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2016 年度 実施状況報告書

高効率な環状脱水素反応の開発を基盤とする発光性CNTセグメントのボトムアップ合成

研究課題

研究課題/領域番号 16K05679
研究機関弘前大学

研究代表者

伊東 俊司  弘前大学, 理工学研究科, 教授 (10213042)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード環状ポリフェニレン化合物 / 湾曲ナノグラフェン / CNTセグメント / ボトムアップ合成 / 発光材料
研究実績の概要

本研究課題では、(1)環状の縮環構造の形成に有利なベンゼン環配置を持った「歪のない環状ポリフェニレン化合物」を形成、温和な環状脱水素反応を鍵として「完全な縮環構造よりなるベルト状にπ共役系が広がったπ共役系化合物(CNTセグメント)」の構築。(2)また、モデルとする「湾曲ナノグラフェン」骨格の構築法を拡張することで、有限のベルト幅を持った「湾曲カーボンナノリボン(CNR)」類の構築。(3)さらに、環状の堅固なπ共役系に期待される固体状態における発光機能の解明の3つの課題解決に向け、平成28年度は、溶解度の確保として新たに立体的にかさ高い芳香環置換基であるメシチル基を選択、CNTセグメントの一部分を切り取ったモデルナノグラフェン骨格の構築の検討から課題の解決を開始した。
その結果、2つのヘキサフェニルベンゼン骨格をナフタレン構造で結合することのみで、縮環反応時に立体的な制約が働くことを明らかにした。同時に骨格形成時にかなり歪んだ湾曲構造の形成も同時に進行するという新たな知見も得ることができた。また、これら湾曲ナノグラフェン骨格の構築を踏まえて、ナフタレン構造で結合した「環状のフェニレンアセチレン化合物」を経て、立体的にかさ高いメシチル基を導入した「環状のポリフェニレン化合物」を合成、温和な環状脱水素反応に耐えうる「環状のポリフェニレン化合物」の探索を進めた。
さらに、これまで進めてきた長鎖アルキル基の導入により可溶化したキラル型CNTの様式を持った「歪のない環状ポリフェニレン化合物」の構築と温和な環状脱水素反応による「ベルト状のCNTセグメント」のボトムアップ合成の検討結果と、環状の堅固なπ共役系に期待される固体状態における発光機能の解明について論文発表に至った。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

平成28年度は、3年間を予定する本研究課題の初年度として、溶解度の確保として新たに検討した立体的にかさ高い芳香環置換基であるメシチル基が最終段階での環状脱水素反応において十分耐えうる置換基であること、ならびに、モデルナノグラフェン骨格の構築において、かなり良好な可溶化基となりえることを明らかにでき、可溶化の問題解決に大きな進展があった。
また、モデル湾曲ナノグラフェンの構築の過程で、2つのヘキサフェニルベンゼン骨格をナフタレン構造で結合することのみで、縮環反応時に立体的な制約が働くことを明らかにできた。これらの知見は、縮環構造の形成に有利なベンゼン環配置の探索において新たな知見となり得るものと考えられる。さらに、ナフタレン構造で結合した「環状のフェニレンアセチレン化合物」を経て、「環状のポリフェニレン化合物」を合成、温和な環状脱水素反応に耐えうる「環状のポリフェニレン化合物」の探索まで研究を進めることができた。
さらに、これまで進めてきた長鎖アルキル基の導入により可溶化したキラル型CNTの様式を持った「歪のない環状ポリフェニレン化合物」の構築と温和な環状脱水素反応による「ベルト状のCNTセグメント」のボトムアップ合成への検討結果と、環状の堅固なπ共役系に期待される固体状態における発光機能の解明について論文発表に至っている。
以上のことから、研究課題の初年度として計画した研究はおおむね順調に進展していると考えている。

今後の研究の推進方策

平成29年度は、3年間を予定する本研究課題の2年目として、初年度における2つの成果、(1)2つのヘキサベンゾコロネン骨格をナフタレン構造で結合することで可能となった縮環反応時における立体的な制約の導入に関する検討結果、また、(2)立体的にかさ高い芳香環置換基であるメシチル基の導入による溶解性確保の検討結果を踏まえて、環状フェニレンアセチレン化合物を経た環サイズの異なる環状ポリフェニレン化合物を合成、環サイズの検討を含めて最終段階での温和な環状脱水素反応に耐えうる環状のポリフェニレン化合物の探索をさらに進めていく。さらに、分子モデリング計算と合わせて、さらに大きく湾曲した骨格形成が期待される奇数員環を骨格構造に取り込むモデル湾曲ナノグラフェンの設計と合成を検討していくことで、環状のポリフェニレン化合物の環状脱水素反応による完全な縮環構造よりなるベルト状にπ共役系が広がったCNTセグメントの構築の可能性を追求していく。さらに、巨大な環状のフェニレンアセチレン化合物、密にベンゼン環が集積した環状のポリフェニレン化合物、すでに構築に成功した完全な縮環構造よりなる湾曲ナノグラフェンなど、堅固なπ共役系化合物の詳細な発光機能を、固体状態における高発光性の観点から検討を行うことで、本研究課題の解決を進めていく。

