出発原料および高分子の合成を行なった。この方法を用いることで、従来法では必須である有機金属反応剤を経由しない合成が可能となり、反応工程が削減された。
直接アリール化反応を、原料合成と重縮合は反応の双方で用いるためには、段階的に反応させる工夫が必要となる。研究では、一段階目の原料合成では反応性の高いC-Br結合とC-H結合をカップリングさせ、二段階目の重縮合反応では反応性の低いC-Cl結合とC-H結合をカップリングさせる戦略をとった。本年度は特に、Pd触媒とCu触媒を組み合わせることで、反応性が低いC-Cl結合を反応点とした重縮合反応を中心に検討を行った。特にカップリング反応の効率と選択性に着目した検討を行うことで、高分子量で構造欠陥のない高分子が得られる条件を見出した。この重合反応が可能になることで、新たな合成経路を選択することができるため、二工程を削減することが可能となった。確立した方法論を利用することで、高特性材料の合成にも簡略化できるものと考えられる。
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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
モデル系において、原料合成と重縮合反応にC-H結合の直接アリール化反応を利用する方法論を確立することができたことから、概ね順調に進行していると考えられる。
C-H結合の直接アリール化反応を原料合成と重縮合反応に利用するための条件検討を行なった。原料合成は、以前に確立した条件を適応することで確立することができた。重縮合反応には、今回新たな二つの金属触媒を組み合わせる反応系を利用した。用いたPd錯体とCu錯体の比率を調整することで、高分子量体が得られる条件を見出した。高分子の末端にPd触媒の配位子が結合した欠陥が観測されることが問題点として残されている。これは反応の後期にPd触媒が分解することが要因であることが分かってきている。この課題は、反応後期にC-H結合を反応点とする原料を追加することで解決できると考えている。
今回確立したモデル系での検討結果は、高特性材料の合成にも適応できることから、本年度までの目標は概ね達成することができたと判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度に確立した方法論を用いて、高特性材料の合成と材料特性の評価を行う。有機薄膜太陽電池や有機電界効果トランジスタの材料となる高分子を、これまでに確立した二段階の直接アリール化反応を用いて合成する。まずは、既に知られた高特性材料を対象として、短工程で同定度の品質の高分子材料が得られることを証明する。続いて、簡便に合成できる本方法論の特長を活かして、新たな高特性材料の探索を行なう。電子状態を制御する置換基、溶解性や結晶性を制御するアルキル基などの最適化を迅速に行なうことで、新たな骨格を有する高特性材料を開発する。得られた材料は有機電子デバイスに実装して特性を評価する。その結果を高分子の分子設計にフィードバックすることで、更なる特性向上を目指す。
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| Causes of Carryover |
想定のよりも順調に条件検討が進行したため、試薬費が抑えられ次年度使用額が生じた。次年度は物性評価にかかある経費が多く必要となることが予想されることから、次年度の助成金と合わせて使用する計画である。
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