繰り返し構造秩序の制御を可能にする酸化クロスカップリング重合法の開発

• 研究課題/領域番号: 17H03063
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 高分子化学
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 神原 貴樹 筑波大学, 数理物質系, 教授 (90204809)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円); 2020年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2019年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2018年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2017年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円)
• キーワード: 高分子合成 / 有機金属化学 / クロスカップリング反応 / 高分子半導体 / 構造制御

研究成果の概要

本研究は、２種類の異なる芳香族モノマーのC-H結合を直接反応点としてC-C結合形成を進行させる、酸化クロスカップリング反応に基づいた高分子半導体の合成技術を開発することを目的とした。同種モノマー同士のホモカップリング反応の併発を抑制し、得られる高分子半導体の繰り返し構造秩序を制御するために、モノマー設計と助触媒の利用の2つの観点から重合反応を精査した。これらの最適化により、π共役高分子半導体を合成するステップ数を低減化させるとともに、主な副生成物は無害な水となり、省資源で低環境負荷な重合が実現された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

有機薄膜太陽電池や有機EL素子などの有機電子光デバイスは、ウェアラブル端末開発やエネルギー問題解決の一翼を担うべく、精力的な研究開発が進められている。これらのデバイスを社会に普及させるためには、実用化を視野に入れた製造技術の検討が必要とされる。本研究の合成技術は合成工程数を減らすとともに、副生成物の低毒化や精製処理の軽減化が可能となることから、簡便で環境に優しい高分子半導体の合成技術として産業界並びに社会に大きく貢献しうる。

研究成果

• [雑誌論文] Step-economical synthesis of conjugated polymer materials composed of three components: donor, acceptor, and π units (2021)
  • 著者名/発表者名: Junpei Kuwabara and Takaki Kanbara
  • 雑誌名: Macromol. Rapid Commun. 巻: 42 号: 9 ページ: 2000493-2000493
  • DOI: 10.1002/marc.202000493
  • 査読あり
• [雑誌論文] Air-stable Pd(0) catalyst bearing dual phosphine ligands: a detailed evaluation of air stability and catalytic property in cross-coupling reactions (2020)
  • 著者名/発表者名: Ryota Sato, Takaki Kanbara, and Junpei Kuwabara
  • 雑誌名: Dalton Trans. 巻: 49 号: 36 ページ: 12814-12819
  • DOI: 10.1039/d0dt02744h
  • 査読あり
• [雑誌論文] Facile Access to Conjugated Polymers under Aerobic Conditions via Pd-Catalyzed Direct Arylation and Aryl Amination Polycondensation (2020)
  • 著者名/発表者名: Xi Chen, Akito Ichige, Junhui Chen, Iori Fukushima, Junpei Kuwabara, Takaki Kanbara
  • 雑誌名: Polymer 巻: 207 ページ: 122927-122927
  • DOI: 10.1016/j.polymer.2020.122927
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of an Air-Stable Pd(0) Catalyst Bearing Donor and Acceptor Phosphine Ligands (2020)
  • 著者名/発表者名: Ryota Sato, Takaki Kanbara, and Junpei Kuwabara
  • 雑誌名: Organometallics 巻: 39 号: 2 ページ: 235-238
  • DOI: 10.1021/acs.organomet.9b00646
  • NAID: 120007132679
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanistic Study of Pd/Ag-Dual Catalyzed Cross Dehydrogenative Coupling of Perfluoroarenes with Thiophenes (2020)
  • 著者名/発表者名: Yuto Shimoyama, Junpei Kuwabara, Takaki Kanbara
  • 雑誌名: ACS Catal. 巻: 10 号: 5 ページ: 3390-3397
  • DOI: 10.1021/acscatal.9b05326
  • NAID: 120007127594
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of Conjugated Polymers via Direct C_H/C_Cl Coupling Reactions Using a Pd/Cu Binary Catalytic System (2019)
  • 著者名/発表者名: Junpei Kuwabara, Wataru Tsuchida, Shuyang Guo, Ziwei Hu, Takeshi Yasuda, and Takaki Kanbara
  • 雑誌名: Polym. Chem. 巻: 10 号: 18 ページ: 2298-2304
  • DOI: 10.1039/c9py00232d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of Conjugated Polymer Consisting of Three-Component Aromatic Units via Two-Step Cross-Dehydrogenative-Coupling Reactions (2019)
  • 著者名/発表者名: Chie Tanaka, Junpei Kuwabara, Takeshi Yasuda, Takaki Kanbara
  • 雑誌名: Synth. Met. 巻: 254 ページ: 180-183
  • DOI: 10.1016/j.synthmet.2019.06.014
  • NAID: 120007127858
  • 査読あり
• [雑誌論文] Organic Light-Emitting Diodes Using Octafluorobiphenyl-Based Polymer Synthesized by Direct C－H/C－H Cross Coupling Reaction (2018)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Yasuda, Hideaki Aoki, Junpei Kuwabara, and Takaki Kanbara
  • 雑誌名: Journal of Photopolymer Science and Technology 巻: 31 号: 3 ページ: 323-327
  • DOI: 10.2494/photopolymer.31.323
  • NAID: 130007481498
  • ISSN: 0914-9244, 1349-6336
  • 年月日: 2018-06-25
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Synthesis of Polyfluoro Arylene‐Based Poly(arylenevinylene)s via Pd‐Catalyzed Dehydrogenative Direct Alkenylation (2018)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Saito, Junpei Kuwabara, Takeshi Yasuda, and Takaki Kanbara
  • 雑誌名: Macromol. Rapid Commun. 巻: 39 号: 18 ページ: 1800414-1800414
  • DOI: 10.1002/marc.201800414
  • 査読あり
• [雑誌論文] Facile Synthesis of Thienopyrroledione-Based π-Conjugated Polymers via Direct Arylation Polycondensation under Aerobic Conditions (2018)
  • 著者名/発表者名: Akito Ichige, Hitoshi Saito, Junpei Kuwabara, Takeshi Yasuda, Jun-Chul Choi, and Takaki Kanbara
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 51 号: 17 ページ: 6782-6788
  • DOI: 10.1021/acs.macromol.8b01289
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of bithiazole-based semiconducting polymers via Cu-catalysed aerobic oxidative coupling (2018)
  • 著者名/発表者名: Alanna Faradhiyani, Qiao Zhang, Keisuke Maruyama, Junpei Kuwabara, Takeshi Yasuda, and Takaki Kanbara
  • 雑誌名: Mater. Chem. Front. 巻: 2 号: 7 ページ: 1306-1309
  • DOI: 10.1039/c7qm00584a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Facile Synthesis of π-Conjugated Polymers via Direct Arylation Polycondensation (2018)
  • 著者名/発表者名: Junpei Kuwabara, Takaki Kanbara
  • 雑誌名: Bull. Chem. Soc. Jpn., 巻: 92 号: 1 ページ: 152-161
  • DOI: 10.1246/bcsj.20180249
  • NAID: 130007578609
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Synthesis of Conjugated Polymers Containing Octafluorobiphenylene Unit via Pd-Catalyzed Cross-Dehydrogenative-Coupling Reaction (2017)
  • 著者名/発表者名: Aoki Hideaki、Saito Hitoshi、Shimoyama Yuto、Kuwabara Junpei、Yasuda Takeshi、Kanbara Takaki
  • 雑誌名: ACS Macro Lett. 巻: 7 号: 1 ページ: 90-94
  • DOI: 10.1021/acsmacrolett.7b00887
  • 査読あり
• [学会発表] Pd/Ag二元触媒によるナフタレンとポリフルオロアレーン類の脱水素型クロスカップリング反応 (2021)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 亮太、桑原 純平、神原 貴樹
  • 学会等名: 日本化学会 第101春季年会
• [学会発表] 脱水素型クロスカップリング反応に基づく共役高分子の合成とその制御 (2020)
  • 著者名/発表者名: 神原 貴樹
