環状ポルフィリン多量体の合成と機能開拓

• 研究課題/領域番号: 19K05626
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分35030:有機機能材料関連
• 研究機関: 岩手大学
• 研究代表者: 葛原 大軌 岩手大学, 理工学部, 准教授 (00583717)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2019年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: ポルフィリン / 湾曲構造 / 金属錯体 / 環状化合物 / 包摂錯体 / 環状構造 / ホスト-ゲスト相互作用 / 超分子 / ホストーゲスト相互作用

研究開始時の研究の概要

ダブルV字型構造を持つポルフィリン(2.1.2.1)を用いた環状ポルフィリン(2.1.2.1)多量体の合成法の確立と環状構造を活用した超分子構造の合成を目指す。具体的にはダブルV字型構造を持つポルフィリン(2.1.2.1)の構造的特徴を活用して、環サイズや架橋構造を制御した環状化合物や配位結合を用いた3Dカプセル型自己集合体の合成を試みる。

研究成果の概要

フラーレン(C60)やカーボンナノチューブに代表される、π曲面を持つ分子はπ曲面の内側と外側で異なる電子物性を示すなど、有機エレクトロニクスや生化学分野など幅広い分野で研究が展開されている。本研究では、新たなπ曲面を持つ分子として様々な架橋構造をもつ環状ポルフィリン(2.1.2.1)多量体の合成法の確立を試みた。その結果、ジピロリルマレイミドが環状ポルフィリン(2.1.2.1)多量体の合成に有用であることおよび金属との自己集合体形成可能なピリジル基が置換したポルフィリン(2.1.2.1)の合成に成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

機能性材料の性質は分子構造と密接に関連していることが知られている。その中でもπ曲面を持つ化合物は、平面型の分子とは異なった物性を示すため注目されている。本研究で着目したポルフィリン(2.1.2.1)は、ポルフィリンの広いπ共役面とV字型構造を併せ持つ特異な構造であり、環状構造を構築するためのビルディングブロックとしてやホスト分子としても有用であることを明らかにした。これらの結果は、今後π曲面化合物をセンシング材料や有機エレクトロニクス分野に応用するために大きく貢献するものである。

