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2018 年度 実績報告書

金属クラスターと芳香族ユニットの間に働く引力相互作用の学理解明と機能開拓

研究課題

研究課題/領域番号 18H01987
研究機関北海道大学

研究代表者

小西 克明  北海道大学, 地球環境科学研究院, 教授 (80234798)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワードクラスター / 金 / 芳香族 / 相互作用 / π電子系
研究実績の概要

本研究では、配位子保護金クラスターの「金属コア部分」と「保護配位子中の芳香族部位」との間に働く非共有結合性の引力的相互作用のメカニズムを基礎的見地から解明するとともに、相互作用に誘起される光学物性応答や基質活性化などへと展開させることを目的とする。本年度は特に、最近の申請者らの研究において見いだされた「1,3-フェニレン架橋ジホスフィン配位子中のベンゼン環C-HとAu6骨格の間のAu-H相互作用」について詳細に検討した。具体的には、フェニレン芳香環に様々な電子求引性、電子供与性の置換基を導入し、金クラスター骨格と相互作用するフェニレン芳香環のπ電子密度の影響の効果を、各種分光スペクトル、X線結晶解析を用いて検討した。その結果、単結晶X線構造解析、NMRスペクトル、紫外可視吸収スペクトル解析により、これらすべてのAu6クラスターにおいて配位子架橋部のフェニレンと金骨格の間にAu-H相互作用が観察されたが、置換基の電子的性質の影響は顕著ではなく、電子的相互作用の寄与はそれほど強くないことが示唆された。一方、置換基の電子求引性が高いほどクラスターの安定性が向上することをみいだされており、Au-HC相互作用以外の要素が安定化に寄与している可能性があり、今後理論計算などを含めたさらなる解析が必要と考えられる。また、1,3-フェニレン架橋部の2位のCHをNに置き換えた2,6-ピリジル架橋ホスフィンを用いると、1,3-フェニレン型とは著しく異なる特性が観察され、詳細については次年度以降に詳細に検討する。

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

本年度に行った置換1,3-フェニレン基を架橋部とするジホスフィンで保護された6核金クラスターに関する研究で、フェニレン架橋部に導入した置換基の電子的特性(電子求引性、電子供与性)は、NMR、吸収スペクトルに大きな影響を与えないという結果を得た。これは、Au-H間での相互作用に極性が関与する水素結合的な要素が支配的ではないことを示唆するものであり、当該相互作用の理解にあたって重要な知見を取得することに成功した。またこの過程で検討したピリジル架橋型のジホスフィンを用いた場合には、著しく異なる挙動を観察しており、新しい相互作用様式の発見に繋がる可能性が高い。よって研究は順調に進捗している。

今後の研究の推進方策

本年度に見いだされた実験的知見をもとに、理論計算を組み合わせた考察を行うことで、金クラスター固有の水素結合活性を支配する要因を明らかとする。さらに、本年度に予備的知見を取得したヘテロ芳香環を架橋部位として組み込んだ系(ピリジ ンなど)と比較することで、競合すると想定されるAu cluster -π相互作用に関する知見を取得し、2種の相互作用モードを戦略的に制御する手法を考案する。

  • 研究成果

    (23件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 11件、 招待講演 5件)

  • [雑誌論文] Photoluminescence Properties of [Core+exo]-Type Au6 Clusters: Insights into the Effect of Ligand Environments on the Excitation Dynamics2019

    • 著者名/発表者名
      Shichibu Yukatsu、Zhang Mingzhe、Iwasa Takeshi、Ono Yuriko、Taketsugu Tetsuya、Omagari Shun、Nakanishi Takayuki、Hasegawa Yasuchika、Konishi Katsuaki
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 123 ページ: 6934-6949

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.9b01810

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Unusual Attractive Au-π Interactions in Small Diacetylene-Modified Gold Clusters2019

    • 著者名/発表者名
      Iwasaki Mitsuhiro、Shichibu Yukatsu、Konishi Katsuaki
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 58 ページ: 2443~2447

    • DOI

      10.1002/anie.201814359

    • 査読あり
  • [雑誌論文] An Inherently Chiral Au24 Framework with Double-Helical Hexagold Strands2018

    • 著者名/発表者名
      Sugiuchi Mizuho、Shichibu Yukatsu、Konishi Katsuaki
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 57 ページ: 7855~7859

    • DOI

      10.1002/anie.201804087

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phosphine-Ligated Gold Clusters with Core+exo Geometries: Unique Properties and Interactions at the Ligand?Cluster Interface2018

