2021 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２年目は多様な構造をもつ標的化合物の合成および構造と性質の相関を調べるための測定と計算を行った．
大環状化合物のテーマについては，効率的に調製できる2,7-二置換アントラセンユニットを用いて，周辺部に種々の置換基をもつケージ化合物を合成した．フラーレンC60などをゲストとして用いて錯体形成の会合定数を測定し，置換基の電子的効果と会合の強さを考察した．ケージ-C60錯体のX線構造解析にも成功し，ケージの内部にゲスト分子が取り込まれていることが実証された．アントラセン以外のユニットとして，アクリドンおよびフェニレンを組み込んだ環状オリゴマーの合成に着手した．
らせん形化合物のテーマについては，アントラセンを３個縮合したヘリセン誘導体を主な研究対象とした．らせんの内側に嵩高い置換基を導入し，ひずみの大きい誘導体を合成した．これらの化合物の構造および光学およびキラル光学特性（特に円偏光発光）を比較し，らせんの伸長の効果を考察した．対応するアントラノン誘導体を合成し，らせん内部のカルボニル基周辺が立体的に異常に混雑していことを明らかにした．また，アントラセン４個縮合した無置換誘導体のらせん構造に及ぼす圧力の効果を調べるために，静水圧加圧条件で電子スペクトルを測定し，圧力によって分子内環状付加が促進されることを示した．
上記の他に芳香環ユニットを用いて，ピンセット形分子，アントラセンが密集した炭化水素，両親媒性分子の構造および性質を研究した．ピンセット形分子は，結晶中で特異な環状の分子集合体を形成することを発見した．
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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合成したユニットを用いて，種々のケージ形誘導体を合成することができた．ケージ形誘導体を用いて，数種類のフラーレン誘導体とのホストーゲスト化学を調べる段階に到達した．らせん形化合物のテーマについては，ひずみの大きい誘導体を合成し，構造とキラル光学特性の関連性を明らかにすることができた．共同研究により高圧化での分子の挙動について研究し，分子ばねとしての機能を評価することにもできた．
研究成果の一部は学会，論文として発表することができ，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２年目までの成果に基づいて，多様な標的化合物の設計と合成，構造と物性の相関の解明，機能性に関連する物性の測定を中心として，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，多様な構造をもつリング形，ケージ形の分子を合成し，フラーレン類との会合を研究していく．パイ拡張した芳香族ユニットを用いた新規大環状化合物，配位結合を利用したケージ形錯体を研究の標的とする．
らせん形化合物のテーマについては，非常に圧縮された構造をもつらせん化合物，長いらせん構造をもつ化合物を標的とする．エナンチオマー単離可能な誘導体をさらに増やしていき，分子構造と円偏光発光などのキラル光学特性の関連性を解明していく．
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