研究成果

• [雑誌論文] Synthesis, Characterization, and Electrochemistry of Copper Dibenzoporphyrin(2.1.2.1) Complexes (2022)
  • 著者名/発表者名: Liu Ningchao、Osterloh W. Ryan、Huang Hongliang、Tang Xinyue、Mei Peifeng、Kuzuhara Daiki、Fang Yuanyuan、Pan Jianming、Yamada Hiroko、Qiu Fengxian、Kadish Karl M.、Xue Songlin
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 61 号: 8 ページ: 3563-3572
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.1c03596
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Elucidating the Impact of Molecular Weight on Morphology, Charge Transport, Photophysics and Performance of All-Polymer Solar Cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Duyen K. Tran, Amelie Robitaille, I. Jo Hai, Xiaomei Ding, Daiki Kuzuhara, Tomoyuki Koganezawa, Yu-Cheng Chiu, Mario Leclerc, Samson A. Jenekhe
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry A 巻: 8 号: 40 ページ: 21070-21083
  • DOI: 10.1039/d0ta08195g
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Controlled Fabrication and Characterization of Coronene Diimide‐Based Insoluble Thin Films Produced by Photoinduced Cyclization (2021)
  • 著者名/発表者名: Ogawa Tomoya、Kuzuhara Daiki
  • 雑誌名: ChemPlusChem 巻: 86 号: 6 ページ: 852-857
  • DOI: 10.1002/cplu.202100131
  • 査読あり
• [雑誌論文] Binuclear Rhodium(I) Complex of a Dimethylvinylene-Bridged Distorted Hexaphyrin(2.1.2.1.2.1) (2021)
  • 著者名/発表者名: Xue Songlin、Liu Ningchao、Mei Peifeng、Kuzuhara Daiki、Aratani Naoki、Qiu Fengxian、Yamada Hiroko
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 60 号: 21 ページ: 16070-16073
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.1c02609
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Porphyrin(2.1.2.1) as a novel binucleating ligand: synthesis and molecular structures of mono- and di-rhodium(<scp>i</scp>) complexes (2021)
  • 著者名/発表者名: Xue Songlin、Liu Ningchao、Mei Peifeng、Kuzuhara Daiki、Zhou Mingbo、Pan Jianming、Yamada Hiroko、Qiu Fengxian
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 57 号: 95 ページ: 12808-12811
  • DOI: 10.1039/d1cc05641g
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Cyclic butadiyne-linked porphyrin(2.1.2.1) oligomers (2020)
  • 著者名/発表者名: Kuzuhara Daiki、Furukawa Wataru、Aratani Naoki、Yamada Hiroko
  • 雑誌名: Journal of Porphyrins and Phthalocyanines 巻: 24 号: 01n03 ページ: 489-497
  • DOI: 10.1142/s1088424619501931
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of a Fluorinated Donor Polymer on the Morphology, Photophysics, and Performance of All-Polymer Solar Cells Based on Naphthalene Diimide Arylene Copolymer Acceptors (2020)
  • 著者名/発表者名: Duyen K. Tran, Nagesh B. Kolhe, Ye-jin Hwang, Daiki Kuzuhara, Tomoyuki Koganezawa, Samson A. Jenekhe*
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 12 号: 14 ページ: 16490-16502
  • DOI: 10.1021/acsami.0c01382
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Direct Correlation of Nanoscale Morphology and Device Performance to Study Photocurrent Generation in Donor-Enriched Phases of Polymer Solar Cells (2020)
  • 著者名/発表者名: S. B. Dkhil, P. Perkhun, C. Luo, D. Moller, R. Alkarsifi, E. Barulina, Y.Alejandra A. Quiroz, O. Margeat, S. T. Dubas, T. Koganezawa, D.Kuzuhara, N. Yoshimoto, C. Caddeo, A. Mattoni, B. Zimmermann, U. Wurfel, M. Pfannmoller, S. Bals, J.Ackermann, and C. Videlot-Ackermann
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Interfaces 巻: 12 号: 25 ページ: 28404-28415
  • DOI: 10.1021/acsami.0c05884
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Comparative Study of Selenophene- and Thiophene-Containing n-Type Semiconducting Polymers for High Performance All-Polymer Solar Cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Xiaomei Ding, Duyen K. Tran, Daiki Kuzuhara, Tomoyuki Koganezawa, and Samson A. Jenekhe
  • 雑誌名: Applied Polymer Materials 巻: 3 号: 1 ページ: 49-59
