2018 Fiscal Year Annual Research Report

APEX反応よる革新的ナノグラフェン合成法の確立

Research Project

Project/Area Number	18J23379
Research Institution	Nagoya University
Principal Investigator	松岡和名古屋大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
Project Period (FY)	2018-04-25 – 2021-03-31
Keywords	ナノグラフェン / 縮環π拡張
Outline of Annual Research Achievements	グラフェンの部分構造であるナノグラフェンは、特異な電子的性質を有するため有機エレクトロニクス、スピントロニクス材料への応用が期待されている。ナノグラフェンはその構造に応じて全く異なる性質を有するため、デバイス開発の前提条件としてナノグラフェンを効率的かつ精密に合成可能な手法が必要不可欠である。この課題に対する解決策として、当研究員の所属研究室では、縮環π拡張(APEX)反応という合成概念を提唱している。APEX反応とは官能基化されていない芳香族化合物から一段階で縮環芳香環を構築するπ拡張反応を指し、ステップ・アトムエコノミーの観点から合成効率に優れている。さらに、基質の特定の領域のみを選択的にπ拡張することで、ナノグラフェンを原子レベルで精密合成することが可能である。本年度は、未だ開発されていないM領域選択的なAPEX反応の開発に着手した。本年度の研究により、多環芳香族炭化水素に対し特定の脱芳香族化材を作用させることでM領域を選択的に活性化できることや、活性化した中間体に対して、鉄触媒と環状有機金属試薬を作用させた後、酸化反応を行うことで、M領域選択的APEX反応が進行することが明らかになった。収率や、基質適応範囲の観点からは改善すべき課題が残されているものの、脱芳香族的活性化という新たな概念を提唱・実現した点で非常に有意義な結果が得られたと言える。今後は本反応をより実用的な反応へと昇華すべく、さらなる条件検討やナノグラフェン合成を行う予定である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 1: Research has progressed more than it was originally planned. Reason 今年度、当研究員によって未開発であったM領域選択的APEX反応が開発された。この発見は、APEX反応がK領域とbay領域選択的なものに限られていたことを踏まえると大きなブレイクスルーである。さらに本研究員は、今年度開発した多環芳香族炭化水素の脱芳香族的活性化という手法を足がかりとしてM領域以外の他の領域（N領域、beach領域など）選択的なAPEX反応の開発に取り組む予定である。したがって今年度の研究成果は単にM領域選択的APEX反応を見出しただけでなく、今後のAPEX反応開発における重要な指針を打ち立てたと言える。以上のことから本研究課題は当初の計画以上に進展していると評価する。
Strategy for Future Research Activity	今後の研究計画はまず、新たに見出したM領域選択的APEX反応の収率の向上と基質適応範囲の拡大に取り組む。これにより、現在までに合成困難であったナノグラフェンを短工程かつ効率的に合成できる。さらに合成したナノグラフェンの物性評価も行い、ナノグラフェンの構造と物理学的性質の相関について明らかにする。また、未だ達成されていない、beach領域選択的なAPEXの開発にも着手する予定である。具体的には、今年度開発した、多環芳香族化合物の脱芳香族的活性化という手法を足がかりとして反応探索を行う予定である。