  • 学会等名: 第69回高分子討論会
• [学会発表] アルキンのヒドロアリール化反応を利用したアリーレンビニレン型共役高分子の合成 (2020)
  • 著者名/発表者名: 岩森 涼太、佐藤 亮太、桑原 純平、神原 貴樹
  • 学会等名: 第10回CSJ化学フェスタ
• [学会発表] 異種のリン配位子を有する安定かつ高活性なPd(0)錯体の詳細な特性評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 亮太、桑原 純平、神原 貴樹
  • 学会等名: 第10回CSJ化学フェスタ
• [学会発表] 直接的アリール化重合：高分子半導体の製造プロセスを志向した合成手法の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 神原 貴樹
  • 学会等名: 第２８回日本ポリイミド・芳香族系高分子会議
  • 招待講演
• [学会発表] Pd/Cu触媒を利用したジクロロアリーレンの直接アリール化重縮合 (2019)
  • 著者名/発表者名: 郭 舒揚、土田 渉、桑原 純平、安田 剛、 神原 貴樹
  • 学会等名: 第68回高分子学会年次大会
• [学会発表] 大気中での直接的アリール化重縮合による簡便な共役高分子の合成 (2019)
  • 著者名/発表者名: 陳 熹、市毛 明斗、桑原 純平、神原 貴樹
  • 学会等名: 第68回高分子学会年次大会
• [学会発表] 脱水素型クロスカップリング反応に基づく三成分系共役高分子の合成と 物性評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田中 智恵、桑原 純平、安田 剛、神原 貴樹
  • 学会等名: 第68回高分子学会年次大会
• [学会発表] 空気に安定なPd(0)触媒前駆体の開発と触媒機能評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 亮太、桑原 純平、神原 貴樹
  • 学会等名: 第8回JACI/GSCシンポジウム
• [学会発表] 異種のリン配位子を有する空気に安定なPd(0)錯体の様々なクロスカップリング反応への適応 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐藤亮太、桑原純平、神原貴樹
  • 学会等名: 第9回CSJ科学フェスタ
• [学会発表] Direct arylation polycondensation: Facile access to semiconducting polymers (2019)
  • 著者名/発表者名: Takaki Kanbara
  • 学会等名: Joint Symposium on Nanomaterials for Energy Applications
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 直接的アリール化重合：高分子半導体の製造プロセスを志向した合成手法の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 神原 貴樹
  • 学会等名: 第28回ポリマー材料フォーラム
  • 招待講演
• [学会発表] 直接的アリール化重縮合：簡便で環境に優しい高分子半導体合成法の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 神原 貴樹
  • 学会等名: 東京工業大学資源化学研究所創立 80年記念学術シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 脱水素型クロスカップリング反応に基づく三成分系共役高分子の合成 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田中智恵、桑原純平、安田剛、神原貴樹
  • 学会等名: 第34回高分子学会関東支部茨城地区若手の会交流会
• [学会発表] ジフルオロベンゾチアジアゾールの脱水素型クロスカップリング重合 (2019)
  • 著者名/発表者名: 遠藤諒介、桑原純平、神原貴樹
  • 学会等名: 第34回高分子学会関東支部茨城地区若手の会交流会
• [学会発表] Pd/Ag系脱水素型クロスカップリング反応のメカニズム解明とAg塩の役割 (2019)
  • 著者名/発表者名: 下山雄人・桑原純平・神原貴樹
  • 学会等名: 日本化学会 第99春季年会
• [学会発表] 脱水素型クロスカップリング反応による非対称なAB型モノマーの重合 (2018)
  • 著者名/発表者名: 青木 英晃、齋藤 仁志、桑原 純平、神原 貴樹
  • 学会等名: 第67回高分子学会年次大会
• [学会発表] 脱水素型クロスカップリング重合によるテトラフルオロベンゼン骨格を含む三成分系共役高分子の合成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田中 智恵、青木 英晃、齋藤 仁志、桑原 純平、神原 貴樹
  • 学会等名: 第67回高分子学会年次大会
• [学会発表] ベンゾジチオフェン-4,8-ジオンの直接アリール化重縮合によるドナーアクセプターポリマーの合成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 江 キン、桑原 純平、神原 貴樹
  • 学会等名: 第67回高分子学会年次大会
• [学会発表] Synthesis of conjugated polymers containing octafluorobiphenylene unit via Pd-catalyzed cross-dehydrogenative-coupling reacton (2018)
  • 著者名/発表者名: Takaki Kanbara, Hideaki Aoki, Hitoshi Saito, Junpei Kuwabara, Takeshi Yasuda
  • 学会等名: macro2018
  • 国際学会
• [学会発表] Direct Arylation Polycondensation:Facile Synthesis Ofconjugated Polymers for OPV Application (2018)
  • 著者名/発表者名: Junpei Kuwabara, Takeshi Yasuda, Takaki Kanbara
  • 学会等名: icsm2018
  • 国際学会
