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2022 Fiscal Year Research-status Report

Synthesis and Properties of Antiaromatic s-Indacene Derivatives

Research Project

Project/Area Number 21K05021
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

戸部 義人  大阪大学, 産業科学研究所, 招へい教授 (60127264)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 家 裕隆  大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (80362622)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords反芳香族性 / 有機電子材料 / s-インダセン / 電子状態 / 分子構造
Outline of Annual Research Achievements

本課題では新たな合成法に基づいて電子供与性あるいは電子求引性置換基をもつヘキサアリール置換s-インダセン誘導体を合成し、分子構造や電子状態を調査し、機能性物質としての利用の可能性を調べることを目的としている。
2022年度は、前年度に引き続き特定の位置に電子供与性あるいは電子求引性置換基をもつヘキサアリール置換誘導体の合成を行った。すなわち、電子求引性の4-(トリフルオロメチル)フェニル基あるいは電子供与性の4-メトキシフェニル基が2つ置換し、その他の位置にはフェニル基あるいはキシリル基が置換したC2h-、C2v-、D2-対称形のヘキサアリール-s-インダセン誘導体を合成した。量子化学計算に基づく電子状態予測と分光学的および電気化学的計測を行い、置換基の電子的性質と置換パターンによる分子軌道のエネルギー準位の変化のみならず、s-インダセンに特有の電子配置に起因する分子軌道の摂動が起こることの確証を得た。さらに、量子化学計算から予想された置換基による分子構造のゆがみを検証すべく、前年度分とあわせて計4種類の化合物に関してX線構造解析を行い、理論の検証を行った。また、反芳香族性に関する指標が最高被占軌道とその下位の被占軌道のエネルギー準位の差に依存することを立証した。有機半導体としての機能に関する予備的研究として、ヘキサキシリル誘導体のスピンコート薄膜の電界効果トランジスター特性を測定したところ、0.01 cm2 v-1 s-1という比較的良好なホール移動度を示すことがわかった。これらの結果を論文発表した。
置換基によるより強い摂動を受けたs-インダセン誘導体の合成に着手した。すなわち、4つの4-(トリフルオロメチル)フェニル基あるいは4-メトキシフェニル基が置換し著しく電子豊富あるいは電子不足な誘導体や、それぞれがドナー・アクセプター型に置換した誘導体の合成と構造確認を行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

計画には含まれていなかったが、量子化学計算に基づきs-インダセンに特有の電子配置に起因する分子軌道の摂動とそれに基づく諸物性を見出し、その原因を考察した。合成面では4つの電子供与基あるいは電子求引基が置換したs-インダセン誘導体の合成を達成した。

Strategy for Future Research Activity

置換パターンの異なるヘキサアリール-s-インダセンを合成したので、その置換基効果による構造、電子状態、反芳香族性などこれまでほとんど研究例のない現象に関して理論と実験に基づく検証を行う。
溶解度と有機トランジスター用半導体への応用を考慮して長鎖アルキル基の導入を行う。これらの結果をまとめて2つめの論文に発表する。

Causes of Carryover

合成および物性測定用薬品に関して前年度に購入したものを継続して使用し、今年度は新たに購入することなく目的の実験を行うことができたため、残額が生じた。これは次年度に行う論文作成時に求められる可能がある追加実験用に使用する予定である。

  • Research Products

    (6 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] National Yang Ming Chiao Tung University(その他の国・地域)

    • Country Name
      その他の国・地域
    • Counterpart Institution
      National Yang Ming Chiao Tung University
  • [Journal Article] s-Indacene Revisited: Modular Synthesis and Modulation of Structures and Molecular Orbitals of Hexaaryl Derivatives2023

    • Author(s)
      Shun-Jie Jhang, Jayabalan Pandidurai, Ching-Piao Chu, Hirokazu Miyoshi, Yuta Takahara, Masahito Miki, Hikaru Sotome, Hiroshi Miyasaka, Shreyam Chatterjee, Rumi Ozawa, Yutaka Ie, Ichiro Hisaki, Chia-Lin Tsai, Yen-Ju Cheng, Yoshito Tobe
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 145 Pages: 4716-4729

    • DOI

      10.1021/jacs.2c13159

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 1,2,3,5,6,7-Hexaaryl-s-indacenes: Concise Synthetic Approach to Specific Donor or Acceptor Substitution Patterns2022

    • Author(s)
      Shun-Jie Jhang, Jayabalan Pandidurai, Ching-Piao Chu, Hirokazu Miyoshi, Yuta Takahara, Masahito Miki, Shreyam Chatterjee, Yutaka Ie, Yen-Ju Cheng, Yoshito Tobe
    • Organizer
      19th International Symposium on Novel Aromatic Compounds
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Generation and Self-Aggregation of Tetraanion of Tetracyclopentatetraphenylene2022

    • Author(s)
      Hirokazu Miyoshi, Yusuke Kurogi, Rumi Ozawa, Shreyam Chatterjee, Yutaka Ie, Yoshito Tobe
    • Organizer
      19th International Symposium on Novel Aromatic Compounds
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] s-Indacene Revisited: Modular Synthesis of Hexaaryl Derivatives2022

    • Author(s)
      Shun-Jie Jhang, Jayabalan Pandidurai, Chin-Piao Chu, Hirokazu Miyoshi, Yuta Takahara, Masahito Miki, Yen-Ju Cheng, Yoshito Tobe
    • Organizer
      The 15th International Symposium on Organic Reactions
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 反芳香族化合物:再考2022

    • Author(s)
      戸部義人
    • Organizer
      有機合成化学協会中国四国支部特別招待講演会
    • Invited

URL: 

Published: 2023-12-25  

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