Synthesis of boron-containing buckybowl
| Project/Area Number |
19K22184
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 33:Organic chemistry and related fields
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
廣戸 聡 京都大学, 人間・環境学研究科, 准教授 (30547427)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2021-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2019)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
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| Keywords | アルキン / バッキーボウル / ボロン / 歪曲 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究ではホウ素元素を含む曲面分子の合成を目指す。ホウ素元素は電子受容性やフッ素との親和性を示し、分子に組み込むことで優れた電子材料の創出に繋がる。曲面構造をもつ分子に組み込むことで、電子受容性を示す新たな炭素材料の創出が期待できる。さらに、電極や発光材料への応用が期待されるホウ素ドープ型の炭素材料におけるホウ素の役割の解明に繋がり、性能の更なる向上の手がかりになると期待できる。まずは、ホウ素元素を分子の骨格に組み込む手法を開発し、その上で分子を歪め、目的のホウ素含有曲面分子の合成を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではホウ素元素を含む曲面分子の合成を目的にしている。2019年度は想定ルートである、(1)アルキンを経由する合成ルートと(2)PAHを原料とし、環状化合物を経由する合成ルートの二経路の探索を行った。まず始めに鍵前駆体の合成を行った。種々検討を行ったが、既に報告されている類縁体の合成と同様の手法では、クロスカップリング反応の収率が低く、さらなる反応条件の検討が困難であった。そこで、ハロゲン置換基をもつ湾曲アルキンを合成した後、ヘテロ元素を導入する戦略に変更した。この戦略では、同一の出発原料から様々なヘテロ元素埋め込み型バッキーボウルの合成に繋げられると期待できる。種々検討した結果、3段階で効率的に前駆体まで合成できるルートを開拓した。しかし、合成した前駆体が各種スペクトル測定の結果、構造の制約に伴う異性体を有することが判明した。この前駆体の性質は更なる反応における収率の低下を予期するものであった。そこで、これらの結果を踏まえてさらに合成ルートを理論計算により検討した結果、より簡便な合成ルートの構築に成功した。今後、このルートに従って合成を進めていく予定である。
一方、PAHを経由するルートでは、溶解性向上のためアルキル基を導入したPAHを新たに合成し、クロスカップリングを行うことで、鍵環状化合物の前駆体までの合成経路を確立した。現在さらに反応を行っており、鍵前駆体である環状化合物の合成を達成する目前である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
年度末におけるコロナウイルスの感染拡大の影響により、当助成研究を共同して遂行する修士課程学生の予定や研究資材の遅れ等があり、2019年度後半における研究遂行予定に大幅な変更があった。また、本研究遂行で雇用予定であった、実験補助員の公募を行ったが本研究遂行に適切な人材の応募がなく、雇用して遂行することができなかった。また、研究計画当初想定していた鍵出発物質の合成が困難であると分かり、新たな合成経路を提案し遂行したことで、当初の計画よりやや遅れることとなった。しかし、新合成ルートは2019年度で明るみになった問題点が改善され、かつ、これまで検討した合成ルートにおけるノウハウを活かすものとなり、また、本助成で購入した小型有機溶媒精製装置により実験時間の大幅な短縮が見込めることから、2020年度における大幅な研究の促進ができると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度では、2019年度の合成経路を継承しつつ問題点を解決したジアルキンを前駆体とした新たな合成経路を検討する。また、それとともにピレンを基質とした歪曲環状化合物の合成および構造同定を行う。まず、確立した手法により、ジアルキンをもつ化合物を合成する。次に、アルキンへのsyn付加と分子内還元的カップリング反応を行うことで、ホウ素元素を導入する。例えば、BBr3との反応により連続的に反応が起こす。前駆体の構造を同定するとともに、安定性を評価する。得られた前駆体を最終的にクロスカップリング反応を行うことで目的物質の合成を実現したい。この研究において、中間体が空気中で取り扱いが困難であることが予想されるため、アルゴン雰囲気下で反応が行える、グローブボックスの導入を本助成金を用いて導入することを考えている。
またピレンを基質とした合成経路では、クロスカップリング反応を検討する。すでに実験を行っており、通常の条件では進行しなことを見出している。今後、温度などの反応条件を変更することで効率よく歪曲環状化合物が得られる条件を見出す。得られた化合物はいずれもX線構造解析によってその構造を明らかにするとともに、各種分光学測定によって曲面にホウ素元素が導入された効果を明らかにする。
以上の研究は研究代表者と本年度新たに採用した研修員とで進める予定である。
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Report
(1 results)
Research Products
(6 results)
