| 研究課題/領域番号 |
17K05971
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| 研究機関 | 地方独立行政法人大阪産業技術研究所 |
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研究代表者 |
伊藤 貴敏 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 総括研究員 (60416295)
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| 研究分担者 |
岩井 利之 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 主任研究員 (20416291)
松元 深 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 主任研究員 (50416301)
隅野 修平 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 研究員 (60783272)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | フラーレン / メタノフラーレン / 選択的合成 / ヒドラゾン / 硫黄イリド / 有機薄膜太陽電池 |
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| 研究実績の概要 |
有機薄膜太陽電池材料のアクセプタ材料に関してはフラーレン誘導体の高LUMO化が望まれている。有機基を二つ置換したフラーレン分子はπ共役系が縮小することで高LUMO化し、電圧値の向上が報告されている。しかしながら、フラーレンへの複数置換基の導入において、異性体混合物はそれぞれのエネルギー準位が異なることから、電池性能の評価において電圧値の極小化が起こる。また、有機付加基の立体的な影響が、電子移動度の低下を引き起こす可能性があると考えられている。これら負の影響を小さくするために、高度かつコンパクトに置換位置を制御した有機二置換フラーレンを高選択的が合成できる付加前駆体を分子設計した。これまでに、フラーレンに対して二つ置換するために付加前駆体の分子内に二つの反応性基（トシルヒドラジンとスルフィド）を有する付加前駆体を新規に合成し、アクセプタ材料の標準として利用されているPCBMに類似したフェニル基およびメチルエステル基を含む二置換フラーレン誘導体を合成した。また、付加前駆体の合成は、６工程ものステップ必要であったが、芳香族炭化水素と3-クロロプロピオニルクロリドを原料としたFriedel-Crafts反応で得られた化合物を中間体とする工程改良により、分子内にトシルヒドラジンとスルフィドを有する付加前駆体を3工程で得ることに成功した。各種誘導体を評価する上において、付加前駆体の効率的な合成法の開発されたことにより、芳香環上にメトキシ基、エトキシ基、2-メトキシエトキシ基、メトキシカルボニルメトキシ基などの各種置換基を有する付加前駆体が効率良く合成でき、フラーレン誘導体合成へ展開できた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
フラーレン誘導体の有機基となる付加前駆体において、同一分子構造内にトシルヒドラゾンとスルフィドを有する二官能性の付加前駆体の短工程合成法を利用して、芳香環上にメトキシ基、エトキシ基、2-メトキシエトキシ基、メトキシカルボニルメトキシ基などの各種置換基を有する付加前駆体が効率良く合成できた。更にこの前駆体を利用し、フラーレンと反応させることにより各種二置換フラーレン誘導体の合成へ展開できた。合成した二置換フラーレン誘導体は、一置換フラーレン誘導体と比較して当初の計画通り還元電位の上昇が確認できた。しかしながら、一置換体と比べて僅かな上昇が観測された程度であった。結果として、新規二置換フラーレン誘導体の合成、および、還元電位の上昇を確認できたことによる進展はあるが、還元電位の上昇の程度が僅かであったことから、予定がやや遅れていると考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度では、更なる還元電位の上昇を目指してフラーレン誘導体の合成を進める。今年度に合成した二置換フラーレン誘導体が、一置換体と比べて還元電位の上昇の程度が僅かであった原因として、フラーレン分子の近傍に電子吸引性のカルボキシル基が置換していることと考察した。そこで、還元電位の更なる上昇を目指して、合成した二置換フラーレン誘導体からカルボキシル基の除去、または、エステル基を還元などの官能基変換を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
二置換フラーレン誘導体の還元電位を上昇されるために、フラーレン誘導体の置換基を変換することを計画している。今後は、原料となる付加前駆体の合成からボトムアップが必要である。このことから、使用計画として、グラムスケール合成に必要となるフラーレンなどの試薬等の消耗品として支出する予定である。
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