芳香族カップリング反応による単結合生成を鍵とした新規多環式芳香族化合物の合成

• 研究課題/領域番号: 12J02319
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 有機化学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 松野 太輔 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 助教
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 2,700千円 (直接経費: 2,700千円); 2014年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2013年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2012年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
• キーワード: 多環式芳香族化合物 / 単層カーボンナノチューブ / 分子ピーポッド / 芳香族カップリング反応 / 幾何学的指標 / らせん型分子 / 自己集積 / 光触媒反応 / 有限長カーボンナノチューブ / C-Hホウ素化反応

研究実績の概要

本年度は，前年度までにその合成，分離，構造決定に成功したナノカーボンモデル分子に関して，(1) ナノカーボンモデル分子の構造の多様化，(2) 物性・構造のさらなる解析に主眼をおき研究を進める計画であった．本年度は，(1) 及び (2) の両面に関連する成果として，「π伸長した分子ピーポッド」の構築と構造解析を行った．前年度に合成を達成したπ系伸長有限長カーボンナノチューブ分子，[4]シクロ-2,8-アンタントレニレン（[4]CA）とフラーレンからなるπ系伸長分子ピーポッドの構造と熱力学パラメータの解析を行い，チューブ長の伸長が会合挙動に与える影響を明らかにした．会合のエンタルピー変化は[4]CCと比較して負に大きな値となった．各種構造解析の結果，これはπ系の伸長によるC-C接触面積の増大，及びアルキル基とフラーレンのCH-π相互作用によるものであることが示唆された．また一方でCH-π相互作用によりアルキル基の配座が制限されることでエントロピー変化は負の値となり，会合定数と自由エネルギー変化は[4]CCとほぼ同等の値に留まった．ナノチューブ末端部の化学構造が内包挙動に際して重要な役割を果たすことを示すと同時に，超分子会合体の分子デザインに重要な示唆を与える結果であると考えている．さらにX線結晶構造解析及びNMR解析により，チューブ内部は非常に滑らかな表面をもち，内部のフラーレンが自由に回転していることを明らかにした．本研究によって，これまでに実験的検討がなされてこなかったカーボンナノチューブピーポッド形成における構造-熱力学相関に関する重要な知見が得られたものと考えている．

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Moleculrar recognition in curved π-systems: Effects of π-lengthening of tubular molecules on structures and thermodynemics (2015)
  • 著者名/発表者名: Matsuno Taisuke, Sato Sota, Iizuka Ryosuke, Isobe Hiroyuki
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: 6 号: 2 ページ: 909-916
  • DOI: 10.1039/c4sc02812k
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Geometric measures of finite carbon nanotube molecules : A proposal for length index and filline indexes (2014)
  • 著者名/発表者名: Matsuno, T. ; Naito, H. ; Hitosugi, S. ; Sato, S. ; Kotani, M. ; Isobe, H.
  • 雑誌名: Pure and Applied Chemistry 巻: 86 ページ: 489-495
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bottom-up synthesis and structures of π-lengthened tubular macrocycles (2013)
  • 著者名/発表者名: Matsuno, T. ; Kamata, S. ; Hitosugi, S. ; Isobe, H.
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: 4 号: 8 ページ: 3179-3183
  • DOI: 10.1039/c3sc50645b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cu(dap)_2Cl as efficient visible-light-driven photoredox catalyst in carbon-carbon bond-forming reactions (2012)
  • 著者名/発表者名: Michael Pirtsch, Suva Paria, Matsuno, Taisuke, Isobe Hiroyuki, Oliver Reiser
  • 雑誌名: Chemistry-A European Journal 巻: 18 号: 24 ページ: 7336-7340
  • DOI: 10.1002/chem.201200967
  • 査読あり
• [雑誌論文] 2,11-Dibromo-5,8-dibutyl[4]helicene (2012)
  • 著者名/発表者名: Isobe Hiroyuki, Matsuno, Taisuke, Hitosugi Shunpei, Nakanishi Waka
  • 雑誌名: Acta Crystallographica Section E: Structure Reports Online 巻: E68 号: 4 ページ: o1239-o1239
  • DOI: 10.1107/s1600536812013141
  • 査読あり
• [学会発表] 湾曲π電子系における分子認識： π伸長した分子ピーポッドにおける分子構造と熱力学 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松野太輔，佐藤宗太，飯塚亮介，磯部寛之
  • 学会等名: 日本化学会第95回春季年会
  • 発表場所: 日本大学 理工学部船橋キャンパス／薬学部
  • 年月日: 2015-03-26
• [学会発表] Molecular recognition in curved π-systems: Effects of π-lengthening of tubular molecules on thermodynamics and structures (2014)
  • 著者名/発表者名: Matsuno, T.; Sato, S.; Iizuka, R.; Isobe, H.
  • 学会等名: International Symposium on the Synthesis and Application of Curved π-Molecules and Materials (CURO-π)
  • 発表場所: 京都大学宇治おおばくプラザ
  • 年月日: 2014-10-19
• [学会発表] π伸長した分子ピーポッドの熱力学と構造 (2014)
  • 著者名/発表者名: Matsuno, T.; Sato, S.; Iizuka, R.; Isobe, H.
  • 学会等名: 新学術領域「動的秩序と機能」第1回若手研究会
  • 発表場所: ラフォーレ蔵王
  • 年月日: 2014-09-28
• [学会発表] Bottom-up Synthesis of π-Lengthened Finite Single-Wall Carbon Nanotube Molecules and Proposal of New Geometric Descriptors (2014)
  • 著者名/発表者名: Matsuno, T.; Kamata, S.; Hitosugi, S.; Naito, H.; Sato, S.; Kotani, M.; Isobe, H.
  • 学会等名: NIMS Conference 2014
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2014-07-02
• [学会発表] π伸長した有限長単層カーボンナノチューブ分子のボトムアップ化学合成と新しい幾何学的指標の提案 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松野太輔，鎌田翔，一杉俊平，内藤久資，佐藤宗太，小谷元子，磯部寛之
  • 学会等名: 第25回記念万有仙台シンポジウム
  • 発表場所: 仙台国際センター
  • 年月日: 2014-06-14
• [学会発表] π伸長した有限長単層カーボンナノチューブ分子のボトムアップ化学合成とその構造 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松野太輔, 鎌田翔, 一杉俊平, 磯部寛之
  • 学会等名: 第28回有機合成化学若手研究者の仙台セミナー
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2013-12-07
• [学会発表] π伸長した有限長単層カーボンナノチューブ分子のボトムアップ化学合成とその構造 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松野太輔, 鎌田翔, 一杉俊平, 磯部寛之
  • 学会等名: 平成25年度化学系学協会東北大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2013-09-28
• [学会発表] π伸長した有限長単層カーボンナノチューブ分子のボトムアップ化学合成とその構造 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松野太輔, 鎌田翔, 一杉俊平, 磯部寛之
  • 学会等名: 第24回基礎有機化学討論会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2013-09-06
• [学会発表] π伸長した有限長単層カーボンナノチューブ分子のボトムアップ化学合成とその構造 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松野太輔, 鎌田翔, 一杉俊平, 磯部寛之
  • 学会等名: 第45回 フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2013-08-05
• [学会発表] 有限長単層カーボンナノチューブ分子のらせん型選択的合成 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松野太輔, 鎌田翔, 一杉俊平, 磯部寛之
  • 学会等名: 日本化学会第93回春季年会
  • 発表場所: 草津
  • 年月日: 2013-03-22
• [備考]
  • URL: http://www.orgchem2.chem.tohoku.ac.jp/