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2019 Fiscal Year Research-status Report

Structural Design of Supramolecular Conjugated Molecules with High Charge Transport Ability

Research Project

Project/Area Number 19K22179
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

寺尾 潤  東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (00322173)

Project Period (FY) 2019-06-28 – 2021-03-31
Keywordsポルフィリンチューブ / ラダー型ポルフィリン / 電荷輸送特性 / 電荷移動度 / ポルフィリン / 導電性高分子材料 / 集積型ポルフィリン / テンプレート分子
Outline of Annual Research Achievements

導電性ポリマーは軽量, フレキシブル, 印刷可能といった利点の一方, シリコンに劣る低い導電性が問題点である。原因として, 分子鎖間でのπーπ相互作用や, 熱運動に由来する分子内でのキャリア失活ならびに非等価な軌道エネルギーに基づく非効率なホッピング伝導が挙げられる。そこで導電性向上の新方法として, π共役高分子鎖を平面状ではなく,複数の共役鎖を上下に積層させることにより,剛直なラダー型構造の形成により熱的ゆらぎが軽減され、高い電荷輸送特性の発現が期待される。その合成戦略として,本研究では重合点を有する金属ポルフィリン環を上下に有する環状分子を合成し,金属に配位可能なテンプレート分子を用いて,環状分子を一次元状に集積化し,分子間での重合を行い,ラダー型ポルフィリンポリマー構造を有するチューブ状高分子の合成を試みた。その結果、二段階テンプレート合成により、規定された空孔サイズを有する環状亜鉛ポルフィリンチューブの効率的な合成に成功した。テンプレート分子を用いない場合では反応の進行は見られず, テンプレート分子による環状分子の近接効果が反応の加速をもたらしていると考えられる。合成した環状亜鉛ポルフィリンチューブの構造の同定は、1H NMR測定とMALDI-TOF MS測定により行った。また、長さの異なるポルフィリンチューブの光学特性について調査したところ、UV-Vis吸収スペクトル測定より、分子長が伸長するにつれて、極大吸収波長が長波長シフトすることが確認できた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ポルフィリンのメソ位やβ位は修飾が容易であり、また、金属ポルフィリンは中心金属を利用した配位子との錯形成が可能であるため、これらの特徴から、様々な構造のポルフィリンチューブが報告されている。これまでにアミンと亜鉛との配位結合を利用したテンプレート法により、空孔の直径の大きさが規定された共有結合型環状ポルフィリンチューブの効率的な合成法が開発されたが、空孔の奥行の長さが制御されたチューブ状の構造の共有結合型ポルフィリンの精密合成例は未だ限られている。本研究では、テンプレート環化によって空孔の直径が規定された環状分子ZnCPを合成し、続いてZnCPのテンプレートチューブ化によって、空孔の奥行の長さが制御されたチューブ状分子ZnCP2, ZnCP3を合成に初めて成功したことから、本研究は概ね順調に進展していると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

今回, 高希釈条件におけるテンプレート法を用いることで, 分子長の規定された分子チューブの選択的合成に成功し, 近接効果による反応の加速が明らかとなった。今後テンプレート分子の配位部位を増加することで, より重合度の高いポルフィリンチューブ合成も期待できる。また、合成したポルフィリンチューブ内に導電性分子を規則的に積層する手法の開拓を行う。本法により安定なキャリアの生成ならびに効率的なキャリア移動を実現する。さらに, 2種類のドナーおよびアクセプター性の導電性分子を用いることで電荷移動相互作用を利用した, より高度な積層型分子の創成を行う。即ち、ポルフィリンのπ平面性からポルフィリンチューブの空孔内にπ共役平面分子を積層できると考えられる。包接検討は1H NMRおよび紫外可視吸収スペクトルを用いることで,複合体の組成を確定する。次にドナーおよびアクセプター性の分子を用いたより高度な積層型導電性分子の形成を目指し, ドナーおよびアクセプター性のナフタレンジイミド(NDI)ダイマーを用いた包接検討についても行う。その後, 重合度の大きい分子チューブおよびポルフィリンおよびNDIポリマーを用いた積層に伴う物性変化について検討する。特に導電性に着目し, TRMCおよびTASにより評価し, 導電性分子の積層による導電性の変化を考察する。

Causes of Carryover

期間中に、研究が大きく進展し、次年度の予算と合算し、測定に必要な機器の購入に充てるため。

  • Research Products

    (19 results)

All 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (11 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (5 results) (of which Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] RMIT(オーストラリア)

    • Country Name
      AUSTRALIA
    • Counterpart Institution
      RMIT
  • [Int'l Joint Research] 北京大学(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      北京大学
  • [Journal Article] Insulated conjugated bimetallopolymer with sigmoidal response by dual self-controlling system as a biomimetic material2020

    • Author(s)
      Masai Hiroshi、Yokoyama Takuya、Miyagishi Hiromichi V.、Liu Maning、Tachibana Yasuhiro、Fujihara Tetsuaki、Tsuji Yasushi、Terao Jun
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 11 Pages: -

    • DOI

      10.1038/s41467-019-14271-2

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Synthesis of Insulated Heteroaromatic Platinum?Acetylide Complexes with Color-Tunable Phosphorescence in Solution and Solid States2020

    • Author(s)
      Masai Hiroshi、Liu Maning、Tachibana Yasuhiro、Tsuda Susumu、Terao Jun
    • Journal Title

      The Journal of Organic Chemistry

      Volume: 85 Pages: 3082~3091

    • DOI

      10.1021/acs.joc.9b02967

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Complementary Color Tuning by HCl via Phosphorescence-to-Fluorescence Conversion on Insulated Metallopolymer Film and Its Light-Induced Acceleration2020

