• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2018 年度 実施状況報告書

π拡張型らせん状芳香族分子の合成とキラル分子機能の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 18K05077
研究機関京都大学

研究代表者

廣瀬 崇至  京都大学, 化学研究所, 准教授 (30626867)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワードヘリセン / π拡張 / キラリティー / 円二色性 / らせん反転 / 分子ばね定数 / 芳香族性 / 過渡吸収分光
研究実績の概要

本年度は、主に2種類のπ拡張型キラル化合物の合成を行い、キラルな分子構造に特徴的な分子機能の調査を行った。
ヘキサベンゾコロネンをらせん状に展開した構造を持つπ拡張型[7]ヘリセン(ヘキサペリヘキサベンゾ[7]ヘリセン)は、トルエン溶液中において約800 nmに吸収端を示した。分子構造全体を均一にπ拡張する分子設計が長波長応答性を付与する上で有効であるという知見が得られた。また、π拡張型[7]ヘリセンのらせん構造に由来する光学異性体はキラルHPLCを用いて分離が可能であった。円偏光吸収の非対称因子は |gCD| = 1.6 × 10-2 であり、π拡張型[7]ヘリセンが優れたキラル光学特性を示すことを明らかにした。フェムト秒過渡吸収分光測定によって測定した励起状態寿命は約1.2 psであり、無置換の[7]ヘリセンと比較して10の4乗倍におよぶ超高速の励起状態ダイナミクスを示すことを明らかにした。
ベンゼン環が正六角形状に縮環したケクレンをらせん状に展開したπ伸長型ヘリセン誘導体については、鈴木-宮浦カップリング反応とGrubbs第二世代触媒を用いて効率的に合成できることを明らかにした。合成したπ伸長型ヘリセンのらせん直径は約10.2 Åであり、無置換の[7]ヘリセン(約5.2 Å)と比較して顕著に大きならせん径を持つ化合物である。分子ばね伸長に対応する力の定数を理論化学計算によって調査した所、π伸長型ヘリセンの分子ばね定数は[7]ヘリセンと比較して約10分の1であり、大きならせん径に由来して「非常に柔らかい分子ばね」として振る舞うことを明らかにした。
以上のように、均一にπ共役系を拡張したらせん型芳香族分子が「世界最高レベルの優れたキラル分子機能」や「高い柔軟性を持つ分子ばね材料」を実現する上で有用であることを示した。

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

本年度は当初の研究計画で設計したπ拡張型ヘリセンの内、2種類の化合物について合成、単結晶X線構造解析、円偏光物性の測定に成功し、学術論文として発表することができた。それぞれの化合物の物性測定を通じて、(1)π拡張型[7]ヘリセンが1.2 psの寿命を持つ超高速励起状態ダイナミクスを示すことや、(2)π伸長型ヘリセンが非常にフレキシブルな分子ばね特性を示すことなど、当初の想定以上の知見が得られたことから、当初の研究計画以上に進展していると言える。

今後の研究の推進方策

今後は、走査型プローブ顕微鏡などを用いた単一分子測定に向けて、らせん構造の末端に適切な置換基を導入する手法の確立を目指す。また、らせん状分子の水平方向への更なるπ拡張やらせん軸方向へのらせん長の伸長が、らせん状多環芳香族炭化水素 (HPAHs) の分子物性に及ぼす影響について、実測と理論計算を組み合わせたアプローチを用いて検討を進める予定である。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 3件、 招待講演 7件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 2-D Self-assembly of Alkyl-substituted Oligophenylene Derivatives at the Liquid/Solid Interface: Influence of Core Size and Hydrogen Bonds on the Nucleation?Elongation Process2019

    • 著者名/発表者名
      Nishitani Nobuhiko、Hirose Takashi、Matsuda Kenji
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 48 ページ: 253~256

    • DOI

      10.1246/cl.180944

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Self-assembly of metal-organic polyhedra into supramolecular polymers with intrinsic microporosity2018

    • 著者名/発表者名
      Carne-Sanchez Arnau、Craig Gavin A.、Larpent Patrick、Hirose Takashi、Higuchi Masakazu、Kitagawa Susumu、Matsuda Kenji、Urayama Kenji、Furukawa Shuhei
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 9 ページ: 2506

    • DOI

      10.1038/s41467-018-04834-0

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Synthesis of a Helical Analogue of Kekulene: A Flexible π-Expanded Helicene with Large Helical Diameter Acting as a Soft Molecular Spring2018

    • 著者名/発表者名
      Nakakuki Yusuke、Hirose Takashi、Matsuda Kenji
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 140 ページ: 15461~15469

    • DOI

      10.1021/jacs.8b09825

    • 査読あり
  • [学会発表] Development of Molecular Functions Based on Helically Twisted Polycyclic Aromatic Hydrocarbons2018

    • 著者名/発表者名
      Takashi Hirose
    • 学会等名
      IRCCS The 2nd International Symposium "New Future by Chemical Synthesis and Energy Materials"
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] π拡張型らせん状分子のキラル分光特性と分子バネ特性2018

    • 著者名/発表者名
      廣瀬崇至
    • 学会等名
      研究室講演会 (千葉大学グローバルプロミネント研究基幹 矢貝史樹研究室)
    • 招待講演
  • [学会発表] π拡張型らせん状芳香族化合物の合成と物性評価2018

    • 著者名/発表者名
      廣瀬崇至
    • 学会等名
      物質科学セミナー (筑波大学数理物質系 山本洋平研究室)
    • 招待講演
  • [学会発表] キラリティーを持つ多環芳香族化合物の合成と分子機能2018

    • 著者名/発表者名
      廣瀬崇至
    • 学会等名
      化学科講演会 (静岡大学理学部 山中正道研究室)
    • 招待講演
  • [学会発表] π-Extended Polycyclic Aromatic Hydrocarbons Having Axial or Helical Chirality2018

    • 著者名/発表者名
      Takashi Hirose
    • 学会等名
      International Congress on Pure & Applied Chemistry Langkawi 2018 (ICPAC Langkawi)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] キラリティーを持つ大きなπ共役系分子の合成と分光特性評価2018

    • 著者名/発表者名
      廣瀬崇至
    • 学会等名
      第5回π造形科学若手研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] π拡張型キラル化合物の合成と分光特性2018

    • 著者名/発表者名
      廣瀬崇至
    • 学会等名
      第7回化学フロンティア研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of the Basic Structures of Helically Twisted Polycyclic Aromatic Hydrocarbons2018

    • 著者名/発表者名
      T. Hirose, Y. Nakakuki, K. Matsuda
    • 学会等名
      The 14th International Kyoto Conference on New Aspects of Organic Chemistry (IKCOC-14)
    • 国際学会
  • [学会発表] らせん状ケクレンの合成:大きならせん径を持つ拡張ヘリセン誘導体の構造と分光特性2018

    • 著者名/発表者名
      廣瀬崇至、中莖祐介、松田建児
    • 学会等名
      第29回基礎有機化学討論会
  • [学会発表] フロンティア軌道の対称性に基づく強発光性ヘリセン誘導体の設計とCPL発光特性の評価2018

    • 著者名/発表者名
      廣瀬崇至、久保拓夢、松田建児
    • 学会等名
      2018年光化学討論会
  • [備考] 京都大学化学研究所村田研究室webページ

    • URL

      https://www.scl.kyoto-u.ac.jp/~kouzou/member/hirose.html

URL: 

公開日: 2019-12-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi