2019 Fiscal Year Research-status Report

新奇無触媒クリック反応によるπ電子材料の物性および集積構造の自在制御

Research Project

Project/Area Number	19K05640
Research Institution	National Institute for Materials Science
Principal Investigator	高井淳朗国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主任研究員 (90746728)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	π電子材料 / クリック反応 / 分子集積体 / 自己組織化単分子膜 / 有機薄膜デバイス
Outline of Annual Research Achievements	π共役分子は、有機薄膜デバイスの主役級の材料であるが、所望の光学および電子物性を引き出すためには、合成上の煩雑さや薄膜上での集積構造制御における困難が伴う。本研究では、研究代表者が近年見出した電子受容性π共役分子とアミンの無触媒クリック反応を基軸として、新奇π電子材料の物性探索と薄膜上での集積構造の自在制御に取り組んでいる。本年は、『1. 電子受容性π共役分子とアミンの新たな組み合わせによる無触媒クリック反応の開発』と、『2. 薄膜上での電子受容性π共役分子の高密度集積化』に焦点を当てた。 1. について、新たに設計・合成した電子受容性π共役分子が、アミンと無触媒かつ定量的に反応することを見出した。核磁気共鳴分光、質量分析、単結晶X線構造解析から、単一の生成物が得られることを確認し、核磁気共鳴分光や紫外可視吸収スペクトルにより反応速度解析を行った。さらに、アミンとの反応部位を２つ有する電子受容性π共役分子とジアミンを用いると、無触媒クリック反応が逐次的に進行し、π共役分子を主鎖に含むオリゴマーおよびポリマーを高効率で得られることがわかった。　[論文投稿中] 2. について、末端にアミノ基を有するシランカップリング剤の自己組織化単分子膜（SAM）形成能と無触媒クリック反応を組み合わせて、有機－無機ハイブリッド材料の創成を試みた。SAMを形成したSiO2基板を用いた固液界面での無触媒クリック反応により、無機材料の表面に電子受容性π共役分子を高密度で修飾できることが、接触角測定、X線光電子分光測定、X線反射率測定などの結果からわかった。　[論文投稿中]
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本研究は、研究代表者が近年見出した電子受容性π共役分子とアミンの無触媒クリック反応に基づき、全期間を通して以下の３点を達成すること目的としている：① 所望の光学および電子物性を有する新たなπ電子材料の開拓、② 自己組織化単分子膜上でのπ共役分子の配向を制御した有機薄膜材料の創成、③ それらの光学・電子デバイス評価。１年目で ① と ② の一部を達成し、２報の主要論文を投稿するに至った。以上のことから、本研究はおおむね順調に進展しているといえる。
Strategy for Future Research Activity	本研究で見出した新たなクリック反応が、外部触媒を必要とせず自発的に進行する反応メカニズムについて、量子化学計算や反応速度解析から興味深いデータが得られている。さらなる実験と解析を行うことで、本クリック反応の反応性と電子受容性π共役分子の物性についての相関を詳らかにしていく。また、本研究課題の目的の一つである『新たなπ電子材料の光学・電子デバイス評価』を実現するため、近赤外発光材料の開発や有機薄膜電子デバイスの作製にも取り組む。デバイス評価や光ダイナミクスの解明については、必要に応じて、共同研究を推進する。