• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2022 Fiscal Year Annual Research Report

精密電子制御に基づく高次アセンの創出と新奇応答系の構築

Research Project

Project/Area Number 22J20578
Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

張本 尚  北海道大学, 大学院総合化学院, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2022-04-22 – 2025-03-31
Keywordsカチオン / アセン / レドックス特性 / 近赤外吸収 / キノジメタン / 色素 / 炭化水素 / エレクトロクロミック分子
Outline of Annual Research Achievements

本研究に先立って、アントラキノジメタン(AQD)誘導体を分子内に二つ縮合したビスキノジメタン(BQD)誘導体の特異なレドックス挙動を明らかにし、アセン構築とその構造制御に電気化学的刺激が有効であることを実証している。そこで得られたビスキノジメタンが持つレドックス特性を踏まえ、その特異な分子構造とそれに基づくdyrex特性を利用することで革新的な研究展開の推進が可能である。昨年度に引き続き、これらレドックス系のHOMO/LUMO制御から着手した。すなわち、新たなアプローチによりジカチオンの分子構造及びLUMO準位を制御すべく,4-メトキシフェニル基のオルト位に様々な置換基を導入した一連の誘導体を設計・合成した。X線結晶構造解析及びUV-Vis-NIRスペクトル測定の結果,中央骨格に対する二面角が変化することで,メチリウムのLUMO準位の低下及びメチリウムと[3]アセン間のICT相互作用の増強が示唆された。実際に,新規ジカチオンでは,NIR吸収帯の長波長化(~1,100 nm)が観測されたことに加え,そのモル吸光係数は母体に比べて大幅に増大した。以上より,4-メトキシフェニル基のオルト置換基の立体的・電子的効果の制御により,ジカチオンのLUMO準位を緻密に変調可能なことを実証した。加えて、HOMO準位の変調によってもNIR吸収帯の制御は可能であると考え,QDユニットをさらに複数集積した中性オリゴキノジメタン(OQD)の構築した。OQDの多電子酸化還元を制御することにより、高度なレドックス応答系の創出が可能となる。また、多段階の二電子移動を制御可能な足場としてBQD骨格を捉え,供与性の異なる二種類の置換基を含むハイブリッド誘導体を新たに設計した。検討の結果,これら誘導体は開殻性の電荷状態を経由しない安定な多色エレクトロクロミック分子(EM)として機能性材料への応用が期待される。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

現在までに、キノジメタンユニットに基づくレドックス系において、そのHOMO/LUMO準位を、分子の構造的・電子的特性により変調可能であることを実証した。加えて、これらのカチオン状態との近赤外吸収のスイッチングを実現した。NIR領域の吸収特性を変調可能な有機エレクトロクロミック分子の報告例が限られており、分子内に含まれるアセン構造を電気化学的刺激により制御することで、エレクトロクロミック材料やイメージングプローブ、センサー材料などへの応用も期待される。

Strategy for Future Research Activity

独自に開発した電気化学的アプローチに、オルト置換アプローチを組み合わせることで、オリゴカチオン性高次アセンのさらなる安定化をはかり、その単離を目指す。加えて、自身が構築した新規前駆体を足掛かりとした未踏OQD誘導体の構築と、続く化学的酸化により、更にπ拡張された高次アセンを高収率かつ安定に単離する。独自のアプローチで開発した高次アセン誘導体は、特異な環境下でなくても安定に取り扱えると予想され、レドックス応答により構造及び物性を自在に変調可能な化学種として多様な研究展開へと活用する。

  • Research Products

    (11 results)

All 2023 2022

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

  • [Journal Article] Enhancement of NIR‐Absorbing Ability of Bis(diarylmethylium)‐Type Dicationic Dyes Based on an Ortho‐Substitution Strategy.2023

    • Author(s)
      Harimoto Takashi、Suzuki Takanori、Ishigaki Yusuke
    • Journal Title

      Chemistry - A European Journal

      Volume: 29 Pages: e202203899

    • DOI

      10.1002/chem.202203899

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Ratiometric Photoacoustic Probe with a Reversible Response to Hydrogen Sulfide and Hydroxyl Radicals for Dynamic Imaging of Liver Inflammation2022

    • Author(s)
      Wu Luyan、Zeng Wenhui、Ishigaki Yusuke、Zhang Junya、Bai He、Harimoto Takashi、Suzuki Takanori、Ye Deju
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 61 Pages: e202209248

    • DOI

      10.1002/anie.202209248

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Geometrical and Electronic Structure of Cation Radical Species of Tetraarylanthraquinodimethane: An Intermediate for Unique Electrochromic Behavior2022

    • Author(s)
      Ishigaki Yusuke、Fukagawa Reina、Sugawara Kazuma、Harimoto Takashi、Suzuki Takanori
    • Journal Title

      Chemistry - An Asian Journal

      Volume: 17 Pages: e202200914

    • DOI

      10.1002/asia.202200914

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Redox‐Active Hydrocarbons: Isolation and Structural Determination of Cationic States toward Advanced Response Systems2022

    • Author(s)
      Harimoto Takashi、Ishigaki Yusuke
    • Journal Title

      ChemPlusChem

      Volume: 87 Pages: e202200013

    • DOI

      10.1002/cplu.202200013

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Single-Molecule Observation of Redox Reactions Enabled by Rigid and Isolated Tripodal Molecules2022

    • Author(s)
      Kobayashi Yuzu、Yokota Yasuyuki、Wong Raymond A.、Hong Misun、Takeya Jun、Osawa Saho、Ishiwari Fumitaka、Shoji Yoshiaki、Harimoto Takashi、Sugimoto Keisuke、Ishigaki Yusuke、Suzuki Takanori、Fukushima Takanori、Kim Yousoo
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 127 Pages: 746~758

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.2c07362

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Development of Electroswitchable Organic π-Systems with Near-Infrared (NIR) Absorptions: Control of HOMO/LUMO Levels Based on Unique Structures2023

    • Author(s)
      張本 尚, 鈴木 孝紀, 石垣 侑祐
    • Organizer
      日本化学会第103回春季年会
  • [Presentation] NIR-Absorbing Oligocations with [3]/[5]Acene: Redox Control of [n]Acene Structures Based on Integration of Quinodimethane Unit2022

    • Author(s)
      Takashi Harimoto, Takanori Suzuki, Yusuke Ishigaki
    • Organizer
      The 19th International Symposium on Novel Aromatic Compounds (ISNA19)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 電気化学的手法によるアセン類の創出とその動的構造制御2022

    • Author(s)
      張本 尚, 鈴木 孝紀, 石垣 侑祐
    • Organizer
      第33回万有仙台シンポジウム
  • [Presentation] 電気化学的刺激によるアセンの創出とその緻密な構造制御2022

    • Author(s)
      張本 尚, 鈴木 孝紀, 石垣 侑祐
    • Organizer
      第53回構造有機化学若手の会
  • [Presentation] オリゴキノジメタン誘導体の多電子酸化に基づく高次アセンの構築2022

    • Author(s)
      張本 尚, 鈴木 孝紀, 石垣 侑祐
    • Organizer
      第32回基礎有機化学討論会
  • [Presentation] Design and Synthesis of Organic π-Systems with Electroswitchable Near-Infrared (NIR) Properties2022

    • Author(s)
      張本 尚
    • Organizer
      第13回大津会議

URL: 

Published: 2023-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi