2016 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、基礎研究から応用研究につながる基盤研究までを展開している。
今年度は①において、ポルフィリンとフタロシアニンの異なる物性の起源であるメゾ位の元素の役割について検討を行い、これを酸素に置き換えた類縁体の合成を行った。ポルフィリン合成前駆体を用いることで目的分子の合成に成功し、環状の20π共役に起因した反芳香族性を示すことを明らかにした。これは③において、通常の芳香族ポルフィリンとは異なる集積体を形成すると期待できることから、現在検討を行っている。②では昨年度に合成したフタロシアニンの部分骨格からなるアザジピリン類縁体において、金属配位と水素結合による超分子ポリマー形成能について評価を行ったほか、新たな分子として、ポルフィリンとアザジピリンの複合体分子の合成も行っている。この新規分子はさまざまな酸化状態の遷移金属イオンを取り込むことが分かっており、現在、複核錯体の性質を利用した触媒反応開発を指向して、研究を展開している。③では配位高分子へと展開可能な分子の合成に成功しているので、次年度において配位高分子化に挑戦する。
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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
研究計画3年目の今年度は新たな分子の創出を行いつつ、昨年度までに合成した分子の物性研究も展開した。①では酸素を組み込んだ反芳香族性ポルフィリン類縁体に世界で初めて合成に成功したのに加えて、その珍しいヒュッケル反芳香族性と、それに起因した物性について解明を行うことができた。現在、理論研究をさらに進めているが、これまでに無いπ電子系であることから、重要な発見であると言える。②では当初計画の分子に加えて、今年度、新たにポルフィリンとアザジピリンの複合体の合成に成功しており、既存の分子系では例の少ない、配位金属の酸化状態に対応して、中性状態で価数が制御可能な配位子となり得ることを見いだしている。また本研究を進めるにあたり、結晶構造の情報は重要であるが、今年度は本研究の中心となる多くの分子の結晶構造解析に成功している。これは研究を進展させる上で大きな原動力となっている。最後に③においては昨年度に計画した分子の合成に成功し、最終目標の配位高分子化の手前まで達成することができている。
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 |
研究計画最終年度では、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、これまでに合成した分子の物性研究を主に展開し、各分子の研究において指向している応用研究、例えば、有機薄膜太陽電池、有機EL、有機触媒などへと展開していく。
①では研究計画3年目に見いだした含酸素ポルフィリン類縁体が珍しい20π班芳香族性を有していることを明らかにしているので、今後はこの特異な物性を活かした機能発現を試みる。
②においてはポルフィリンとアザジピリンの複合体において、金属複核錯体の合成が可能であり、金属中心の性質を利用した触媒への展開が期待できるので、これに挑戦する。
③は①②で物性研究を中心に展開するのとは異なり、最終年度も合成研究を主に行うが、できるだけ早期に合成研究を完了させて、その後の物性研究を進める。
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[Journal Article] Stacked antiaromatic porphyrins2016
Author(s)
Ryo Nozawa, Hiroko Tanaka, Won-Young Cha, Yongseok Hong, Ichiro Hisaki, Soji Shimizu, Ji-Young Shin, Tim Kowalczyk, Stephan Irle, Dongho Kim, Hiroshi Shinokubo
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 7
Pages: 13620
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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