2019 Fiscal Year Annual Research Report
Sumanene Science 2.0: from Basic Chemistry to Material Sciences
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19H00912
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
櫻井 英博 大阪大学, 工学研究科, 教授 (00262147)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
燒山 佑美 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (60636819)
福島 孝典 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (70281970)
中野 雅由 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (80252568)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | スマネン / ソフトマテリアル / 錯体高分子 / 一重項励起子分裂系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、フラーレンの部分構造に相当する、お椀型湾曲芳香族化合物「スマネン」をモチーフとして、そのユニークな性質、および集合体構造の特徴を生かし、真に日本独自のマテリアルとして成長させるための発展研究を行う。４つのテーマに対して、それぞれ簡潔に成果を記す。
①新たな一重項励起子分裂系分子の設計については、湾曲構造に由来するパイ曲面の分極構造、並びに結晶中での積層構造が、一重項励起子分裂に極めて有効であることを、理論的に予測することに成功した。また、その理論では、大きく２種類の分子設計が考えられるが、そのうち、スマネン骨格にアセン部位を縮環した分子設計に関しては、いくつかのモデル分子について合成を達成し、基本的な単分子の物性は、計算による予測値とほぼ一致していることがわかった。
②スマネンをメソゲンとする液晶分子のうち、ヘキサカルボン酸エステルの合成に成功し、ヘキサゴナルカラムナー相を有する液晶を形成するにもかかわらず、その液晶が極めて「柔らかい」と言う特異な性質を見出した。
③スマネン配位子を用いた球状でかつ孤立した空孔を持つネットワーク錯体の合成に成功した。また中心金属をZn、Cdと変化させるだけで、全く異なるネットワーク構造を発現することも見出した。
④スマネンの芳香族部位に直接６置換基を導入する手法はこれまで限られていたが、ヘキサ（ブロモメチル）化反応がほぼ定量的に進行する条件を開発することができた。
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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
当初設定していた４つの研究テーマについて、それぞれの進捗状況には凹凸はあるものの、いずれにおいても研究は進んでいる。特に③の錯体高分子の系については、最初のターゲットである球状孤立空孔を有するMOFの論文をアメリカ化学会誌に発表することができ、大きな反響を呼んだ。①の一重項励起子分裂系についても、理論、実験の両面で進展がみられている。すでに多くの学会発表を済ませており、2020年度には論文化できるものと期待される。
一方、②の液晶については、分子の合成は完了し、現在各種測定を鋭意進めているところであるが、新型コロナウイルスの影響で、大型放射光施設での測定がストップしているのが問題となっている。④の合成については、ノルボルナジエンの環化三量化についてはやや苦戦しているが、そのほかの合成手法開発でいくつか大きな進展が見られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
概ね当初の予定に従った研究が進行しているので、2020年度においては、大きな柱の４つのテーマに変更はない。
①一重項励起子分裂系については、理論の構築には目処が立っているので、論文を通して世に問うと共に、なるべく早く実在系の分子の合成およびその測定を急ぐ。
②スマネンソフトマテリアルについては、ヘキサカルボン酸エステルが示す特異な柔軟ヘキサゴナルカラムナー相の理由を明らかにすることを最大の目標とする。
③錯体高分子については、2019年度に引き続き、孤立空孔を有するMOF系の合成と、活性分子の取り込みを目指す。
④の合成についてはスマネン合成の最終段階の酸化反応の改良を優先して検討する。
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