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2019 年度 実績報告書

13族元素の高周期化による新奇光機能性高分子の創出

研究課題

研究課題/領域番号 17H03067
研究機関京都大学

研究代表者

田中 一生  京都大学, 工学研究科, 教授 (90435660)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード共役系高分子 / 発光
研究実績の概要

メタロフルオレンの発光特性を調べた結果、ホウ素のフルオレンにおいてのみ発光が見られた。量子化学計算の結果、基底状態では安定な4配位構造を形成するのに対し、光励起によりB-N間の結合が開裂し、極めて電子受容性の高い3配位のホウ素が生成し、これを電子受容部位としたCT性の発光であることを示す結果を得た。本研究では、励起状態での開裂に関して、高周期元素でも同様の現象を起こし、窒素配位13族メタロフルオレンが、励起状態でのみ通常不安定な3配位の状態を作り出す足場骨格として利用できることを示した。特に、3配位の13族元素は強い電子受容性を有しており、共役主鎖上で電子供与性ユニットと組み合わせることでCT性の高輝度発光を得ることに有用であるが、安定性が低く材料化は困難であった。励起状態でのみ3配位の13族元素を共役主鎖上に現出する方法が確立できれば、「強い電子受容性」という13族元素の特徴を利用した高輝度発光性高分子材料を得ることができる。そこで、引き続き、高分子からも同様の機構で発光が得られることを目指した。種々の電子供与性コモノマーと交互共重合体を合成し、光学特性の変化を調べた。繰り返し単位のモデル化合物も作成し、量子化学計算の結果と実験データを比較して、本機構から得られるCT性の発光の特徴を明らかにした。
また、錯体化による共役系高分子における新たな発光能獲得戦略を示した。大きな発光特性を付与するために、本研究では、13族元素の錯体化と高分子化を利用するした。アザフェナレンを共重合体とホウ素錯体部位で挟むことで対称性が変化し、強発光性の付与を期待した。具体的には、本年度も引き続き安定なアザフェナレン錯体による重合反応を行い、高分子量体を得た。錯体化の有無による発光性の変化と、13族元素の高周期元素化による発光強度の増強を検出することで、軌道の対称性の発光特性への影響を実証した。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 6件、 招待講演 9件)

  • [雑誌論文] Enhancing Light‐Absorption and Luminescent Properties of Non‐Emissive 1,3,4,6,9b‐Pentaazaphenalene through Perturbation of Forbidden Electronic Transition by Boron Complexation2020

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Hiroyuki、Kawano Yuki、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
    • 雑誌名

      Asian Journal of Organic Chemistry

      巻: 9 ページ: 259~266

    • DOI

      10.1002/ajoc.202000010

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Tuning the NIR Absorption Properties of 1,3,4,6,9b-Pentaazaphenalene Derivatives Through the Spatially Separated Frontier Molecular Orbitals2020

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Hiroyuki、Ochi Junki、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
    • 雑誌名

      European Journal of Organic Chemistry

      巻: 2020 ページ: 777~783

    • DOI

      10.1002/ejoc.201901569

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stimuli-responsive luminochromic polymers consisting of multi-state emissive fused boron ketoiminate2020

    • 著者名/発表者名
      Suenaga Kazumasa、Uemura Kyoya、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
    • 雑誌名

      Polymer Chemistry

      巻: 11 ページ: 1127~1133

    • DOI

      10.1039/C9PY01733J

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Unique Substitution Effect at 5,5′‐Positions of Fused Azobenzene?Boron Complexes with a N=N π‐Conjugated System2019

    • 著者名/発表者名
      Gon Masayuki、Wakabayashi Junko、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
    • 雑誌名

      Chemistry An Asian Journal

      巻: 14 ページ: 1837~1843

    • DOI

      10.1002/asia.201801659

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Construction of the Luminescent Donor?Acceptor Conjugated Systems Based on Boron-Fused Azomethine Acceptor2019

    • 著者名/発表者名
      Ohtani Shunsuke、Gon Masayuki、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: 52 ページ: 3387~3393

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.9b00259

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Independently Tuned Frontier Orbital Energy Levels of 1,3,4,6,9b-Pentaazaphenalene Derivatives by the Conjugation Effect2019

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Hiroyuki、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
    • 雑誌名

      The Journal of Organic Chemistry

      巻: 84 ページ: 2768~2778

    • DOI

      10.1021/acs.joc.8b03161

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Characterization and Photophysical Properties of a Luminescent Aluminum Hydride Complex Supported by a β-Diketiminate Ligand2019

    • 著者名/発表者名
      Ito Shunichiro、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
    • 雑誌名

      Inorganics

      巻: 7 ページ: 100~100

    • DOI

      10.3390/inorganics7080100

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 発光しない錯体を基盤とした機能性発光材料の開発2020

    • 著者名/発表者名
      田中一生
    • 学会等名
      第19回高分子材料研究会、岡山
    • 招待講演
  • [学会発表] 光らないホウ素錯体を基盤とした刺激応答性発光材料開発2019

    • 著者名/発表者名
      田中一生
    • 学会等名
      第34回有機合成化学研究所講演会、京都
    • 招待講演
  • [学会発表] 元素材料:元素の新しい「顔」探し2019

    • 著者名/発表者名
      田中一生
    • 学会等名
      第34回高分子若手研究会、高知
    • 招待講演
  • [学会発表] Stimuli-responsive luminescent chromism of flexible complexes containing group 13 elements2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuo Tanaka
    • 学会等名
      PIERS 2019, Singapore
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development of Stimuli-Responsive Luminescent Materials Containing Flexible Boron “Element-Blocks”2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuo Tanaka
    • 学会等名
      ICMAT 2019, Rome
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development of Stimuli-Responsive Luminescent Materials Based on Flexible Boron “Element-Blocks”2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuo Tanaka
    • 学会等名
      2019 LCPO-KIPS Polymer International Symposium, Bordeaux, France
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Design of Stimuli-Responsive Luminochromic Materials Based on Heteroatom-Containing AIE-Active Dyes2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuo Tanaka
    • 学会等名
      MRS Fall Meeting & Exhibit 2019, Boston, USA
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Design for Stimuli-Responsive Luminescent Chromic Materials Based on Flexible Boron “Element-Blocks”2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuo Tanaka
    • 学会等名
      4th MCF meeting, Chicago, USA
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development of stimuli-responsive luminescent polymers based on functional element-blocks2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuo Tanaka
    • 学会等名
      PPC16, Singapore
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2021-01-27  

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