2020 Fiscal Year Annual Research Report
Science of Post-nanocarbons: Structural science of nano π-space
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20H05672
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
磯部 寛之 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (30302805)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
芥川 智行 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (60271631)
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| Project Period (FY) |
2020-08-31 – 2025-03-31
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| Keywords | 分子機械 / ナノカーボン / 有機合成化学 / 物理有機化学 / 巨大分子 / 湾曲π共役 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
「ポストナノカーボン科学：ナノπ空間の精密構造科学」と題した本研究は，明確・一義な構造を有する新たなナノカーボン分子を設計・合成し，その特性解明とそれに基づく機能開拓を目指すものである．「大きく曲がったπ電子系の特性とはなにか？」を根源的な問いに据え，「新分子・新物質創造」によりその解を追い求める提案である．「１．多様構造の創造」「２．基本特性の解明」「３．機能性への展開」の3項目を検討項目として研究を進めている．本研究期間では，特に「１．多様構造の創造」「２．基本特性の解明」に特に注力した．「１．多様構造の創造」においては，軸不斉を有するビナフチルを環状に連結した新分子の合成に成功し，その固体中での分子構造を明らかにした．また，[4]ヘリセンを構築単位とした大環状分子の合成にも成功し，その特異な立体化学を明らかとした．さらには，直径拡張型のカーボンナノチューブ分子を合成し，これが直径の小さい筒状分子を包接した二層カーボンナノチューブ分子となることを明らかとした．「２．基本特性の解明」においては，上記のビナフチルからなる大環状分子が多孔性結晶を形成し，窒素分子を効率的に吸着することを解明した．放射光を用いた粉末X線回折実験により，この分子の孔の中で吸着状態にある窒素分子が特異なキラル配列をとることを明らかとした．また，二層カーボンナノチューブ分子形成の選択性について興味深い知見を得た．二層カーボンナノチューブ分子を形成する筒状分子はいずれもキラルであるため，会合状態ではジアステレオマーが存在する．このジアステレオマー形成の選択性を詳細に解析したところ，外側の筒と内側の筒のヘリシティが異なる「ヘテロヘリカル」な組み合わせがより安定となることが明らかとなった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
コロナの影響があり一部変更があり繰越を行ったものの，本研究課題の根幹となる「大きく曲がったπ電子系の特性とはなにか？」という問いに迫る成果を挙げることができた．とくに二層カーボンナノチューブ分子形成の選択性発現は予想外の結果であり，当初の計画の範囲を超えて大きく展開している．以上より，当初の計画以上に進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究全般について大きな変更はせず，引き続き研究を遂行する．本研究課題での主要な項目のうち「１．多様構造の創造」「２．基本特性の解明」については既に重要な成果が得られつつある．次年度以降もこれらの項目を引き続き推進するとともに，得られている知見をもとに「３．機能性への展開」の項目についても本格的な検討を開始する．
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