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大環状化合物の特異的ナノ空間を利用する物質輸送と分離膜構築に関する研究

公募研究

研究領域水圏機能材料:環境に調和・応答するマテリアル構築学の創成
研究課題/領域番号 20H05216
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関名古屋大学

研究代表者

河野 慎一郎  名古屋大学, 理学研究科, 講師 (10508584)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード大環状化合物 / ナノ空間 / 超分子化学 / 分子認識 / 物質輸送 / 液晶 / 分離膜 / 物質移動
研究開始時の研究の概要

本研究では,サイズや形状を厳密に定義できる分子レベルのナノ空間(0.5 nm ~ 2.5 nm)をもつ大環状化合物の自己組織化によって形成する多孔性物質や超分子ナノチューブ、およびそれらの自己組織化による分離膜を構築する。サイズと形状が均一な大環状化合物からなるカラムナー液晶や分子チューブ構造の内側に構築したナノチャネル構造を利用して,環境汚染の原因となる有機塩素化系分子の特異的吸着や,水の浄化を目的とした特異的物質輸送するイオン分離膜の評価を行うことを目的とする。これらの液晶性大環状化合物が形成する自己組織構造の中のナノ空間を利用した特異的な吸着挙動および物質輸送能を詳細に検討する。

研究実績の概要

以下に、本研究計画において得られた研究成果を示す。
1.らせん状金属錯体型フォルダマーを用いたナノ空間をもつ液晶組織の構築:フォルダマーなどの複雑な分子構造を液晶組織の分子骨格に組み込んだ場合、その集合体中の分子構造を解析する手段は極めて限定される。本研究では、高輝度光科学研究センターの池本博士との共同研究により、集光性が高く、高輝度をもつシンクロトロン放射光を線源とした赤外分光測定(SPring-8, BL43IR)により、配向したカラムナー組織構造内部の配向したらせん状分子構造の評価を行い、金属錯体からなる液晶組織中で集積した分子の局所構造に関する解析を行った (Chem. Commun. 2022, 58, 3274, selected as an inside front cover)。
2. 大環状化合物を用いた二次元多孔性結晶の構築と機能性分子の配列:本研究では、希薄溶液のキャスト法により、大環状化合物がAu(111)基板の上で自己集合し、二次元周期的な構造を形成することを見出した。超高真空条件下における走査型トンネル顕微鏡(STM)観察により、大環状化合物がAu(111)基板上で約4.1 nmの周期で二次元結晶を構築していることが明らかとなった。さらに、超高真空条件下、この二次元多孔性結晶の上にフラーレンC60を真空蒸着することにより、その周期的に並んだ「孔」にフラーレンを捕捉させることで、フラーレンを二次元周期的に配列させることに成功した。驚いたことに、このフラーレンの周期構造は約200 °Cの高温や大気下でもその周期構造を維持することが明らかとなった (J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 6749, selected as a supplementary cover)。

現在までの達成度 (段落)

令和3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

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて 2022 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 1件) 図書 (1件) 備考 (5件)

  • [雑誌論文] Mesogenic discrete metallofoldamer for columnar liquid crystal2022

    • 著者名/発表者名
      Kawano Shin-ichiro、Narita Kazutaka、Ikemoto Yuka、Sasaki Ako、Tanaka Kentaro
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 58 号: 20 ページ: 3274-3277

    • DOI

      10.1039/d2cc00310d

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermally Stable Array of Discrete C<sub>60</sub>s on a Two-Dimensional Crystalline Adlayer of Macrocycles both in Vacuo and under Ambient Pressure2022

    • 著者名/発表者名
      Kawano Shin-ichiro、Nakaya Masato、Saitow Masaaki、Ishiguro Atsuki、Yanai Takeshi、Onoe Jun、Tanaka Kentaro
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 144 号: 15 ページ: 6749-6758

    • DOI

      10.1021/jacs.1c13610

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Metalloporphyrins substituted with N-carbazolyl groups quadruply at meso positions2021

    • 著者名/発表者名
      Kawano Shin-ichiro、Kawada Sae、Matsubuchi Atsuya、Tanaka Kentaro
    • 雑誌名

      Journal of Porphyrins and Phthalocyanines

      巻: 26 号: 02 ページ: 140-146

    • DOI

      10.1142/s1088424621501170

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 巨大環状化合物をメソゲンとしたカラムナー液晶による流動性ナノ空間の構築2021

    • 著者名/発表者名
      河野 慎一郎,田中健太郎
    • 雑誌名

      液晶

      巻: 25 ページ: 40-45

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Light‐Harvesting/Charge‐Separation Model with Energy Gradient Made of Assemblies of meta ‐Pyridyl Zinc Porphyrins2020

    • 著者名/発表者名
      Otsuki Joe、Okumura Takumi、Sugawa Kosuke、Kawano Shin‐ichiro、Tanaka Kentaro、Hirao Takehiro、Haino Takeharu、Lee Yu Jin、Kang Seongsoo、Kim Dongho
    • 雑誌名