次年度使用額が生じた理由

合成研究を主体とする本研究課題の推進においては、研究期間を通して消費される実験用器具類ならびに合成用試薬に関する物品は必要不可欠なものである。特に合成用試薬については、研究の進捗状況に合わせて効率よく準備していくことが必須である。平成28年度においては、実験用器具類ならびに合成用試薬等で経費を研究の進捗状況に合わせて効果的に執行していった結果、当初見積額から若干の予算を繰り越すことになった。今後、繰り越し経費を含めて効率よく予算を執行することで効果的に本研究課題の目的の達成に努めたい。

次年度使用額の使用計画

合成研究を主体とする本研究課題の推進においては、研究期間を通して消費される実験用器具類ならびに合成用試薬に関する経費は必要不可欠なものであり、研究の進捗状況に合わせて効率よく予算執行することが必須である。平成29年度においては、3年間を予定する本研究課題の2年目として、本研究課題の目的を期間内に達成できるよう実験用器具類ならびに合成用試薬等の経費として繰り越し経費と合わせて予算を効果的に執行していきたい。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2016

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (8件)

  • [雑誌論文] Preparation of a Cyclic Polyphenylene Array for a Chiral-Type Carbon Nanotube Segment2016

    • 著者名/発表者名
      R. Sekiguchi, S. Kudo, J. Kawakami, A. Sakai, H. Ikeda, H. Nakamura, K. Ohta, and S. Ito
    • 雑誌名

      Bull. Chem. Soc. Jpn.

      巻: 89 ページ: 1260-1275

    • DOI

      DOI: 10.1246/bcsj.20160145

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] メシチル基導入により可溶化したアームチェア構造を持ったカーボンナノリボンセグメントの合成研究2016

    • 著者名/発表者名
      柴田菜緒・関口龍太・川上 淳・伊東俊司
    • 学会等名
      第6回CSJ化学フェスタ2016
    • 発表場所
      タワーホール船堀(東京都江戸川区)
    • 年月日
      2016-11-14 – 2016-11-16
  • [学会発表] スーパーシクロパラフェニレンの合成と物性2016

    • 著者名/発表者名
      中川雄太・関口龍太・川上 淳・伊東俊司
    • 学会等名
      第6回CSJ化学フェスタ2016
    • 発表場所
      タワーホール船堀(東京都江戸川区)
    • 年月日
      2016-11-14 – 2016-11-16
  • [学会発表] Synthetic Study on the Naphthylene Inserted Armchair-Type Carbon Nanotube Segments Based on Hexa-peri-hexabenzocoronene Subunits2016

    • 著者名/発表者名
      Ryuta Sekiguchi, Shota Nishida, Hiroshi Ikeda, Jun Kawakami, and Shunji Ito
    • 学会等名
      平成28年度化学系学協会東北大会
    • 発表場所
      いわき明星大学
    • 年月日
      2016-09-10 – 2016-09-11
  • [学会発表] Synthetic Study on the Armchair-edged Carbon Nanoribbon Segment2016

    • 著者名/発表者名
      Nao Shibata, Ryuta Sekiguchi, Jun Kawakami, and Shunji Ito
    • 学会等名
      平成28年度化学系学協会東北大会
    • 発表場所
      いわき明星大学
    • 年月日
      2016-09-10 – 2016-09-11
  • [学会発表] Synthesis and Properties of Supercycloparaphenylene2016

    • 著者名/発表者名
      Yuta Nakagawa, Ryuta Sekiguchi, Jun Kawakami, and Shunji Ito
    • 学会等名
      平成28年度化学系学協会東北大会
    • 発表場所
      いわき明星大学
    • 年月日
      2016-09-10 – 2016-09-11
  • [学会発表] カーボンナノベルト構築を指向した湾曲ナノグラフェンの合成と物性2016

    • 著者名/発表者名
      関口龍太・川上 淳・伊東俊司
    • 学会等名
      第27回基礎有機化学討論会
    • 発表場所
      広島国際会議場(広島県広島市)
    • 年月日
      2016-09-01 – 2016-09-03
  • [学会発表] スーパーシクロパラフェニレンの合成と物性2016

    • 著者名/発表者名
      中川雄太・関口龍太・川上 淳・伊東俊司
    • 学会等名
      第27回基礎有機化学討論会
    • 発表場所
      広島国際会議場(広島県広島市)
    • 年月日
      2016-09-01 – 2016-09-03
  • [学会発表] メシチル基導入により可溶化したアームチェア構造を持ったカーボンナノリボンセグメントの合成研究2016

    • 著者名/発表者名
      柴田菜緒・関口龍太・川上 淳・伊東俊司
    • 学会等名
      第27回基礎有機化学討論会
    • 発表場所
      広島国際会議場(広島県広島市)
    • 年月日
      2016-09-01 – 2016-09-03

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公開日: 2018-01-16  

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