2014 Fiscal Year Research-status Report
“ポスト”クロスカップリング反応を基軸とする高分子半導体合成技術の開発
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25620094
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
神原 貴樹 筑波大学, 数理物質系, 教授 (90204809)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 高分子半導体 / 導電性高分子 / クロスカップリング反応 / 原子効率 / グリーンケミストリー / 直接的アリール化反応 / 分子軌道計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、直接的アリール化反応に基づく重縮合をπ共役高分子半導体のスタンダードな合成法として確立することを目的とする。
本年度は、まずビチアゾールを対象モノマーとして、種々の特性を示すπ共役高分子半導体の合成に取り組んだ。合成の結果、ビチアゾールは、カップリングパートナーとして電子ドナー性の強い芳香族モノマーを用いた場合、電子アクセプターとして働き、電子アクセプター性の強い芳香族モノマーを用いた場合には、弱い電子ドナーとして働くことがわかった。これにより、種々のドナー－アクセプター型π共役ポリマーが得られた。また、ナフタレンジイミドを導入して合成したポリマーを実際に有機デバイスに実装して素子特性評価を行った。その結果、強いアクセプター性のナフタレンジイミドの導入により、このポリマーはデバイス素子中でｎ型半導体として機能することを明らかにした。
カップリングパートナーの選択指針を明らかにするために、分子軌道計算を取り入れて、重合反応におけるフルオレン誘導体の脱プロトン化・メタル化の反応素過程における活性化エネルギーの計算を行った。その結果、フルオレン誘導体のC-H結合はこの反応における活性化エネルギーが高く、重合反応では望まない副反応が抑えられることが明らかとなった。この計算結果は、重合反応の結果とも相関性が見られており、本重合におけるモノマーの選択において、貴重な手段となることが示された。
さらに、カップリングパートナーとなるフルオレン誘導体の臭素化反応と直接的アリール化反応を連続して１つの反応容器で行う新たな合成手法を見出した。これによって、カップリングパートナーとなるジハロゲン化芳香族モノマーの合成・精製ステップを簡略化でき、高分子半導体の製造プロセスとして有用であることを明らかにした。
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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
本重縮合がｐ型高分子半導体だけでなく、ｎ型高分子半導体の合成にも適用可能であることを明らかにできた点は、π共役高分子半導体のスタンダードな合成法として確立する上で重要な知見と捉えている。今後さらに広範な芳香族モノマーについて検討を進めることで、多彩なπ共役高分子半導体を設計・合成する手段として確立できるものと考えられる。また、学外研究協力者の指導の下で、分子軌道計算を行い、カップリングパートナーの反応性を評価できた点は大きな進展といえる。今後対象モノマーを広げることで、実験と計算の両面からモノマーの予測手段を確立する目途が立つものと判断される。一方、臭素化反応と直接的アリール化反応を連続して行う合成手法の開発は、産業界に有用な知見を提供できる。この合成法では、モノマーの単離精製を行わないために合成プロセスが大幅に簡略化される。従って、高分子半導体の製造プロセスの構築において、コストとグリーンケミストリーの両方の観点から大きなメリットとなるものと判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
過去２年の成果に基づき、さらに種々の芳香族モノマーを対象とした重合実験と分子軌道計算の両面から探索試験研究を進め、この重合法が適用できる芳香族モノマーの更なる拡張を図る。特に、高分子半導体として注目度の高い芳香族モノマーの重合を検討し、本重縮合法をπ共役高分子半導体のスタンダードな合成法として確立する。また、できるだけ簡便な操作で高純度・高分子量のπ共役高分子を合成するための手段の確立を図るとともに、デバイスに実装して特性評価を行う。これらのデータを整理して示すことで、本重合反応の特長を明らかにするとともに、社会ニーズに合致した高分子半導体材料の開発手段としての意義を明確にする。
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Research Products
(14 results)
