2020 Fiscal Year Annual Research Report
Concise synthesis of nanographene by solid-state cross-coupling reaction
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19K15547
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
久保田 浩司 北海道大学, 化学反応創成研究拠点, 特任助教 (60824828)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | メカノケミストリー / クロスカップリング / 固体反応 / ボールミル / ナノグラフェン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ナノグラフェンの精密固相合成を達成するために、固体状態で効率良く進行するメカノケミカルクロスカップリング反応の開発を行った。その結果、初年度にボールミルを用いた固体鈴木-宮浦クロスカップリング反応の開発に世界で初めて成功した (K. Kubota et al. Chem. Sci. 2019, 10, 8202.)。この反応の成功の鍵は1,5-シクロオクタジエンを少量添加することであり、幅広い基質に適応できる汎用的なカップリング反応を開発することができた。特に、多環状芳香族化合物やポルフィリンなどの難溶解性化合物を基質とする場合でも効率よくカップリング反応が進行する。さらに粉末X線構造解析、透過型電子顕微鏡 (TEM)、固体31P NMR、ESI-MS測定を行い、オレフィン添加による効果についても重要な知見が得られた。しかしながら、この条件は不溶性アリールハライドのクロスカップリング反応には適用できず、ナノグラフェンの自在合成を検討するには反応効率は不十分であった。
次年度は、ヒートガンで加熱しながらボールミルを行う高温ボールミルという新しい合成手法を用い、さらに固体系で効率良く働く我々独自のPd触媒系を利用して、不溶性アリールハライドの固体鈴木-宮浦クロスカップリング反応を実現した(K. Kubota et al. J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, just accepted.)。本反応は従来の溶液系を大幅に凌駕する反応速度を示し，極めて溶解性が低く従来の方法では扱えなかった不溶性の顔料や色素にも適用することが可能であった。特に，Pigment violet 23という顔料に対して固体カップリング反応を実施することで，新しい発光性分子の合成にも成功した。
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