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2019 年度 実施状況報告書

七員環構造を鍵とする高歪化合物の創出と特異な構造に基づく応答機能

研究課題

研究課題/領域番号 19K15528
研究機関北海道大学

研究代表者

石垣 侑祐  北海道大学, 理学研究院, 助教 (60776475)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード構造有機化学 / 高歪化合物 / 酸化還元系 / 応答性分子 / ジカチオン / X線結晶構造解析
研究実績の概要

本研究に先立って,分子内コア-シェル構造を有する高歪化合物において,1.8オングストロームを超える炭素-炭素単結合を見出し,「超結合」という概念を新たに提案した。この高歪化合物に基づく超結合は,その極限状態ゆえに弱いエネルギーで伸縮することが明らかとなっており,この構造をモチーフとすることでどのような相互作用が結合長,あるいは分子軌道に影響を与えるのかを調査可能と期待される。また,七員環構造を持つ高歪化合物がもたらす特異な構造は,新たな機能創出を可能にすると考え,光/熱異性化に基づく酸化特性のオン/オフスイッチングの実現を二つ目の課題とした。2019年度はこれらの課題を推進したのでその概要を以下に示す。
まず,電子的特性が結合長へ与える影響を調査することとし,電子供与性の置換基を有する誘導体の合成に着手した。これまでにメトキシ基を有する誘導体の合成に成功し,得られた単結晶について構造解析を進めたところ,1.761(2)-1.795(3)オングストロームという結合長を明らかにし,弱い結合の伸長性を確認することができた。
また,第二の課題として設計・合成したアントラキノジメタン誘導体において,二種類の異性体を単離することができ,異性体間の酸化電位(HOMO準位)に差があることを明らかにした。加えて,光及び熱により定量的にスイッチング可能であり,一方の異性体が酸化されやすいことを利用して,適切な酸化剤を選択することで完全な選択的酸化が可能なことを見出した。特筆すべき点として,二種類の異性体が混合した状態であっても,一方のみを選択的にジカチオンへと酸化可能であった。

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

申請時に提案した三つの研究課題のうち,光/熱異性化に基づく酸化特性のオン/オフスイッチングを実現できたことからおおむね順調に進展していると判断した。現在までに得られた成果を基に,より高度な制御性の実現に向けて研究を展開する。

今後の研究の推進方策

一つ目の課題である,「電子的特性が結合長へ与える影響の解明」に関して,電子供与基の導入方法は確立できたものの,電子求引基を有する場合は反応性の低下が顕著であり,合成を達成できていない。また,これまでの検討において置換基の配向による結合長への影響が少なからずあることが判明したため,回転による結晶中でのディスオーダーがないような置換基を選択することが重要である。これらの検討結果を基に,合成ルートの再構築を行い,検討を進める。
また,「酸化特性のオン/オフスイッチング」については,十分な成果が得られている一方,電位差や対応する酸化種の安定性に課題が残されている。これらの解決に向けて,中央の骨格の変調,あるいは電子供与性の置換基の導入など,さらなる調査を行う予定である。
具体的には,①DFT計算による分子設計,②合成し,X線結晶構造解析により構造決定,③外部刺激による応答挙動調査,④分子設計へフィードバック,の4つのサイクルを速やかに回すことで,革新的応答系の実現を目指す。

次年度使用額が生じた理由

新型コロナウイルスの影響により、学会が中止になったことに加えて、年度末の実験計画がやや遅れたため。

  • 研究成果

    (29件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (23件) (うち国際学会 11件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] 南京大学(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      南京大学
  • [雑誌論文] A Novel Condensed Heterocyclic Quinone with a Dibenzofuranobisthiadiazole Skeleton2020

    • 著者名/発表者名
      Suzuki Takanori、Sugawara Kazuma、Nojo Wataru、Ishigaki Yusuke、Ohkanda Junko
    • 雑誌名