    • 著者名/発表者名
      Konishi Katsuaki、Iwasaki Mitsuhiro、Shichibu Yukatsu
    • 雑誌名

      Accounts of Chemical Research

      巻: 51 ページ: 3125~3133

    • DOI

      10.1021/acs.accounts.8b00477

    • 査読あり
  • [学会発表] フェニレン架橋サブナノ金クラスターの Au-H 水素結合特性2019

    • 著者名/発表者名
      王世鵬、岩崎光紘、七分勇勝、小西克明
    • 学会等名
      化学系学協会北海道支部2019年冬季研究発表会
  • [学会発表] Optical properties and ligand environments of diphosphine-ligated gold clusters2019

    • 著者名/発表者名
      七分勇勝、小川悠里、杉内瑞穂、小西克明
    • 学会等名
      日本化学会第99春季年会(2019)
  • [学会発表] ピリジン架橋されたジホスフィン保護 Au クラスターの合成と特性2019

    • 著者名/発表者名
      板倉寛、岩崎光紘、七分勇勝、小西克明
    • 学会等名
      日本化学会第99春季年会(2019)
  • [学会発表] Unique Au-H interaction in diphosphine-protected gold clusters2019

    • 著者名/発表者名
      Iwasaki, Mitsuhiro., Wang, Shipeng., Shichibu, Yukatsu., Konishi, Katsuaki.
    • 学会等名
      日本化学会第99春季年会(2019)
  • [学会発表] Gold Clusters beyond Nano: Diverse Structures and Unique Properties2018

    • 著者名/発表者名
      小西克明
    • 学会等名
      Asian Symposium on Nanoscience and Nanotechnology 2018
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ジインと金クラスターの間での非結合性相互作用2018

    • 著者名/発表者名
      岩崎光紘・七分勇勝・小西克明
    • 学会等名
      ナノ学会第16回大会
  • [学会発表] Supramolecular chemistry of small gold clusters. Unusual aggregation-induced optical responses2018

    • 著者名/発表者名
      小西克明
    • 学会等名
      10th International Symposium on Nano and Supramolecular Chemistry 2018
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 金ナノクラスターの配位子環境と光学特性2018

    • 著者名/発表者名
      七分勇勝、小川悠里・杉内 瑞穂、小西克明
    • 学会等名
      第30回配位化合物の光化学討論会
  • [学会発表] Au-H hydrogen bonds in ligand-coordinated gold clusters2018

    • 著者名/発表者名
      Konishi, Katsuaki., Bakar, M. Abu., Shichibu, Yukatsu.
    • 学会等名
      Gold 2018
    • 国際学会
  • [学会発表] Au-H hydrogen bonds in diphosphine-coordinated gold clusters2018

    • 著者名/発表者名
      小西克明
    • 学会等名
      43rd International Conference on Coordination Chemistry
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Geometries and Optical Properties of Magic-Number Icosahedral Au13 Clusters2018

    • 著者名/発表者名
      七分勇勝、小西克明
    • 学会等名
      43rd International Conference on Coordination Chemistry
    • 国際学会
  • [学会発表] Perturbation effects of non-bonding interactions in coordinated Au8 cluster2018

    • 著者名/発表者名
      岩崎光紘、七分勇勝、小西克明
    • 学会等名
      43rd International Conference on Coordination Chemistry
    • 国際学会
  • [学会発表] Hydrogen bonding interaction in phosphine-ligated small gold clusters2018

    • 著者名/発表者名
      Wang, Shipeng., Iwasaki, Mitsuhiro., Shichibu, Yukatsu., Konishi, Katsuaki.
    • 学会等名
      The 19th International Symposium on Small Particles and Inorganic Clusters
    • 国際学会
  • [学会発表] Ligand-protected clusters beyond nano: From molecules to assemblies2018

    • 著者名/発表者名
      Konishi, Katsuaki.
    • 学会等名
      The 19th International Symposium on Small Particles and Inorganic Clusters
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ジイン修飾金クラスターでの特異なAu-π相互作用2018

    • 著者名/発表者名
      岩崎光紘、七分勇勝、小西克明
    • 学会等名
      第12回分子科学討論会
  • [学会発表] ジホスフィン配位金クラスターの配位子環境と光学特性2018

    • 著者名/発表者名
      七分勇勝、小川悠里、杉内瑞穂、小西克明
    • 学会等名
      第12回分子科学討論会
  • [学会発表] Subnanometer gold clusters: How different form nano?2018

    • 著者名/発表者名
      Konishi, Katsuaki.
    • 学会等名
      The China-Japan-Singapore Symposium on Metal Nanoclusters and Biomaterials
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Attractive Interactions at the Metal-Ligand Interface of Coordinated Clusters2018

    • 著者名/発表者名
      Konishi, Katsuaki.
    • 学会等名
      2018 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • 国際学会
  • [学会発表] Perturbation effect of π-conjugation system through non-bonding interaction in small gold clusters2018

    • 著者名/発表者名
      Iwasaki, Mitsuhiro., Shichibu, Yukatsu., Konishi, Katsuaki.
    • 学会等名
      2018 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • 国際学会

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公開日: 2019-12-27  

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