    • Author(s)
      Kaneko Shunichi、Masai Hiroshi、Yokoyama Takuya、Liu Maning、Tachibana Yasuhiro、Fujihara Tetsuaki、Tsuji Yasushi、Terao Jun
    • Journal Title

      Polymers

      Volume: 12 Pages: 244~244

    • DOI

      10.3390/polym12010244

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Synthetic Methodologies for Structurally Defined Linked-[n]Rotaxanes with Permethylated Cyclodextrins: Platform for Functionalized Molecular Electronics2019

    • Author(s)
      Masai Hiroshi、Terao Jun
    • Journal Title

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      Volume: 92 Pages: 529~539

    • DOI

      10.1246/bcsj.20180349

  • [Journal Article] Platinum-acetylide crosslinkers for facile preparation of phosphorescent commodity polymer networks with defect-free chromophores2019

    • Author(s)
      Russell Go M.、Masai Hiroshi、Terao Jun
    • Journal Title

      Materials Letters

      Volume: 247 Pages: 182~184

    • DOI

      10.1016/J.MATLET.2019.03.123

  • [Journal Article] Synthesis and Acid-Responsiveness of an Insulated π-Conjugated Polymer Containing Spiropyrans in Its Backbone2019

    • Author(s)
      Miyagishi Hiromichi V.、Tamaki Takashi、Masai Hiroshi、Terao Jun
    • Journal Title

      Molecules

      Volume: 24 Pages: 1301~1301

    • DOI

      10.3390/MOLECULES24071301

  • [Journal Article] Synthetic Methodology for Structurally Defined and Insulated Molecular Wires Bearing Non‐centrosymmetric Conjugated Axle Components via Iterative Intramolecular Slippage2019

    • Author(s)
      Chou Sheng‐Ying、Masai Hiroshi、Tsuda Susumu、Terao Jun
    • Journal Title

      Chemistry ? An Asian Journal

      Volume: 14 Pages: 1667~1671

    • DOI

      10.1002/ASIA.201801706

  • [Journal Article] Rational Method of Monitoring Molecular Transformations on Metal-Oxide Nanowire Surfaces2019

    • Author(s)
      Wang Chen、Hosomi Takuro、Nagashima Kazuki、Takahashi Tsunaki、Zhang Guozhu、Kanai Masaki、Zeng Hao、Mizukami Wataru、Shioya Nobutaka、Shimoaka Takafumi、Tamaoka Takehiro、Yoshida Hideto、Takeda Seiji、Yasui Takao、Baba Yoshinobu、Aoki Yuriko、Terao Jun、Hasegawa Takeshi、Yanagida Takeshi
    • Journal Title

      Nano Letters

      Volume: 19 Pages: 2443~2449

    • DOI

      10.1021/ACS.NANOLETT.8B05180

  • [Journal Article] Two-step template method for synthesis of axis-length-controlled porphyrin-containing hollow structures2019

    • Author(s)
      Chiba Yusuke、Oka Yuki、Masai Hiroshi、Matsuda Wakana、Fujihara Tetsuaki、Tsuji Yasushi、Terao Jun
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 55 Pages: 6755~6758

    • DOI

      10.1039/C9CC02866H

  • [Journal Article] Revealing Charge‐ and Temperature‐Dependent Movement Dynamics and Mechanism of Individual Molecular Machines2019

    • Author(s)
      Zhou Ce、Li Xingxing、Masai Hiroshi、Liu Zihao、Lin Yuanwei、Tamaki Takashi、Terao Jun、Yang Jinlong、Guo Xuefeng
    • Journal Title

      Small Methods

      Volume: 3 Pages: 1900464~1900464

    • DOI

      10.1002/SMTD.201900464

  • [Journal Article] Luminescent and mechanical enhancement of phosphorescent hydrogel through cyclic insulation of platinum-acetylide crosslinker2019

    • Author(s)
      Russell Go M.、Inamori Daiki、Masai Hiroshi、Tamaki Takashi、Terao Jun
    • Journal Title

      Polymer Chemistry

      Volume: 10 Pages: 5280~5284

    • DOI

      10.1039/C9PY00700H

  • [Presentation] 連結型ロタキサン構造の立体障害を利用したスチルベン誘導体の光異性化制御2020

    • Author(s)
      宮岸 拓路・正井 宏・寺尾 潤
    • Organizer
      日本化学会第100春季年会
  • [Presentation] [1]-ロタキサン型Ni(II)サレン錯体の酸刺激に対する被覆効果2020

    • Author(s)
      島田聡太朗、原田涼佑、正井宏、寺尾潤
    • Organizer
      日本化学会第100春季年会
  • [Presentation] 被覆型共役アンカー分子で修飾した金属酸化物表面の機能化2020

    • Author(s)
      周 聖頴・正井 宏・寺尾 潤
    • Organizer
      日本化学会第100春季年会
  • [Presentation] 分子建築学を駆使したナノスケールの超分子型分子素子の合成と機能2019

    • Author(s)
      寺尾 潤
    • Organizer
      触媒化学融合研究センター講演会
    • Invited
  • [Presentation] 分子建築学を基軸とする超分子型分子素子の開発2019

    • Author(s)
      寺尾 潤
    • Organizer
      中央大学応用化学科学術講演会
    • Invited
  • [Remarks] 自律型機能性ポリマー:生体を模倣した二段階調節機能を持った有毒ガス応答材料

    • URL

      https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/ja/press/z0109_00327.html

URL: 

Published: 2021-01-27  

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