2013 Fiscal Year Annual Research Report
双極子配向を制御した有機結晶の作成と誘電性および複屈折性
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25288042
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
瀬高 渉 首都大学東京, 都市環境科学研究科, 准教授 (60321775)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山口 健太郎 徳島文理大学, 薬学部, 教授 (50159208)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 機能性有機分子 / 分子機械 / 有機典型元素 / 動的分子 / 構造有機化学 / 双極子配向制御 / 有機結晶 / 光学的性質 |
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| Research Abstract |
大規模カゴ型骨格の内部にπ電子系を架橋した分子を、結晶中でもπ電子系が１軸回転可能な「分子ジャイロコマ」として設計し、結晶内部の回転運動の観察とそれに由来する機能性について検討している。本年度は、双極子モーメントを有する回転子として、チオフェン環を架橋した分子を設計し、検討した。
チオフェン架橋分子ジャイロコマは、すでに報告済のベンゼン架橋体と同様に合成することができた。単結晶の構造解析をＸ線回折実験で行ったところ、個々の分子が回転軸を揃えてスタックした結晶構造をしていた。チオフェンには0.52 Dの双極子モーメントがあり、結晶内部での配向秩序に興味が持たれる。低温（200 K( = -73 ℃)）での構造解析の結果は、結晶全体として分極を打ち消すように隣接分子同士で5員環の向きが反対になるように整列していた。興味深いことに、温度上昇と共に相転移を伴って、結晶内部のチオフェン環の配向が変化し、285 K( = 12 ℃)以上では、配向無秩序化が観察された。さらに、この無秩序相ではチオフェン環が回転することや、結晶複屈折が変化する機能性を明らかにした。本研究成果は、化学専門誌上で報告した（Setaka, W.; Yamaguchi, K. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 14560-14563. ）。
また、類似の分子ジャイロ誘導体においてチオフェン環の酸化において、カゴ骨格の立体保護効果により、反応速度が顕著に遅くなることを報告した（Setaka, W.; Ohmizu, S.; Kira, M., Chem. Commun. 2014, 50, 1098-1100.）。
さらに、関連する分子ジャイロの合成や性質に関する論文発表２件(Org. Lett. およびOrg.Biomol.Chem.)を行い、分子ジャイロの合成法と結晶複屈折制御法の特許が計２件成立した（特許第5235927号、および特許第5274506号）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究の基盤となる、代表的化合物（チオフェン架橋分子ジャイロコマ）の合成法を確立し、構造解析や複屈折性の評価が行えることを確認し、論文として報告することができた。つまり研究法を確立した。この結果、次年度以降に検討している類似化合物の研究を実施できる見通しが立った。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究計画の最も基本的な化合物の合成法を研究法を確立することができた。今後は、この方法論を類似の周辺化合物の研究に適用して、研究を展開させていきたい。すなわち、チオフェンと同族の類縁体であるセレノフェンやフラン、およびそれらの酸化体について、双極子モーメントの大きさと構造・物性の相関を系統的に明らかにしていきたい。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
研究代表者が研究機関を異動しため、研究体制作りに時間を要し、消耗品に関わる物品費・人件費およびその他の支出が少なくなったため。
引き続き適正な執行に努める。
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