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2023 Fiscal Year Research-status Report

ヘテロール骨格の自在導入によるポルフィリンの物性制御と機能開拓

Research Project

Project/Area Number 22K05066
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

東野 智洋  京都大学, 工学研究科, 准教授 (90711804)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Keywordsリン / ホスホール / 発光
Outline of Annual Research Achievements

π共役分子を基盤とした有機エレクトロニクス等のさらなる発展には、その材料となる高機能・高性能なπ共役分子の開発が不可欠である。我々は、ヘテロール縮環ポルフィリンがポルフィリンとヘテロールの利点を兼ね備えており、有機太陽電池材料や電子輸送材料など、高機能な機能性分子を実現するのに有望な骨格となり得る可能性を見出してきた。そこで本研究では、ポルフィリンにヘテロール縮環構造を自在に導入できるような合成法を開発し、典型元素の種類・酸化状態や縮環構造導入の形式が物性に与える影響を評価することを目的として研究を行った。
リン原子を有するホスホール縮環構造をメチレン炭素架橋してポルフィリン骨格に導入するための手法の確立に向け、汎用的なメチレン炭素架橋縮環ホスホール誘導体の合成法開発に取り組んだところ、実際にメチレン炭素で架橋されたホスホール誘導体を合成することに成功した。さらに、本手法はメチレン炭素架橋縮環ホスホール誘導体の合成に限らず、様々な官能基を導入したホスホール誘導体の合成にも展開可能であることを示した。
また同時に、異なるπ共役骨格を用いることにより、ジヒドロホスファペンタレン骨格をもつ分子が得られることも見出した。この分子はこれまでに報告例の無い全く新しい骨格であり、リン原子を含む多環π共役分子として興味深い性質を有することを明らかにした。
さらに、周辺部にヨウ素置換基を導入したポルフィリン前駆体とベンゼンジチオールのカップリング反応により、2つの硫黄原子をもつポルフィリン二量体が合成できることも見出した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

メチレン炭素架橋してホスホール骨格を縮環させた化合物の合成法を開拓することができたため、これをポルフィリン骨格に適用することにより、当初の計画通り、メチレン炭素架橋してホスホール骨格を縮環させた新規ポルフィリン化合物が合成できると期待できる。また、ジヒドロホスファペンタレン骨格はリン原子を含む新たなπ共役骨格として用いることができるため、これをポルフィリンと組み合わせた系の光学特性に興味がもたれる。加えて、2つの硫黄原子をもつポルフィリン二量体を用いた分子内環化反応により、チオフェン縮環ポルフィリン二量体の合成も可能と考えられる。したがって、本研究はおおむね順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

本研究において見出した、メチレン炭素架橋縮環ホスホール誘導体の合成法を用いて、ヘテロール縮環ポルフィリン誘導体の合成をさらに進めていく。加えて、2つの硫黄原子をもつポルフィリン二量体を用いた分子内環化反応の検討を進め、チオフェン縮環ポルフィリン二量体の合成を実現する。また、ジヒドロホスファペンタレン骨格の特異な光学特性を活用し、特に発光特性を用いた機能発現に向けた検討も進めていく予定である。

Causes of Carryover

当初の計画では、合成が比較的難しく、合成ルートの検討や反応条件のスクリーニングが必要と予想していたが、実際に目的としていた分子の合成に成功したため、物品費に余裕ができたことが理由として挙げられる。
本年度でも進める予定である化合物の合成や合成法の改良を行うための物品費、また各種測定のための消耗品の費用として使用する予定である。加えて、研究が着実に進展していることから、学会発表のための旅費としての使用を予定している。

  • Research Products

    (10 results)

All 2024 2023

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (6 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Suppression of Charge Recombination by Vertical Arrangement of A Donor Moiety on Flat Planar Dyes for Efficient Dye‐Sensitized Solar Cells2024

    • Author(s)
      Guo Qi、Higashino Tomohiro、Adachi Rintaro、Wechwithayakhlung Chayanit、Packwood Daniel、Yamakata Akira、Imahori Hiroshi
    • Journal Title

      ChemSusChem

      Volume: 17 Pages: -

    • DOI

      10.1002/cssc.202301661

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Energy level tuning of push-pull porphyrin sensitizer by trifluoromethyl group for dye-sensitized solar cells2023

    • Author(s)
      Higashino Tomohiro、Sugiura Kenichi、Namikawa Keigo、Imahori Hiroshi
    • Journal Title

      Journal of Porphyrins and Phthalocyanines

      Volume: 27 Pages: 145~156

    • DOI

      10.1142/S1088424622500778

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Graphene oxide-fullerene nanocomposite laminates for efficient hydrogen purification2023

    • Author(s)
      Guo Qi、Ghalei Behnam、Qin Detao、Mizutani Daizu、Joko Ikumi、Al-Aziz Habib、Higashino Tomohiro、Ito Masateru M、Imahori Hiroshi、Sivaniah Easan
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 59 Pages: 10012~10015

    • DOI

      10.1039/D3CC02175K

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Molecular designs, synthetic strategies, and properties for porphyrins as sensitizers in dye-sensitized solar cells2023

    • Author(s)
      Zhang Yuzhe、Higashino Tomohiro、Imahori Hiroshi
    • Journal Title

      Journal of Materials Chemistry A

      Volume: 11 Pages: 12659~12680

    • DOI

      10.1039/D2TA09264F

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ベータ位置換ホスホールを用いた縮環ホスホール誘導体の合成と物性2024

    • Author(s)
      美濃部陸、東野智洋、今堀博
    • Organizer
      日本化学会第104春季年会
  • [Presentation] 芳香族アミンへの亜リン酸を用いた直接的リン原子導入反応による新規π共役分子の合成と物性2024

    • Author(s)
      西田佳史、石田圭一、東野智洋、今堀博
    • Organizer
      日本化学会第104春季年会
  • [Presentation] ベータ位置換ホスホールを用いた縮環ホスホール誘導体の合成と物性2023

    • Author(s)
      美濃部陸、東野智洋、今堀博
    • Organizer
      第33回基礎有機化学討論会
  • [Presentation] 芳香族アミンへの亜リン酸を用いたリン原子導入反応による新規π共役分子の合成と物性2023

    • Author(s)
      西田佳史、石田圭一、東野智洋、今堀博
    • Organizer
      第33回基礎有機化学討論会
  • [Presentation] 色素増感太陽電池におけるビピリジル銅錯体レドックス対の配位子構造および対アニオンの効果2023

    • Author(s)
      並川圭吾、川合祐輝、東野智洋、今堀博
    • Organizer
      2023年光化学討論会
  • [Presentation] Structural Modification of Metal Complexes as Sensitizers and Redox shuttles for Dye-Sensitized Solar Cells2023

    • Author(s)
      Tomohiro Higashino
    • Organizer
      錯体化学会第73回討論会
    • Invited

URL: 

Published: 2024-12-25  

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