2020 Fiscal Year Annual Research Report
Aromatic architect: design of structures and spaces created by pi-conjugated systems and developments of their functions
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20H02721
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
豊田 真司 東京工業大学, 理学院, 教授 (80207646)
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2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 芳香環 / 大環状分子 / らせん分子 / 構造空間設計 / 分子機能 / 超分子 / キラル分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
芳香環の部品を組み合わせて分子の構造や空間を自在に設計し，新しい化学物質を創製する「芳香環ナノアーキテクト」の発想に基づき，アントラセンを集合，縮合した大環状およびらせん形パイ共役系化合物を対象として研究を行った．研究１年目は標的化合物の設計と合成法の確立を主な目的とした．
大環状化合物のテーマについては，芳香環大環状構造の構築を中心に研究した．必要なビルディングユニットである2,7-ジハロアントラセン誘導体の調製を効率化した．芳香族水素の位置選択的直接ホウ素化を利用することにより，従来法より短工程・高収率でユニットを合成することができた．カップリング反応を用いてユニットを連結し，大環状リング形分子を構築するための合成法および精製法を検討した．アントラセン以外のユニットとして，アクリドンを用いて鎖状および環状オリゴマーを合成した．
らせん形化合物のテーマについては，アントラセンをらせん形に縮合した化合物を合成し，構造や性質を研究した．白金触媒を用いたアルキンの環状異性化を鍵反応として，アントラセンを２から５個縮合した化合物を合成した．らせん構造の特徴をX線構造解析および密度汎関数法(DFT)により調べ，３個以上縮合した構造ではパイ電子間の顕著な相互作用が存在することを明らかにした．また，らせん反転の機構をDFT計算により解析し，立体障害および分子内相互作用と反転障壁の関係を解明した．３個縮合した誘導体では置換基を導入するとエナンチオマーが分割可能になり，ジフェニル誘導体のエナンチオマーは非常に強い円二色性および円偏光発光を示した．これらのキラル光学特性の特徴を分子構造と軌道の解析から考察した．アントラセンの酸化誘導体として，アントラキノンをらせん形に縮合した化合物の合成条件を検討した．
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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
大環状化合物のテーマについては，新しい経路でユニットを合成することができた．ユニットの効率的合成は今後の研究において重要な課題であり，一定の成果をあげることができた．
らせん形化合物のテーマについては，困難なことが予想されたがユニットを５個まで縮合したらせん形化合物の合成に成功した．ユニットを３個縮合した誘導体のエナンチオマーに成功し，キラルなパイ共役系芳香族化合物として特異な性質を示すことを明らかにした．成果の一部は学術論文として発表し，一部は当初の計画以上に進んでいる．
全体としては計画に基づいておおむね順調に研究が進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究期間１年目の成果に基づいて，標的化合物の合成法の効率化，構造や物性の詳しい解析，構造の多様化を目標として，基本的に当初の計画通りに研究を推進していく．
大環状化合物のテーマについては，効率的に合成できたユニットを用いて，リング形化合物の本格的な合成に取り組む．ユニット合成法の汎用性を利用して，種々の置換基をもつ誘導体を合成する．大環状構造の周辺拡張と平面化を実現するために，ジベンゾアントラセンユニットの活用を検討する．大環状構造を複合化するために，ケージ形構造の構築に取り組む．
らせん形化合物のテーマについては，基本合成反応を応用して，長いらせん形化合物や置換基を導入した誘導体の合成する．１年目は１例だけであったエナンチオマーの分割例を増やしていき，分子構造とキラル光学特性の関連性を解明していく．
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| Remarks |
らせん分子の論文に関する新聞記事, Web記事あり（科学新聞2021年2月26日）
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Research Products
(7 results)
