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2019 年度 実施状況報告書

革新的なナノグラフェン-有機複合体の開発と機能発現

研究課題

研究課題/領域番号 18K05085
研究機関広島大学

研究代表者

関谷 亮  広島大学, 理学研究科, 准教授 (00376584)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワードナノグラフェン / グラフェン / グラフェン量子ドット / 超分子化学 / 高分子材料 / 発光性材料 / キラリティー
研究実績の概要

ナノグラフェンの分割法について:
令和元年度はナノグラフェンノグラムスケールの分割法の開発を行なった。複数の細孔サイズの異なる透析幕を併用することで特定の大きさのナノグラフェンを選択的に、そしてグラムスケールで得ることができるようになった。サイズ分割を行なっていないナノグラフェンと比較して、光学的な性質が安定することを確認した。(ナノグラフェンの光学的な性質は実験条件によって変化することが知られている。)
キラリティーを有するナノグラフェンについて:
この研究と並行して将来的に円偏光発光が可能なナノグラフェンの実現を目指し、キラリティーを有する有機置換基をナノグラフェンに導入した。各種測定により、ナノグラフェン上にキラリティーが誘導されたことが確認された。実測のスペクトルと科学技術計算により算出されたスペクトルを比較検討することで、キラリティーの転写のメカニズムの解明を行なった。
鈴木ー宮浦クロスカップリングについて:
ナノグラフェンのエッジ部分の修飾法の多様化は非常に重要な研究テーマである。これまでクリック反応のみで化学修飾が可能であった。これをさらに発展させるために、臭素原子を有する有機置換基をナノグラフェンのエッジに導入した。反応条件を各種検討したところ、通常の有機化合物と同様に鈴木ー宮浦クロスカップリング反応が進行する条件を見出すことに成功した。現在この反応を利用したナノグラフェンのエッジ修飾を進めている。

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

ナノグラフェンの分割法は研究の基盤となる重要な研究である。当初本手法の開発には数年程度かかることが予想されたが、結果として1年未満で分割法の開発に成功した。これにより、今後用いるナノグラフェンはサイズ分布が狭いものを用いることができるようになり、ナノグラフェンの物性の安定性が高くなることが予測される(サイズ分布が広いと合成ごとに光物性等が異なる場合がある)。キラリティーの導入に関しても、当初ナノグラフェンの構造が不明瞭であること、研究例が極めて限られていることからその実現には時間がかかることが予想された。しかし、当初の予想以上に研究が進み、結果として1年程度で結論まで至った。一方、クロスカップリング反応を利用した新規化学修飾ナノグラフェンの開発に関しては、現段階で反応条件の確立に関しては達成したが、それを応用する研究が現在始まったばかりであり、当初の予定よりやや遅れている。これらの状況を踏まえ、研究の進捗状況を「概ね順調に進展している」とした。

今後の研究の推進方策

ナノグラフェン分割法について:
現在様々な炭素源を出発物質に用い、本分割法がどの程度応用できるのか、そして炭素源の違いによって光物性などが影響を受けるのかについて検討する必要がある。
キラリティーを有するナノグラフェンについて:
令和元年度の研究により、ナノグラフェンのエッジ部分のキラル置換基を導入することで有機置換基からナノグラフェンへのキラル転写が起こることを明らかにした。キラル転写のメカニズムについても概ね解明できたが、円二色性分散計より得られたスペクトルではナノグラフェン上のキラリティーの発現の度合いが小さいのが現状である。そこで、本年度はより大きな有機置換基をナノグラフェンのエッジに導入することでより大きなねじれをナノグラフェン上に誘起するための研究を推進する。
鈴木ー宮浦クロスカップリングについて:
令和元年度の研究によって、ナノグラフェンのエッジ上でクロスカップリングが進行することを明らかにした。現段階で成功している反応例はわずかであることから、令和二年度は反応例を増やしすことでクロスカップリングによる構造修飾がどこまでナノグラフェンに適応できるのかを検討したい。

  • 研究成果

    (21件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 6件)

  • [雑誌論文] Chirality‐Embedded Nanographenes2020

    • 著者名/発表者名
      Nishitani Shohei、Sekiya Ryo、Haino Takeharu
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 59 ページ: 669~673

    • DOI

      10.1002/anie.201910040

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Intrinsic Emission from Nanographenes2019

    • 著者名/発表者名
      Yamato Kairi、Sekiya Ryo、Nishitani Shohei、Haino Takeharu
    • 雑誌名

      Chemistry An Asian Journal

      巻: 14 ページ: 3213~3220

    • DOI

      10.1002/asia.201900906

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A protocol for size separation of nanographenes2019

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto Ikuya、Sekiya Ryo、Haino Takeharu
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 9 ページ: 33843~33846

    • DOI

      10.1039/c9ra07528c

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Feet-to-Feet Connected Trisresorcinarenes2019

    • 著者名/発表者名
      Shimoyama Daisuke、Sekiya Ryo、Kudo Hiroto、Haino Takeharu
    • 雑誌名

