反芳香環の特性を活用した両極性有機半導体の開発

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24655036
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: 西長 亨 首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (30281108)
• Keywords: 電界効果トランジスタ / 両極性半導体 / シクロオクタテトラエン / 反芳香族性

Research Abstract

先に我々は、中央に平面シクロオクタテトラエン（COT）構造を有する環状チオフェン四量体がCOT環の反芳香族性に由来する高いHOMOと低いLUMOレベルを持つ分子であるということを見出した。本研究では、この特異な現象を活用し、種々の置換基をもつ環状チオフェン四量体のHOMOおよびLUMOの準位を理論計算を用いて予測し、電界効果トランジスタ（FET)において、p型にもn型にもふるまう両極性の半導体となりうる分子の候補を絞り込み、実際に合成してその半導体特性を検討した。その結果、放射状に４個のトリイソプロピルシリルエチニル基をもつ誘導体において、その単結晶のFET素子が高い移動度をもつ両極性半導体になることを見出した。一方、４個のアルキルチエニル基をもつ誘導体では、THF溶液中で自己会合することを明らかにし、さらに、この分子のオリゴマー化およびポリマー化に向け、チエニル基が２個のみ導入された非対称な環状チオフェン四量体ユニットの合成経路を探索し、その合成にも成功した。また、チオフェンの縮環数を２個減らした新規平面COT体の合成にも成功し、このCOT環が環状チオフェン四量体のCOT環よりさらに高い反芳香族性を示し、狭いHOMO-LUMOギャップを有する分子であることも見出し、反芳香族性を活用する新規両極性半導体の新たな骨格を創出することができた。

Research Products

• [Journal Article] Multifunctional π-Expanded Macrocyclic Oligothiophene 6-Mers and Related Macrocyclic Oligomers (2014)
  • Author(s): M. Iyoda, K. Tanaka, H. Shimizu, M. Hasegawa, T. Nishinaga, T. Nishiuchi, Y. Kunugi, T. Ishida, H. Otani, H. Sato, K. Inukai, K. Tahara, Y. Tobe
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc Volume: 136 Pages: 2389-2396
  • DOI: 10.1021/ja4101744
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Donor-Acceptor Segregated Paracyclophanes Composed of Naphthobipyrrole and Stacked Fluoroarenes (2013)
  • Author(s): Masayoshi Takase, Ayumi Inabe, Yuki Sugawara, Wataru Fujita, Tohru Nishinaga, Kotohiro Nomura
  • Journal Title: Org. Lett. Volume: 15 Pages: 3202-3205
  • DOI: 10.1021/ol400882q
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pyrrole-Fused Azacoronene Family: The Influence of Replacement with Dialkoxybenzenes on the Optical and Electronic Properties in Neutral and Oxidized States (2013)
  • Author(s): M. Takase, T. Narita, W. Fujita, M. S. Asano, T. Nishinaga, H. Benten, K. Yoza, K. Müllen
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc Volume: 135 Pages: 8031-8040
  • DOI: 10.1021/ja402371f
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dithieno[3,4-b:3’,4’-d]thiophene-Annelated Antiaromatic Planar Cyclooctatetraene with Olefinic Protons (2013)
  • Author(s): K. Aita, T. Ohmae, M. Takase, K. Nomura, H. Kimura, T. Nishinaga
  • Journal Title: Org. Lett. Volume: 15 Pages: 3522-3525
  • DOI: 10.1021/ol401125f
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of Substituents on the Structure, Stability, and π-Dimerization of Dithienylpyrrole Radical Cations (2013)
  • Author(s): T. Nishinaga, T. Kageyama, M. Koizumi, K. Ando, M. Takase, M. Iyoda
  • Journal Title: J. Org. Chem. Volume: 78 Pages: 9205-9213
  • DOI: 10.1021/jo401453s
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 反芳香族COT環を持つ環状テトラチオフェンのオリゴマー化 (2014)
  • Author(s): 中所亮輔, 相田一成, 高瀬雅祥, 野村琴広, 西長 亨
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 20140327-20140330
• [Presentation] 新奇オリゴチオフェン類の設計・合成と機能化 (2013)
  • Author(s): 西長 亨
  • Organizer: 第７回有機π電子系シンポジウム
  • Place of Presentation: 高崎
  • Year and Date: 20131213-20131214
  • Invited
• [Presentation] Self-Association and its Steric Control of Cationic Oligothiophenes (2013)
  • Author(s): Tohru Nishinaga
  • Organizer: 2013 ACS National Meeting
  • Place of Presentation: Indianapolice, IN
  • Year and Date: 20130908-20130910
  • Invited
• [Presentation] Dithieno[3,4-b:3’,4’-d]thiophene-annelated antiaromatic planar cyclooctatetraene with olefinic protons (2013)
  • Author(s): T. Nishinaga, K. Aita, T. Ohmae, M. Takase, K. Nomura, H. Kimura
  • Organizer: 15th International Symposium on Novel Aromatic Compounds
  • Place of Presentation: Taipei
  • Year and Date: 20130728-20130802
• [Presentation] Self-Association and its Steric Control of Cationic Oligothiophenes (2013)
  • Author(s): Tohru Nishinaga
  • Organizer: 2013 Physical Organic Chemistry Gordon Research Conference
  • Place of Presentation: Plymouth, NH
  • Year and Date: 20130623-20130627
  • Invited