• [学会発表] The Mechanistic study of Cross Dehydrogenative Coupling (CDC)Reaction: Role of Ag Salts in CDC (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuto Shimoyama, Junpei Kuwabara, Takaki Kanbara
  • 学会等名: ICCC2018
  • 国際学会
• [学会発表] 脱水素型クロスカップリング反応に基づく三成分系共役高分子の合成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田中 智恵、青木 英晃、齋藤 仁志、桑原 純平、神原 貴樹
  • 学会等名: 第67回高分子討論会
• [学会発表] 銅触媒を用いたベンゾビスチアゾール誘導体の酸素酸化重合 (2018)
  • 著者名/発表者名: 丸山 啓輔、桑原 純平、神原 貴樹
  • 学会等名: 第３３回 高分子学会関東支部茨城地区若手の会交流会
• [学会発表] 脱水素型クロスカップリング反応に基づく三成分系共役高分子の合成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田中 智恵、桑原 純平、神原 貴樹
  • 学会等名: 第３３回 高分子学会関東支部茨城地区若手の会交流会
• [学会発表] Direct Arylation Polycondensation:Facile Synthetic Approach for π-Conjugated Polymers (2018)
  • 著者名/発表者名: Junpei Kuwabara, Takaki Kanbara
  • 学会等名: π-System Figuration European-Japanese Workshop 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Direct arylation polycondensation: simple access to semiconducting polymers (2018)
  • 著者名/発表者名: Takaki Kanbara
  • 学会等名: ICP2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 脱水素型クロスカップリング反応における銀塩の役割 (2018)
  • 著者名/発表者名: 下山 雄人、桑原 純平、神原 貴樹
  • 学会等名: 日本化学会 第98春季年会
• [学会発表] 脱水素型クロスカップリング反応による共役系高分子の合成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 青木 英晃、齋藤 仁志、桑原 純平、神原 貴樹
  • 学会等名: 第66回高分子学会年次大会
• [学会発表] 直接的アリール化重縮合：簡便で環境に優しい高分子半導体製造プロセスの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 神原 貴樹
  • 学会等名: 関東高分子若手研究会 2017 春の講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 脱水素型直接的アルケニル化重縮合によるポリアリーレンビニレンの合成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 齋藤 仁志、桑原 純平、安田 剛、神原 貴樹
  • 学会等名: 第66回高分子討論会
• [学会発表] 大気中の酸素を利用した脱水素型クロスカップリング反応による共役系高分子の合成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 青木英晃、齋藤仁志、桑原純平、神原貴樹
  • 学会等名: 第7回CSJ化学フェスタ2017
• [学会発表] 脱水素型クロスカップリング反応における添加剤効果の解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 下山雄人、斎藤仁志、桑原純平、神原貴樹
  • 学会等名: 第7回CSJ化学フェスタ2017
• [学会発表] 直接的アリール化重縮合：簡便で環境に優しい高分子半導体製造プロセスの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 神原 貴樹
  • 学会等名: 第３回材料相模セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 脱水素型クロスカップリング反応の反応メカニズムの解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 下山雄人、齋藤仁志、桑原純平、神原貴樹
  • 学会等名: 第32回高分子学会関東支部茨城地区「若手の会」交流会
• [学会発表] 酸素を利用した脱水素型クロスカップリング反応による共役系高分子の合成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 青木 英晃 、齋藤 仁志、桑原 純平、神原 貴樹
  • 学会等名: 第32回高分子学会関東支部茨城地区「若手の会」交流会
• [学会発表] 脱水素型クロスカップリング重縮合の基質適用範囲の拡張 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田中 智恵、青木 英晃、齋藤 仁志、桑原 純平、神原 貴樹
  • 学会等名: 第32回高分子学会関東支部茨城地区「若手の会」交流会
• [図書] 直接的芳香族カップリング反応の設計と応用（分担、第18章） (2019)
  • 著者名/発表者名: 桑原 純平，神原貴樹 外
  • 総ページ数: 13
  • 出版者: シーエムシー出版
  • ISBN: 9784781314211
• [備考] 簡便で環境に優しいクロスカップリング重合法を開発 ～有機電子光デバイス用の高分子開発に有用な新技術～
  • URL: http://www.tsukuba.ac.jp/attention-research/p201801051400.html
• [産業財産権] 高分子化合物の製造方法および製造装置 (2018)
  • 発明者名: 神原貴樹，桑原純平，市毛明斗
  • 権利者名: 神原貴樹，桑原純平，市毛明斗
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2018-148883
  • 出願年月日: 2018