      Organic Letters

      巻: 22 ページ: 352~356

    • DOI

      10.1021/acs.orglett.9b03693

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Substituent-controlled racemization of dissymmetric coordination capsules2019

    • 著者名/発表者名
      Harada Kentaro、Sekiya Ryo、Maehara Takeshi、Haino Takeharu
    • 雑誌名

      Organic & Biomolecular Chemistry

      巻: 17 ページ: 4729~4735

    • DOI

      10.1039/c9OB00388f

    • 査読あり
  • [学会発表] 共有結合で連結したレゾルシンアレーンカプセルの合成と分子認識2019

    • 著者名/発表者名
      原田健太郎・関谷亮・灰野岳晴
    • 学会等名
      第17回ホスト-ゲスト・超分子化学シンポジウム
  • [学会発表] キラルな有機置換基で修飾したナノグラフェンの合成と光物性2019

    • 著者名/発表者名
      西谷翔平・関谷亮・灰野岳晴
    • 学会等名
      第68回高分子学会年次大会
  • [学会発表] Near-Infrared Emission from Nitrogen-doped Nanographenes2019

    • 著者名/発表者名
      Ryo Sekiya, Kairi Yamato, Kaho Suzuki, and Takeharu Haino
    • 学会等名
      18th International Symposium on Novel Aromatic Compounds
    • 国際学会
  • [学会発表] Synthesis and Optical Properties of Chiral Nanographene2019

    • 著者名/発表者名
      Shohei Nishitani, Ryo Sekiya, and Takeharu Haino
    • 学会等名
      18th International Symposium on Novel Aromatic Compounds
    • 国際学会
  • [学会発表] キラリティーを有するナノグラフェンの合成2019

    • 著者名/発表者名
      関谷亮・西谷翔平・灰野岳晴
    • 学会等名
      第30回基礎有機化学討論会
  • [学会発表] キラルなフェニルエチルフタルイミド骨格で修飾したナノグラフェンの合成と光物性2019

    • 著者名/発表者名
      西谷翔平・関谷亮・灰野岳晴
    • 学会等名
      第30回基礎有機化学討論会
  • [学会発表] サリチリデンアニリンを有する 5,17-二置換カリックス[4]アレーンの合成と物性2019

    • 著者名/発表者名
      大山敦史・関谷亮・灰野岳晴
    • 学会等名
      第30回基礎有機化学討論会
  • [学会発表] 内部空孔の大きさを制御できるレゾルシンアレーンカプセルの分子認識2019

    • 著者名/発表者名
      原田健太郎・関谷亮・灰野岳晴
    • 学会等名
      第30回基礎有機化学討論会
  • [学会発表] 透析により分離されたナノグラフェンの構造と光物性2019

    • 著者名/発表者名
      松本育也・関谷亮・灰野岳晴
    • 学会等名
      第30回基礎有機化学討論会
  • [学会発表] 外周部分を嵩高いイミド骨格で修飾したキラルナノグラフェンの光学特性2019

    • 著者名/発表者名
      西谷翔平, 関谷亮, 灰野岳晴
    • 学会等名
      第13回有機π電子系シンポジウム
  • [学会発表] Head-to-tail型カラム構造を用いたサーモクロミック結晶の開発2019

    • 著者名/発表者名
      大山敦史, 関谷亮, 灰野岳晴
    • 学会等名
      第13回有機π電子系シンポジウム
  • [学会発表] 透析膜によって分離したナノグラフェンの構造と物性2019

    • 著者名/発表者名
      松本育也, 関谷亮, 灰野岳晴
    • 学会等名
      第13回有機π電子系シンポジウム
  • [学会発表] Synthesis and Molecular Recognition of Size-regulable Hemi-carcerand2019

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Harada, Ryo Sekiya, Takeharu Haino
    • 学会等名
      The 16th Nano Bio Info Chemistry Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Nanographene-based Supramolecular Chemistry2019

    • 著者名/発表者名
      Ryo Sekiya, Kairi Yamato, Kaho Suzuki, and Takeharu Haino
    • 学会等名
      The 20th General Assembly of the Federation of Asian Chemical Societies and The 18th Asian Chemical Congress in Taiwan
    • 国際学会
  • [学会発表] Synthesis and Optical Properties of Nanographene Functionalized with Chiral Organic Substituent2019

    • 著者名/発表者名
      Shohei Nishitani, Ryo Sekiya, and Takeharu Haino
    • 学会等名
      The 20th General Assembly of the Federation of Asian Chemical Societies and The 18th Asian Chemical Congress in Taiwan
    • 国際学会
  • [学会発表] Synthesis and Molecular Recognition of Covalently-linkedResorcinareneCapsule2019

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Harada, Ryo Sekiya, and Takeharu Haino
    • 学会等名
      The 20th General Assembly of the Federation of Asian Chemical Societies and The 18th Asian Chemical Congress in Taiwan
    • 国際学会

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公開日: 2021-01-27  

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