      HETEROCYCLES

      巻: 101 ページ: 99~99

    • DOI

      10.3987/COM-19-S(F)7

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Switching of Redox Properties Triggered by a Thermal Equilibrium between Closed-Shell Folded and Open-Shell Twisted Species2020

    • 著者名/発表者名
      Ishigaki Yusuke、Hashimoto Takumi、Sugawara Kazuma、Suzuki Shuichi、Suzuki Takanori
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1002/anie.201916089

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hexaarylbutadiene: A Versatile Scaffold with Tunable Redox Properties towards Organic Near‐Infrared Electrochromic Material2020

    • 著者名/発表者名
      Ishigaki Yusuke、Harimoto Takashi、Sugimoto Keisuke、Wu Luyan、Zeng Wenhui、Ye Deju、Suzuki Takanori
    • 雑誌名

      Chemistry An Asian Journal

      巻: 15 ページ: 1147~1155

    • DOI

      10.1002/asia.201901816

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Two-Way Chromic Systems Based on Tetraarylanthraquinodimethanes: Electrochromism in Solution and Mechanofluorochromism in a Solid State2019

    • 著者名/発表者名
      Ishigaki Yusuke、Sugawara Kazuma、Yoshida Masaki、Kato Masako、Suzuki Takanori
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      巻: 92 ページ: 1211~1217

    • DOI

      10.1246/bcsj.20190094

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photo- and Thermal Interconversion of Multiconfigurational Strained Hydrocarbons Exhibiting Completely Switchable Oxidation to Stable Dicationic Dyes2019

    • 著者名/発表者名
      Ishigaki Yusuke、Hayashi Yuki、Suzuki Takanori
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 141 ページ: 18293~18300

    • DOI

      10.1021/jacs.9b09646

    • 査読あり
  • [学会発表] 高歪化合物の特異な立体構造に基づく機能創出2020

    • 著者名/発表者名
      石垣侑祐
    • 学会等名
      化学系学協会北海道支部2019年冬季研究発表会(北海道支部奨励賞受賞講演)
    • 招待講演
  • [学会発表] 高歪み化合物に基づく超結合の創出と異性化を鍵とする応答制御2020

    • 著者名/発表者名
      石垣侑祐
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会(第34回若い世代の特別講演会)
    • 招待講演
  • [学会発表] テトラチエニルアントラキノジメタン誘導体の閉殻/開殻スイッチングに基づく応答挙動2020

    • 著者名/発表者名
      石垣侑祐, 橋本拓実, 菅原一真, 鈴木修一, 鈴木孝紀
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] ビストリアリールメチリウム型大環状ジカチオンの構築と応答挙動2020

    • 著者名/発表者名
      石垣侑祐, 立花拓哉, 鈴木孝紀
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] [C-H…C+]架橋型カチオンの1,6-ヒドリドシフトに基づく異性化応答2020

    • 著者名/発表者名
      石垣侑祐, 林裕貴, 若森晋之介, 山田英俊, 鈴木孝紀
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] ポリアリールテトラアザアントラキノジメタン誘導体の結晶多形と立体配置2020

    • 著者名/発表者名
      菅原一真, 石垣侑祐, 鈴木孝紀
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] 新規テトラアザアントラキノジメタン誘導体の構築2020

    • 著者名/発表者名
      菅原一真, 石垣侑祐, 鈴木孝紀
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] Hyper covalent bond in highly strained hydrocarbon: an expandable C-C single bond with a bond length beyond 1.8 angstrom2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Ishigaki, T. Shimajiri, T. Suzuki
    • 学会等名
      14th International Symposium on Functional π-Electron Systems
    • 国際学会
  • [学会発表] Reversible switching of oxidative properties of overcrowded ethylenes by photo- and thermal isomerization between syn/anti-folded isomers2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Ishigaki, Y. Hayashi, T. Suzuki
    • 学会等名
      14th International Symposium on Functional π-Electron Systems
    • 国際学会
  • [学会発表] 分子内コア-シェル型高歪化合物:C-C 単結合の限界への挑戦2019