  • DOI: 10.1021/acsapm.0c00772
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Vinylene-Bridged Cyclic Dipyrrin and BODIPY Trimers (2020)
  • 著者名/発表者名: Songlin Xue, Daiki Kuzuhara, Naoki Aratani, Hiroko Yamada
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 21 号: 21 ページ: 8041-8041
  • DOI: 10.3390/ijms21218041
  • NAID: 120007181846
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Layer-by-Layer Growth Control of Metal Organic Framework Thin Films Assembled on Polymer Films (2020)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Ohara, Shunsuke Yamamoto, Daiki Kuzuhara, Tomoyuki Koganezawa, Hidetoshi Oikawa, and Masaya Mitsuishi
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 12 号: 45 ページ: 50784-50792
  • DOI: 10.1021/acsami.0c13016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of a Porphyrin(2.1.2.1) Nanobelt and its Ability to Bind Fullerene (2019)
  • 著者名/発表者名: Songlin Xue, Daiki Kuzuhara,* Naoki Aratani, Hiroko Yamada*
  • 雑誌名: Organic Letters 巻: 21 号: 7 ページ: 2069-2072
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.9b00329
  • 査読あり
• [雑誌論文] New Random Copolymer Acceptors Enable Additive-Free Processing of 10.1% Efficient All-Polymer Solar Cells with Near Unity Internal Quantum Efficiency (2019)
  • 著者名/発表者名: Nagesh B. Kolhe, Duyen Ky Tran, Hyunjong Lee, Daiki Kuzuhara, Noriyuki Yoshimoto, Tomoyuki Koganezawa, Samson A. Jenekhe
  • 雑誌名: ACS Energy Lett. 巻: 4 号: 5 ページ: 162-1170
  • DOI: 10.1021/acsenergylett.9b00460
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Solid-State, Near-Infrared to Visible Photon Upconversion via Triplet?Triplet Annihilation of a Binary System Fabricated by Solution Casting (2019)
  • 著者名/発表者名: Abulikemu Aizitiaili、Sakagami Yusuke、Heck Claire、Kamada Kenji、Sotome Hikaru、Miyasaka Hiroshi、Kuzuhara Daiki、Yamada Hiroko
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 11 号: 23 ページ: 20812-20819
  • DOI: 10.1021/acsami.9b04148
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of Aromaticity and cis ‐/ trans ‐Isomeric Structure of Non‐Planar Hexaphyrin(2.1.2.1.2.1) and Metal Complexes (2019)
  • 著者名/発表者名: Xue Songlin、Kuzuhara Daiki、Aratani Naoki、Yamada Hiroko
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 58 号: 36 ページ: 12524-12528
  • DOI: 10.1002/anie.201906946
  • 査読あり
• [雑誌論文] 2,7,12,17-Tetra(2,5-thienylene)-substituted porphycenes (2019)
  • 著者名/発表者名: Kuzuhara Daiki、Nakaoka Haruka、Matsuo Kyohei、Aratani Naoki、Yamada Hiroko
  • 雑誌名: Journal of Porphyrins and Phthalocyanines 巻: 23 号: 07n08 ページ: 898-907
  • DOI: 10.1142/s1088424619500743
  • 査読あり
• [学会発表] ピレン含有油脂材料の結晶多形変化に伴う発光特性変化の評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 松川奈愛, 葛原大軌
  • 学会等名: 日本化学会第102春季年会
• [学会発表] フタルイミド架橋カリックスピロールの合成と物性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 金子 真夕、菊池 翔、葛原 大軌
  • 学会等名: 日本化学会第102春季年会
• [学会発表] 固体発光特性を示すピレン含有トリアシルグリセロールの合成 (2021)
  • 著者名/発表者名: 松川奈愛, 葛原大軌
  • 学会等名: 第31回基礎有機化学討論会
• [学会発表] 電子求引性置換基を有するポルフィリン誘導体の合成 (2021)
  • 著者名/発表者名: 菊池翔, 谷山功起, 葛原大軌
  • 学会等名: 第31回基礎有機化学討論会
• [学会発表] Synthesis and Photophysical Property of Pyrene Substituted Triacylglycerols (2021)
  • 著者名/発表者名: 松川奈愛, 葛原大軌
  • 学会等名: 化学系学協会東北大会
• [学会発表] Synthesis and Property of Conjugated Polymers by [2+2] Click Reaction (2021)
  • 著者名/発表者名: 金子 真夕、葛原 大軌
  • 学会等名: 化学系学協会東北大会
• [学会発表] 近赤外三重項-三重項消滅光アップコンバージョン固体系におけるルブレン誘導体から増感剤への逆エネルギー移動消光の研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 澤あか音、ニィーティ トリバティ、クレア クック、玉井尚登、葛原大軌、山田容子、鎌田賢司
  • 学会等名: 日本化学会第101春季年会
• [学会発表] 光縮環反応を用いた拡張ペリレンジイミド不溶性薄膜の作製と評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 万城目大和、小川倫弥、葛原大軌
  • 学会等名: 日本化学会第101春季年会
• [学会発表] 蒸着重合用有機半導体の合成 (2021)
  • 著者名/発表者名: 金子 真夕、葛原 大軌
  • 学会等名: 日本化学会第101春季年会
• [学会発表] ポルフィリン (2.1.2.1)環状多量体の合成と物性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 上田有沙、葛原大軌、吉本則之
