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2022 Fiscal Year Research-status Report

Development of molecular-single-crystalline-catalyst cartridges

Research Project

Project/Area Number 21K18961
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

久木 一朗  大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (90419466)

Project Period (FY) 2021-07-09 – 2024-03-31
Keywords水素結合 / 多孔質結晶 / 単結晶 / ジベンゾクリセン
Outline of Annual Research Achievements

分子単結晶は、分子が最も規則的に配列した分子集合体であり、分子の規則的配列と異方的集合構造に由来した優れた物性の発現が期待できる。本研究では、多様な有機構成分子から1次元チャネル状空孔を有する堅牢な多孔性単結晶を構築し、次いで触媒活性部位を導入することにより「単結晶触媒」へと展開することを目標としている。本年度は、ヘキサアザトリフェニレン以外のπ共役系分を用いて、一連の同型多孔質結晶を得ること検討した。具体的には、非平面π共役分子ジベンゾクリセンが結晶中で「かみ合い積層」によって1次元状の強固な積層構造を与えることに着目し、ジベンゾクリセン骨格に置換位置の異なるカルボキシナフチル基を導入した分子群を用いて結晶化を行った。その結果、いずれの分子からも分子が「かみ合い積層」と分子間水素結合によって高度にネットワーク化した多孔質同型結晶を得ることに成功した。興味深いことに、これらの結晶は同型ネットワーク構造をもつにもかかわらず、空間活性化の際にはそれぞれ異なる挙動を示すことが分かった。1,5-置換体の結晶は、空間活性化の前後でフレームワークは変化せず、ガス吸着実験から見積もった比表面積は1gあたり1300平方メートルであった。2,6-置換体は、活性化によってそのフレームワークは崩壊した。1,4-置換体はこれら2種類の結晶の中間の性質を示した。すなわち、溶媒分子の脱離と挿入の過程において可逆的にフレームワークが伸縮する柔軟な多孔質結晶であることが分かった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

これまでに、ジベンゾクリセン誘導体を用いて開口部がひし形の1次元チャネル空間を有する一連の多孔質単結晶の作成を行ってきた。大きな比表面積を示す多孔質結晶も得られつつある。さらに、これらの同型結晶がスペーサー部位の構造に依存した挙動を示すことも新たに明らかになった。これらの結果より、本研究は現在のところおおむね順調に進展しているといえる。

Strategy for Future Research Activity

今後は、チャネル空間を有する一連の多孔質単結晶の、チャネル空間を利用した機能創出について鋭意検討を行う。

  • Research Products

    (12 results)

All 2023 2022 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 4 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Single Crystalline, Non-stoichiometric Cocrystals of Hydrogen-Bonded Organic Frameworks2023

    • Author(s)
      Taito Hashimoto, Ryusei Oketani, Masaki Nobuoka, Shu Seki, Ichiro Hisaki
    • Journal Title

      Angew. Chem. Int. Ed.

      Volume: 62 Pages: e202215836

    • DOI

      10.1002/anie.202215836

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Isomeric Effect of Naphthyl Spacers on Structures and Properties of Isostructural Porous Crystalline Frameworks2023

    • Author(s)
      Yuto Suzuki, Mao Yamaguchi, Ryusei Oketani, Ichiro Hisaki
    • Journal Title

      Mater. Chem. Front.

      Volume: 7 Pages: 106-116

    • DOI

      10.1039/D2QM01091G

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Geometrically Mismatched Hydrogen-bonded Framework Composed of Tetratopic Carboxylic Acid2022

    • Author(s)
      Zhuxi Yang, Taito Hashimoto, Ryusei Oketani, Takayoshi Nakamura, Ichiro Hisaki
    • Journal Title

      Chem. Eur. J.

      Volume: 28 Pages: e202201571

    • DOI

      10.1002/chem.202201571

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Slip-Stacking of Benzothiadiazole Can Provide a Robust Structural Motif for Porous Hydrogen-bonded Organic Frameworks2022

    • Author(s)
      Zhuxi Yang, Akinori Saeki, Asato Inoue, Ryusei Oketani, Kazuhide Kamiya, Shuji Nakanishi, Takayoshi Nakamura, Ichiro Hisak
    • Journal Title

      Cryst. Growth Des.

      Volume: 22 Pages: 1172-1179

    • DOI

      10.1021/acs.cgd.2c00420

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Quinoxaline-annelated Hexadehydro[12]annulene: Use of A New Building Block to Construct a Hydrogen-bonded Hexagonal Molecular Network2022

    • Author(s)
      Mayu Kobayashi, Haruka Kubo, Ryusei Oketani, Ichiro Hisaki
    • Journal Title

      CrystEngComm

      Volume: 24 Pages: 5036-5040

    • DOI

      10.1039/D2CE00676F

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Proton Conductive Porous Framework of an 18-Crown-6-Ether Derivative Networked by Rigid Hydrogen Bonding Modules2022

    • Author(s)
      Xin Chen, Rui-Kang Huang, Kiyonori Takahashi, Shin-ichiro Noro, Takayoshi Nakamura, Ichiro Hisaki
    • Journal Title

      Angew. Chem. Int. Ed.

      Volume: 61 Pages: e202211686

    • DOI

      10.1002/anie.202211686

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Porous crystalline frameworks constructed through intermolecular hydrogen bonds of carboxy groups2023

    • Author(s)
      久木一朗
    • Organizer
      Kyoto Advanced Porous Science Symposiu
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 水素結合の指向性を利用した結晶性多孔質有機材料の創製2022

    • Author(s)
      久木一朗
    • Organizer
      第71回高分子学会年次大会
    • Invited
  • [Presentation] 水素結合の指向性を利用した結晶性多孔質有機材料の創製2022

    • Author(s)
      久木一朗
    • Organizer
      錯体若手の会 夏の学校2022
    • Invited
  • [Presentation] 水素結合で分子をつなげた多孔質構造体の構造・機能設計2022

    • Author(s)
      久木一朗
    • Organizer
      M&BE新分野開拓研究会2022
    • Invited
  • [Presentation] Porous Organic Crystals Constructed with Directional Hydrogen Bonds2022

    • Author(s)
      久木一朗
    • Organizer
      POPs 2022 International Symposium on Porous Organic Polymers
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 研究室HP

    • URL

      http://www.chem.es.osaka-u.ac.jp/mac

URL: 

Published: 2023-12-25  

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