    • 著者名/発表者名
      島尻拓哉, 石垣侑祐, 鈴木孝紀
    • 学会等名
      第31回万有札幌シンポジウム
  • [学会発表] Controllable oxidative properties between syn/anti-folded isomers switched by photo- and thermal isomerization2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Ishigaki, Y. Hayashi, T. Suzuki
    • 学会等名
      The 10th CSE-ALP International Summer School
    • 国際学会
  • [学会発表] Two-way Chromic Systems Based on Tetraarylanthraquinodimethanes2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Ishigaki, K. Sugawara, T. Suzuki
    • 学会等名
      CSE international student symposium 2019 (2nd Asian-French Workshop on Polymer Science)
    • 国際学会
  • [学会発表] Tetraarylanthraquinodimethanes exhibiting electrochromism in solution and mechanofluorochromism in solid state2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Ishigaki, K. Sugawara, T. Suzuki
    • 学会等名
      The 18th International Symposium on Novel Aromatic Compounds
    • 国際学会
  • [学会発表] Molecular Switches with Controllable Oxidative Properties Triggered by Light and Heat2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Ishigaki, Y. Hayashi, T. Suzuki
    • 学会等名
      The 18th International Symposium on Novel Aromatic Compounds
    • 国際学会
  • [学会発表] Hyper Covalent Bond with a Bond Length beyond 1.8 Angstrom in a Highly Strained Aromatic Hydrocarbon2019

    • 著者名/発表者名
      T. Shimajiri, Y. Ishigaki, T. Suzuki
    • 学会等名
      The 18th International Symposium on Novel Aromatic Compounds
    • 国際学会
  • [学会発表] アントラキノジメタン誘導体の構造変化に基づく酸化特性制御2019

    • 著者名/発表者名
      石垣侑祐, 橋本拓実, 菅原一真, 鈴木孝紀
    • 学会等名
      第30回基礎有機化学討論会
  • [学会発表] 共役ジエン型電子供与体と近赤外吸収を有するジカチオンとの酸化還元応答2019

    • 著者名/発表者名
      石垣侑祐, 張本尚, 杉本佳亮, 菅原一真, 鈴木孝紀
    • 学会等名
      第30回基礎有機化学討論会
  • [学会発表] 極度に長い結合を有する高歪化合物の分子内光環化反応を鍵とする多段階構造制御2019

    • 著者名/発表者名
      島尻拓哉, 石垣侑祐, 鈴木孝紀
    • 学会等名
      第30回基礎有機化学討論会
  • [学会発表] 新規高歪み炭化水素の光―熱異性化に基づく酸化特性の可逆的スイッチング2019

    • 著者名/発表者名
      石垣侑祐, 林裕貴, 鈴木孝紀
    • 学会等名
      第9回CSJ化学フェスタ2019
  • [学会発表] Fine-tuning of Redox Properties of 1,3-Diene-type Electron Donors and Corresponding Dications with NIR Absorption2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Ishigaki, T. Harimoto, K. Sugimoto, T. Suzuki
    • 学会等名
      The 20th RIES-HOKUDAI International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Reversible ON/OFF switching of oxidative properties by photo- and thermal interconversion between configurational isomers of strained hydrocarbons2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Ishigaki, Y. Hayashi, T. Suzuki
    • 学会等名
      The 20th RIES-HOKUDAI International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Tetraarylanthraquinodimethane-type redox systems exhibiting different chromism in solution and in a solid state2019

    • 著者名/発表者名
      K. Sugawara, Y. Ishigaki, T. Suzuki
    • 学会等名
      The 20th RIES-HOKUDAI International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Reversible Expansion and Contraction of an Extremely Elongated Csp3-Csp3 Single Bond Based on Photo- and Thermal Isomerization of Highly Strained Hydrocarbons2019

    • 著者名/発表者名
      T. Shimajiri, Y. Ishigaki, T. Suzuki
    • 学会等名
      The 20th RIES-HOKUDAI International Symposium
    • 国際学会

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公開日: 2021-01-27  

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