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2015 年度 実績報告書

環拡張ポルフィリンの金属錯体を用いた新規機能性分子の開発

研究課題

研究課題/領域番号 14J01050
研究機関京都大学

研究代表者

直田 耕治  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2017-03-31
キーワード環拡張ポルフィリン / ポルフィリン / 化学センサー / 交差共役系 / ビラジカル性 / 酸化還元特性
研究実績の概要

本研究は、ポルフィリンやその類縁体を用いて新しい機能性分子を創出することを目的としている。本年度は前年度に提案した、環拡張ポルフィリンの柔軟な分子骨格に着眼した研究課題(研究①)に加えて、交差共役系ポルフィリンおよび環拡張ポルフィリンのビラジカル性の制御という新しい研究課題(研究②)を提案し、これらの研究を両立して検討してきた。以下に具体的な成果を示す。
研究①:外部刺激に応答して、色を変化させる分子は各種化学センサーとしての応用が期待できる。そこで我々は外部刺激に応じて色を変える、すなわち共役系を変えることができるような分子を目指し、研究を行ってきた。環拡張ポルフィリンの一種であるヘキサフィリンはその巨大な構造に起因して柔軟に分子構造(共役系)を変えることができる。我々はこれらの分子構造を外部刺激によって変化させることができないかと考え、独自の分子設計により、新規にヘキサフィリンを合成した。実際にこのヘキサフィリンは、酸塩基の添加や金属イオンの導入により、共役系の変化に起因した色の変化を確認した。
研究②:交差共役オリゴチオフェンは、共鳴構造としてビラジカル性の寄与を有することから、多段階の酸化還元特性を示し、有機半導体などの有機エレクトロニクス分野で精力的に研究が行われている。本研究ではオリゴチオフェンの1つのチオフェンユニットをポルフィリンまたはヘキサフィリンで置き換えた分子を合成し、交差共役系におけるビラジカル性を検証した。種々の誘導体を合成した結果、ヘキサフィリンにおいて最高13電子が関与する酸化還元プロセスが可能であることが明らかとなり、多電子貯蔵システムとしての応用が期待される。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

研究①に関しては、分子設計と実際の有機合成に苦労したものの、最終的には標的化合物の合成に成功した。実際に得られた分子は、酸塩基に対する色調変化という当初期待していた性能を示した。一方、金属イオンの添加によって、劇的に構造が変化した点は予想外であり、結果的に、外部刺激の種類によって多くの色調を実現することができた。また研究②に関しては、合成に成功した分子の酸化還元特性が当初の予想を超え、先行研究においてもほとんど例が見られないほどの性能を示すことが明らかとなった。以上のことから、本年度の研究は当初の計画以上に進展したと言える。

今後の研究の推進方策

これまでの研究により、環拡張ポルフィリンの剛直性(金錯体)と柔軟性(研究①)を活かした新規機能性分子の創出という課題は概ね終了したと言える。今後の研究では研究②のように、環拡張ポルフィリンの1つの物性を従来よりも向上させることを目的として展開する予定である。具体的にはその酸化還元特性の更なる性能向上を目指し、ヘキサフィリンに金属イオンや別のπ共役分子を導入することで、この課題を解決できるのではないかと考えている。また酸化還元特性を活かし、有機半導体や電池材料などのデバイスへの応用を見据えた研究も同時に行っていきたいと考えている。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 4件、 査読あり 4件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] A Bis-Au(III) [28]Hexaphyrin Triphenylphosphine Adduct2016

    • 著者名/発表者名
      Koji Naoda, Atsuhiro Osuka
    • 雑誌名

      Journal of Porphyrin and Phthalocyanines

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1142/S1088424616500097

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Synthesis of Di-peri-dinaphthoporphyrins by PtCl2-Mediated Cyclization of Quinodimethene-Type Porphyrins2016

    • 著者名/発表者名
      Masataka Umetani, Koji Naoda, Takayuki Tanaka, Seung-Kyu Lee, Juwon Oh, Dongho Kim, Atsuhiro Osuka
    • 雑誌名

      Angewande Chemie International Edition

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1002/anie.201601303

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 5,20-Di(pyridin-2-yl)-[28]Hexaphyrin(1.1.1.1.1.1): A Stable Huckel Antiaromatic Hexaphyrin Stabilized by Intramolecular Hydrogen Bonding and Protonation Induced Conformational Twist to Gain Mobius Aromaticity2015

    • 著者名/発表者名
      Koji Naoda, Hirotaka, Mori, Juwon Oh, Kyu Hyung Park, Dongho Kim, Atsuhiro Osuka
    • 雑誌名

      Journal of Organic Chemistry

      巻: 80 ページ: 11726-11733

    • DOI

      10.1021/acs.joc.5b01348

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Reversal of Huckel (anti)aromaticity in the lowest triplet states of hexaphyrins and spectroscopic evidence for Baird's rule2015

    • 著者名/発表者名
      Young Mo Sung, Min-Chul Yoon, Jong Min Lim, Harapriya Rath, Koji Naoda, Atsuhiro Osuka, Dongho Kim
    • 雑誌名

      Nature Chemistry

      巻: 7 ページ: 418-422

    • DOI

      10.1038/nchem.2233

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] ポルフィリンおよびヘキサフィリンにおけるビラジカル性の制御2016

    • 著者名/発表者名
      直田耕治、大須賀篤弘
    • 学会等名
      日本化学会第96春季年会
    • 発表場所
      同志社大学・京田辺キャンパス
    • 年月日
      2016-03-24 – 2016-03-27
  • [学会発表] 金属錯化と酸・塩基による2-ピリジル置換ヘキサフィリンの芳香族性のスイッチング2015

    • 著者名/発表者名
      直田耕治、森裕貴、大須賀篤弘
    • 学会等名
      第26回基礎有機化学討論会
    • 発表場所
      愛媛大学・松山大学
    • 年月日
      2015-09-24 – 2015-09-26
  • [学会発表] Switching of Aromaticity on 5,20-Di(pyridyl) Substituted [28]Hexaphyrin(1.1.1.1.1.1)2015

    • 著者名/発表者名
      Koji Naoda, Atsuhiro Osuka
    • 学会等名
      16th International Symposium on Novel Aromatic Compounds
    • 発表場所
      Spain, Madrid
    • 年月日
      2015-07-05 – 2015-07-10
    • 国際学会
  • [備考] 大須賀研究室(集合有機分子機能研究室)ホームページ

    • URL

      http://kuchem.kyoto-u.ac.jp/shuyu/

URL: 

公開日: 2016-12-27  

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