2015 Fiscal Year Annual Research Report
ポルフィリン・フタロシアニンの特性を活かした機能性分子の創出とその集積化法の開発
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26708003
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
清水 宗治 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70431492)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ポルフィリン / フタロシアニン / BODIPY / 光物性 / 複合材料・物性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、光学材料・有機半導体材料として、現代社会の諸問題の解決・改善を指向して広く研究がなされている機能性分子であるポルフィリンおよびフタロシアニンの応用研究に利用可能な潜在的な分子物性を引き出すべく、①ポルフィリンおよびフタロシアニンの特性を活かした機能性分子の創出および物性解明、②ポルフィリンおよびフタロシアニンの機能性に関与している部分骨格を基盤とした機能性分子の創出と物性解明、③ポルフィリンおよびフタロシアニンの集積化法の開発と物性発現において、基礎研究から応用につながる基盤研究までを展開する。
研究二年目である本年度は①においては特異なメビウス構造を有するフタロシアニン類縁体の各種温度可変NMRおよび吸収スペクトル解析によるメビウス芳香族性の評価を行った。またフタロシアニン類縁体では分子骨格に直交する置換基による立体障害の影響が小さいことを利用して、超分子相互作用を利用した分子配列制御と超分子集積体の構築について検討を行った。
②ではポルフィリン・フタロシアニンの部分骨格を有する新規aza-BODIPY類縁体を合成し、その金属配位能と水素結合能の両方を活かすことで、超分子ポリマーの創出を試みた。
③については①で得られた知見を基に、配位高分子へと展開可能な分子設計指針を得ることができ、次年度にて合成研究を行う。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
今年度は初年度に合成あるいは分子骨格の探索したものについて、さらに合成研究を進めた。①では、研究例の少ない環拡張フタロシアニン類縁体の合成研究を行い、特異な芳香族性を示しうるメビウス構造を持つ分子を始めとして、いくつかの新規分子の合成および、それらの物性研究を展開した。各種温度可変NMRおよび吸収スペクトル測定から、弱いながらも環状π共役系特有の性質を示すことを見出しつつあるが、ポルフィリンと比べると弱いことが分かった。これは柔軟な分子構造およびフタロシアニン系では本質的に芳香族性の寄与が小さいことが原因であると考察している。このことから新たな分子設計の指針として、金属錯化による分子骨格の固定化や外周部のベンゼン縮環の除去などが得られた。またフタロシアニン類縁体では置換基による立体障害の影響が小さいことから、分子の積層が容易であることを利用して、いくつかの配向制御型のナノ分子ワイヤや超分子集積型のナノ分子ワイヤの創出に成功した。今後はこれらの分子ワイヤとしての機能性の評価を行っていく。
②では新たな研究シーズとして金属配位部位と水素結合部位の両方を有する新規aza-BODIPY類縁体を合成することに成功した。これは種々の遷移金属イオンとの錯形成により、一次元の超分子ポリマーを形成することを見出しており、現在、NMR、結晶構造解析などで同定を進めている。将来的には常磁性金属イオンの配位により、その磁気特性について検討を行う。
③では①で見出したジチオラート部位を有するフタロシアニン類縁体が、外部配位集積型素子として有用であるという分子設計指針を得ている。この研究テーマでは簡便に合成可能で、容易に集積化できる分子設計指針を得ることが重要であったことから、大きな進展が得られたと言える。
以上のことから、全体として当初の計画以上に進展していると評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はこれまでの結果を基にさらに分子設計を進め、①ポルフィリン・フタロシアニンの特性を活かした機能性分子の創出および物性解明、②ポルフィリン・フタロシアニンの機能性に関与している部分骨格を基盤とした機能性分子の創出と物性解明、③ポルフィリン・フタロシアニンの集積化法の開発と物性発現において、本研究の基盤となる分子の合成研究および物性解明を進め、各応用研究に資する分子材料の創出を指向した研究を展開する。
①では今年度見出した新規フタロシアニン類縁体および超分子集積体の物性研究に加えて、初年度に見出したCPL特性に優れた分子から得られた分子設計に従って、さらに合成研究を行う。
②では前述の通りaza-BODIPY類縁体の配位高分子および水素結合を用いた超分子ポリマーについて構造体の同定および光・電気物性について、各種測定を行い、評価する。
③ではMOF構築の前段階として、ジチオラート部位を有するフタロシアニン類縁体を用いて、配位結合で形成する分子シートの創出を今年度は行う。分子シートはグラフェンに代表されるように、凝集体としての物性評価は行われているが、単一のシートとしての物性に関してはほとんどなされていない。フタロシアニンの中心金属に可溶性の置換基を導入することで、単一シートとしての物性評価を目指す。
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