2013 Fiscal Year Annual Research Report
前駆体法を利用したπ共役拡張芳香族化合物の機能開拓
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25288092
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
山田 容子 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 教授 (20372724)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
荒谷 直樹 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 准教授 (60372562)
葛原 大軌 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 助教 (00583717)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 機能性有機材料 / ペンタセン / TTF / BODIPY / イソインドール / 有機半導体材料 / 発光材料 |
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| Research Abstract |
本研究は『前駆体法』を駆使して、①π系が大きく酸化されやすいアセン系化合物の合成；②溶解度が低いために合成が困難な複素環化合物の新規合成ルートの開拓；③前駆体に光や熱の外部刺激を与えることで発光や半導体特性などの物理特性を発現する潜在性機能材料の開発；に関する合成研究を包括的に行い、機能性材料の開発へと展開することお目的として実施している。
①6,6’-ペンタセンダイマーはペンタセン同士が直交しているにもかかわらず、有機半導体特性を有することが報告されている。しかし、ペンタセンの酸素不安定性により、その官能基変換は容易ではない。我々は熱変換前駆体法を利用して、ペンタセンキノイドダイマー前駆体を合成しそこを出発点にその官能基変換に成功した。また熱変換によるπ共役拡張に成功し、ペンタセンダイマーの合成とX線結晶構造解析による構造決定に成功した。
②我々は、2011年にオルトジピロリルベンゼンを酸処理したところ、イソインドール骨格を有する化合物の新規合成法をみいだした。そこで本年度はこの合成法の適用範囲を拡大するために、電子受容性基を有する化合物の合成やピリジン骨格を含む化合物の合成を行い、縮環反応の位置選択制について検討した。またテトラセン縮環テトラチアフルバレン(TTF)は、化合物の性質を調べるために、まず溶媒に可溶な化合物を合成し、基礎物性を明らかにした。
③ペンタセンとテトラアルキルペンタセンのαジケトン前駆体からの薄膜中の光変換過程をAFMで追跡し、その結晶成長過程に対する置換基効果を明らかにした。また有機EL材料である置換テトラセンの光変換前駆体を合成し、光照射による構造変化に伴う発光強度の劇的な増加に成功した。
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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
①π系が大きく酸化されやすいアセン系化合物の合成
計画通りにペンタセンダイマーの合成と構造解析に成功し、論文として発表した。
②溶解度が低いために合成が困難な複素環化合物の新規合成ルートの開拓
含窒素アセンの新規合成は計画通りに進んだ。含硫黄アセンの合成は、溶解度向上のために置換基を導入したものの、最終生成物を合成し、物性を評価するとともに論文を執筆し、アクセプトされた。次に計画書記載の化合物の合成に着手し、最終生成物の２段階前まで合成が進んでいる。
③前駆体に光や熱の外部刺激を与えることで発光や半導体特性などの物理特性を発現する潜在性機能材料の開発
ペンタセンの光変換前駆体の薄膜中の光変換に関する置換基効果については予定通りに研究がすすみ、論文として発表した。置換テトラセンの光変換による発光強度制御についても論文として発表した。また、BODIPYの発光特性制御についても合成と分光特性の評価は終了し、論文執筆中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
①π系が大きく酸化されやすいアセン系化合物の合成
前年度のペンタセンダイマーの合成とテトラアルキルペンタセンの合成をもとに、ペンタセンダイマーへの置換基導入と電子状態のコントロールを試みる。またペンタセン縮環ダイマーの合成も引き続き検討する。
②溶解度が低いために合成が困難な複素環化合物の新規合成ルートの開拓，及び
③前駆体に光や熱の外部刺激を与えることで発光や半導体特性などの物理特性を発現する潜在性機能材料の開発
チオフェン縮環アセンは有機半導体材料として期待されている。しかし溶媒に対する溶解度が低いために溶液塗布のためには比較的大きな置換基の導入が求められる。一方半導体特性の発現には、置換基の数や構造が大きく影響する。とくに、基板上にface-on配向するかedge-on配向するかによって、それぞれ有機薄膜太陽電池や有機FETなどへの適性が異なるが、置換基はその配向に大きく影響する。そこで、光変換前駆体法を用いた溶液塗布可能なチオフェン縮環アセンの合成と、薄膜構造と半導体特性の相関を検討する。
また前年に引き続き、熱変換前駆体法を利用した無置換のテトラセン縮環TTFの合成を行う。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
当初より基金化を予定していたが、次年度に高額なBuckeyprepカラムの購入が必要となった（192万円）ため、今年度の基金分を次年度以降の消耗品とカラムの購入に用いることとした。
フラーレンなどの芳香族化合物の分離に必要なBuckeyprepカラムを購入（192万円）し、化合物精製の速度を加速する。
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[Journal Article] Synthesis and optical reactivity of 6,13-a-diketoprecursors of 2,3,9,10-tetraalkylpentacenes in solution, film and crystals2014
Author(s)
S. Katsuta, H. Saeki, K. Tanaka, Y. Murai, D. Kuzuhara, M. Misaki, N. Aratani, S. Masuo, Y. Ueda, H. Yamada
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Journal Title
J. Mater. Chem. C
Volume: 2
Pages: 986-993
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] η5-Cyclopentadienyl-Iron(II)-[14]Triphyrin(2.1.1) Sandwich Compounds: Synthesis, Characterization, and Stable Redox Interconversion2013
Author(s)
Z. Xue, D. Kuzuhara, S. Ikeda, Y. Sakakibara, K. Ohkubo, N. Aratani, T. Okujima, H. Uno, S. Fukuzumi, H. Yamada
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Journal Title
Angew. Chem. Int. Ed.
Volume: 52
Pages: 7306-7309
DOI
Peer Reviewed
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