  • 学会等名: 日本化学会第101春季年会
• [学会発表] ケクレン誘導体の合成と物性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岩渕 潤樹、葛原 大軌
  • 学会等名: 日本化学会第101春季年会
• [学会発表] トリアシルグリセロールを主骨格とした機能性油脂材料の合成 (2021)
  • 著者名/発表者名: 松川 奈愛、葛原 大軌、吉本 則之
  • 学会等名: 日本化学会第101春季年会
• [学会発表] シッフ塩基架橋共有結合性有機構造体(COF)薄膜の作製と評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 古川 皓啓, 葛原 大軌, 吉本 則之
  • 学会等名: 第68回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 非対称アルキル鎖を有するオリゴチオフェンの結晶構造及び物性評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 慧，葛原 大軌, 吉本 則之
  • 学会等名: 第68回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 電子線ホログラフィーによる有機EL素子内部の電位分布の可視化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐々木祐聖、佐藤岳志、山本和生、葛原大軌、吉本則之
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会第76回学術講演会
• [学会発表] QCM/2D-GIXD 同時測定によるペンタセン薄膜成長における核形成過程の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松原 亮介, 尾崎 幸潤, 阿部 優輝, 菊池 護,葛原 大軌, 吉本 則之, 小金澤 智之, 久保野 敦史
  • 学会等名: 第81回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] チョクラルスキー法によるトリパルミチンの単結晶育成 (2020)
  • 著者名/発表者名: 伊藤大生，齊藤圭紀, 菊池護, 葛原大軌, 大西清美, 上原秀隆, 吉本則之
  • 学会等名: 第49回結晶成長国内会議
• [学会発表] Cz法によるベンゾフェノン単結晶育成と結晶性評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 伊藤大生，菊池護, 葛原大軌, 吉本則之
  • 学会等名: 第67回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 光縮環反応を用いた不溶性薄膜の作製と評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小川倫弥, 髙橋陸, 葛原大軌・吉本則之
  • 学会等名: 第67回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 2 次元 X 線回折/水晶振動子マイクロバランス同時測定によるペンタセン薄膜形成初期過程の in-situ 観察 (2020)
  • 著者名/発表者名: 尾﨑 幸潤, 松原 亮介, 阿部 優輝, 菊池 護, 葛原 大軌, 吉本 則之, 小金澤 智之, 久保野 敦史
  • 学会等名: 第67回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 有機半導体の薄膜形成素過程に対するアルキル側鎖の影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 石川 渉太，羽生大亮, 松原 亮介, 佐藤慧, 葛原大軌, 吉本則之, 久保野 敦史
  • 学会等名: 第67回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] ジチエノピラシレンの合成と性質 (2020)
  • 著者名/発表者名: 谷山功起, 佐藤慧, 葛原大軌, 吉本則之
  • 学会等名: 日本化学会第100春季年会
• [学会発表] 1,7位ハロゲン置換ペリレンジイミドの合成と物性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 村田哲平、千田一聖、葛原大軌、吉本則之
  • 学会等名: 日本化学会第100春季年会
• [学会発表] 電子線ホログラフィーによる有機積層膜の評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐々木祐聖，佐藤岳志, 山本和生, 葛原大軌, 吉本則之
  • 学会等名: 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 二次元斜入射X線回折法によるC10-4T薄膜の構造解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 照井大貴，菊池護, 葛原大軌，渡辺剛，小金澤智之，廣沢一郎，吉本則之
  • 学会等名: 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 2D-GIXDによるC10-4T薄膜の配向変化のその場観察 (2019)
  • 著者名/発表者名: 阿部優輝, 葛原大軌, 小金澤智之, 吉本則之
  • 学会等名: 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Synthesis of Porphyrin(2.1.2.1) Nanobelt and Nanoring (2019)
  • 著者名/発表者名: 葛原大軌
  • 学会等名: 化学系学協会東北大会
  • 招待講演
• [学会発表] Fabrication of Insoluble Thin Films by Sholl Reaction (2019)
  • 著者名/発表者名: 小川倫弥, 葛原大軌, 吉本則之
  • 学会等名: 化学系学協会東北大会
• [学会発表] Molecular Orientations of Quarterthiophenes with Symmetric and Asymmetric Alkyl chains (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐藤慧, 大場涼矢, 葛原大軌, 吉本則之
  • 学会等名: 化学系学協会東北大会
• [学会発表] 分子内環化反応によるペンタフェン誘導体の合成 (2019)
  • 著者名/発表者名: 千葉裕矢, 葛原大軌, 吉本則之
  • 学会等名: 第30回基礎有機化学討論会
• [学会発表] Near-infrared-to-visible photon upconversion via triplet-triplet annihilation of a solid-state system fabricated by rapid drying casting (2019)
  • 著者名/発表者名: Aizitiaili Abulikemu, Yusuke Sakagami, Claire Heck, Kenji Kamada, Hikaru Sotome, Hiroshi Miyasaka, Daiki Kuzuhara, Hiroko Yamada
  • 学会等名: JSAP-OSA joint symposia
• [学会発表] 電子線ホログラフィーによる有機EL素子内部の電位分布の可視化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐々木祐聖，佐藤岳志, 山本和生, 葛原大軌, 吉本則之
  • 学会等名: 第48回結晶成長国内会議
• [学会発表] 二次元斜入射X線回折法によるC10-4T薄膜の構造解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 照井大貴，菊池護,葛原大軌，渡辺剛，小金澤智之，廣沢一郎，吉本則之
  • 学会等名: 第48回結晶成長国内会議
• [学会発表] チョクラルスキー法によるベンゾフェノン単結晶育成 (2019)
  • 著者名/発表者名: 伊藤大生，菊池護, 葛原大軌, 吉本則之
  • 学会等名: 第48回結晶成長国内会議