2019 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of Carrier Transporting Molecules utilizing Interactions between sigma-Symmetric Orbitals
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18K19067
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
古川 俊輔 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (70625590)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | σ共役化合物 / 電荷輸送 / 電界効果トランジスタ / ポリヨードベンゼン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，σ対称性軌道間の相互作用を活用した電荷輸送性有機分子の学理を構築し，3次元的な電荷輸送を実現するための足掛かりとすることである．従来の有機半導体の電荷輸送は，π共役化合物のπ軌道間相互作用によって実現されてきた．しかし，π共役化合物の多くは平面構造であるため，固体中での積層構造がπ-πスタッキングに支配され，電荷輸送に寄与する軌道相互作用が1次元もしくは2次元的にしか広がらない．
この課題を克服するため，本研究ではσ対称性の非局在軌道をもつ「σ共役化合物」を新たな電荷輸送性化合物として注目し，標的分子として多置換ヨードアレーンを設定した．標的化合物は大きく2種類に大別され，一つは「直交σ共役系」であり，もう一つは「σ-π混合共役系」である．
直交σ共役系分子の合成を試みたが，σ非局在系に必須であるヨウ素原子の立体的な成約が原因となり，目的化合物は得られなかった．もう一つの標的化合物「σ-π混合共役系分子」の合成は反応条件を最適化することでいくつかの化合物が合成できた．これらのうち，ペンタヨードフェニル基と複素環が直接連結された化合物群の合成は，当初想定していなかった合成法の開発にも繋がり，今後の本系の研究開発にさらに発展をもたらす結果が得られた．
合成出来た目的分子群の単結晶X線構造解析により，これらの分子群の絶対構造および分子配列を明らかにし，固体状態での電荷輸送能に関する考察を行った．これらの分子群は計画通り３次元的に広がったフロンティア軌道を形成し，さらにこれらの分子軌道が三次元的に相互作用を示すネットワーク構造を形成することが明らかとなった．
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