2022 Fiscal Year Annual Research Report
水素結合でネットワーク化した2次元有機結晶の積層による2.5次元物質創成
Publicly Offered Research
| Project Area | Science of 2.5 Dimensional Materials: Paradigm Shift of Materials Science Toward Future Social Innovation |
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| Project/Area Number |
22H05461
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
久木 一朗 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (90419466)
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| Project Period (FY) |
2022-06-16 – 2024-03-31
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| Keywords | 水素結合 / 有機結晶 / ヘキサゴナルネットワーク / トポロジー / 分子積層 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、電子物性を自在に設計できるパイ共役系有機分子を水素結合によってネットワーク化した単層および複層の結晶性2次元構造を構築し、グラフェンや金属酸化物の薄膜との複合材料へと展開して2.5次元物質科学の発展に貢献することである。結合の形成と解離が可逆的な非共有結合性の水素結合を用いて分子をネットワーク化することによって、構造欠陥の少ない結晶性分子層を構築できるが、自立した薄膜として取り出すことが困難である。より丈夫な水素結合ネットワークシート構造を構築するために、本年度は分子内の４か所、６か所、および８か所にカルボキシ基を有するビルディングブロック分子の合成を検討した。まず、３回対称性の３角形状π共役環状構造の各頂点に２つのカルボキシ基をもつ分子を、分子内に末端アセチレンとヨウ化アリール部位をもつ前駆体をPd(0)触媒を用いた薗頭・萩原クロスカップリング反応による環化３量化によって低収率ながら合成・単離することに成功した。さらにこの環状分子を結晶化することによって、分子が２次元状に水素結合したシートの積層構造を得た。この積層構造からのシートの剥離について検討中である。また、８か所にカルボキシ基を有する分子を、４か所に同基をもつ分子の２量化によって合成することを計画し、まず化学的に構造変換可能な置換基を5,6位に有する1,2,3,4-テトラキス(4-メトキシカルボニルフェニル)ベンゼン誘導体の合成を行った。現在、２量化による奥田カルボン酸誘導体の合成を行っている。一方、原料の加水分解により得られるテトラカルボン酸もまた、水素結合により分子が連結した１次元リボン状のネットワーク構造を形成することが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
ビルディングブロック分子の合成とそれを用いた２次元層状構造の構築については、おおむね順調に推移している。一方、２次元物質との複合化による新たな展開を行うための共同研究については依然として検討中であり、予定よりも遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在合成を行っているオクタカルボン酸をはじめとする一連の分子群の合成とそれを用いた水素結合性ネットワーク構造の構築を引き続き推進するとともに、特に２次元無機材料を扱う領域研究者との共同研究を開始することによって、本領域に貢献する。
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Research Products
(11 results)