      Chemistry ? A European Journal

      巻: 27 号: 12 ページ: 4053-4063

    • DOI

      10.1002/chem.202003327

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Structure and dynamics of a chiral cubanoid complex composed of lithium and salphen2020

    • 著者名/発表者名
      Kawano Shin-ichiro、Tomita Kyohei、Tanaka Kentaro
    • 雑誌名

      Inorganica Chimica Acta

      巻: 512 ページ: 119894-119894

    • DOI

      10.1016/j.ica.2020.119894

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 液晶の中にナノ空間を創る2020

    • 著者名/発表者名
      河野 慎一郎, 田中健太郎
    • 雑誌名

      高分子

      巻: 69 ページ: 390-391

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Generation of a Monomerically Dispersed C60 Monolayer Templated by a Two-Dimensional Crystal of Macrocycles2022

    • 著者名/発表者名
      Shin-ichiro Kawano, Masato Nakaya, Atsuki Ishiguro, Masaaki Saitow, Takeshi Yanai, Jun Onoe, Kentaro Tanaka
    • 学会等名
      The 102nd CSJ Annual Meeting (2022)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 8つのコラニュレンをもつ大環状金属錯体型分子レセプターによるフラーレンの包接2022

    • 著者名/発表者名
      小林 侑太, 河野 慎一郎, 田中 健太郎
    • 学会等名
      日本化学会 第102春季年会 (2022)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 大環状メソゲンカラムナー液晶内部に生成した孤立ナノ空間の Xe ガスをプローブとした 129Xe-NMR 解析2021

    • 著者名/発表者名
      河野慎一郎, 瀧貴大, 吉水広明, 田中健太郎
    • 学会等名
      第70回高分子学会年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 129Xe NMR Structural Analysis of Continuous Porosity of Columnar Liquid Crystal Composed of Stacked Macrocycles2021

    • 著者名/発表者名
      Shin-ichiro Kawano, Takahiro Taki, Hiroaki Yoshimizu, Kentaro Tanaka
    • 学会等名
      The 101st CSJ Annual Meeting (2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 8つのコラニュレンをもつ大環状金属錯体型フラーレンレセプター2021

    • 著者名/発表者名
      小林 侑太, 河野 慎一郎, 田中 健太郎
    • 学会等名
      日本化学会 第101春季年会 (2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] テトラ(N-カルバゾリル)ポルフィリンを基にした含窒素π拡張ポルフィリンの合成とその電子構造2021

    • 著者名/発表者名
      松渕敦也, 河野 慎一郎, 田中 健太郎
    • 学会等名
      日本化学会 第101春季年会 (2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 129Xe NMR Structural Analysis of Continuous Porosity of Columnar Liquid Crystal Composed of Stacked Macrocycles2021

    • 著者名/発表者名
      Shin-ichiro Kawano, Takahiro Taki, Hiroaki Yoshimizu, Kentaro Tanaka
    • 学会等名
      The 101st CSJ Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] テトラ(N-カルバゾリル)ポルフィリンを基にした含窒素π拡張ポルフィリンの合成とその電子構造2021

    • 著者名/発表者名
      松渕 敦也・河野 慎一郎・田中 健太郎
    • 学会等名
      日本化学会第101春季年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 8つのコラニュレンをもつ大環状金属錯体型フラーレンレセプター2021

    • 著者名/発表者名
      小林 侑太・河野 慎一郎・田中 健太郎
    • 学会等名
      日本化学会第101春季年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] A metallomacrocycle tethering eight corannulenes and the host_guest interaction with C602021

    • 著者名/発表者名
      Yuta Kobayashi, Shin-ichiro Kawano, Kentaro Tanaka
    • 学会等名
      The 4th IRCCS International Symposium: 'Multidimensional control over material structure and function'
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] リチウムイオンを内包したカラムナー液晶性大環状化合物の配向制御2020

    • 著者名/発表者名
      河野慎一郎、冨田恭平、吉尾正史、田中健太郎
    • 学会等名
      2020年日本液晶学会オンライン研究発表会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] メソ位をカルバゾールで修飾したポルフィリンを基にした縮環型p拡張ポルフィリンの合成とその電子構造2020

    • 著者名/発表者名
      松渕 敦也・河野 慎一郎・田中 健太郎
    • 学会等名
      錯体化学会 第70回討論会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [図書] NMRによる有機材料分析とその試料前処理、データ解釈2021

    • 著者名/発表者名
      執筆者:59名、技術情報協会
    • 総ページ数
      676
    • 出版者
      技術情報協会
    • ISBN
      9784861048609
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] 単分子メモリの実現に期待、名大がフラーレンC60を思い通りに整列する技術を開発

    • URL

      https://news.mynavi.jp/techplus/article/20220331-2308719/

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] 「分子の落とし穴」を作り、電極基板の上にサッカーボール分子C60を整列させた!!

    • URL

      https://research-er.jp/articles/view/109230

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://supra.chem.nagoya-u.ac.jp/TanakaLab/Dr.S.Kawano.html

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] Researchmap

    • URL

      https://researchmap.jp/7000016501

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] ResearchGate

    • URL

      https://www.researchgate.net/profile/Shinichiro-Kawano

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2022-12-28  

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