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2020 年度 実績報告書

前駆体法を基盤とするπ共役拡張芳香族化合物の創成

研究課題

研究課題/領域番号 20H00379
研究機関奈良先端科学技術大学院大学

研究代表者

山田 容子  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (20372724)

研究分担者 林 宏暢  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (00736936)
松尾 恭平  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (00778904)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード前駆体 / アセン / 光反応 / ポルフィリン / 有機半導体
研究実績の概要

π共役拡張芳香族化合物の合成法の確立と電子構造の解明、結晶構造制御は、ナノカーボン材料から低分子有機半導体まで、幅広い芳香族化合物の基礎学理の深化と有機エレクトロニクスの発展において極めて重要である。我々オリジナルの前駆体法は、従来法では合成が困難な、難溶または不安定なπ共役拡張芳香族化合物を、溶媒に可溶な前駆体として合成・精製し、最終段階で光・熱などの外部刺激により定量的に目的生成物へと変換する手法で液体・薄膜・固体・マトリックス中・気相・超高真空下基板上で進行する。本課題ではこの前駆体法を最大限に活用し、合成法の開発と結晶構造制御の2つの側面から研究を推進している。
合成法の開発では、A-D-A型の新しいp型材料、n型材料の合成に着手し、現在ルートの改良を行っている。これら化合物の合成に成功し十分な量のサンプルが得られたら、結晶構造制御と塗布プロセスによる有機薄膜トランジスタの評価を行う予定である。高次アセンが環状に繋がったシクラセンの合成においては、その前駆体である窒素含有アザシクラセン前駆体の合成に成功した。
一方前駆体の単結晶にレーザー光を照射することで、酸化に対して不安定なヘプタセンに変換することに成功し、吸収スペクトルでその存在を確認した。通常これら不安定な高次アセンは、極低温の不活性ガスマトリックス中や、超高真空下での基板上合成など、特殊な合成条件が必要とされるが、大気下室温での変換に成功した。

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

本科研費初年度である本年度は、新しい化合物の合成に着手した。新規A-D-A化合物をデザインし合成を進めているが、AとDを連結するステップの収率が上がらず、改良を進めている。一方、n型材料を志向した、ポルフィリンのメソ位に窒素を導入したジアザポルフィリンにTIPS基を導入することに成功した。これまで報告されていたアリール置換ジアザポルフィリンに比べ、収率が低いため、条件検討を続けている。
一方、シクラセン前駆体の合成法開発では、いくつかのブレイクスルーにより、低収率ながら合成に成功した。今回溶解度を向上するために置換基を多く導入し、いわゆるフラスコ反応でのシクラセン前駆体に成功した。一方、これら化合物は置換基の立体障害により基板上合成には適しておらず、さらなる改良が必要である。
以上より、総じて、概ね順調に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

A-D-A化合物の合成ルートの開発では、引き続き検討を重ね合成できたものから順次、溶液プロセスによる成膜、薄膜構造解析、FET特性の評価を行い、p型、n型材料合成へのフィードバックを行う。さらにポルフィリンのメソ位に窒素を導入したジアザポルフィリンにおいても収率向上を第一目標とし、その後成膜、薄膜構造解析、FET特性の評価を行う。
シクラセン前駆体の合成に関しては、環の大きさの調整、置換基検討を行い、基板上合成に加え、環状化合物の溶液中の分光特性評価を行う。

  • 研究成果

    (24件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (14件) (うち国際共著 4件、 査読あり 13件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] EMPA(スイス)

    • 国名
      スイス
    • 外国機関名
      EMPA
  • [国際共同研究] IMDEA-Nanociencia(スペイン)

    • 国名
      スペイン
    • 外国機関名
      IMDEA-Nanociencia
  • [国際共同研究] UCSB(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      UCSB
  • [国際共同研究] Beijing Univ. of Chemical Technology/Jiangsu University(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      Beijing Univ. of Chemical Technology/Jiangsu University
  • [雑誌論文] Molecular organized isoindigo based small molecules with terminal thermally cleavable protecting group2021

    • 著者名/発表者名
      Shaker Mohamed、Hayashi Hironobu、Yamada Hiroko
    • 雑誌名

      Dyes and Pigments

      巻: 184 ページ: 108806~108806

    • DOI

      10.1016/j.dyepig.2020.108806

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Synthesis and Evaluation of Charge Transport Property of Ethynylene‐Bridged Anthracene Oligomers2021

    • 著者名/発表者名
      Zhu Juanjuan、Hayashi Hironobu、Chen Meng、Xiao Chengyi、Matsuo Kyohei、Aratani Naoki、Zhang Lei、Yamada Hiroko
    • 雑誌名

      Macromolecular Chemistry and Physics

      巻: - ページ: 2100024~2100024

    • DOI

      10.1002/macp.202100024

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Robust Unipolar Electron Conduction Using an Ambipolar Polymer Semiconductor with Solution-Processable Blends2020

    • 著者名/発表者名
      Ford Michael J.、Suzuki Mitsuharu、Bridges Colin R.、Bustillo Karen C.、Seifrid Martin、Wang Ming、Yamada Hiroko、Nguyen Thuc-Quyen、Bazan Guillermo C.
    • 雑誌名

      Chemistry of Materials

      巻: 32 ページ: 6831~6837

    • DOI

      10.1021/acs.chemmater.0c00234

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Small bandgap in atomically precise 17-atom-wide armchair-edged graphene nanoribbons2020

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi Junichi、Hayashi Hironobu、Jippo Hideyuki、Shiotari Akitoshi、Ohtomo Manabu、Sakakura Mitsuhiro、Hieda Nao、Aratani Naoki、Ohfuchi Mari、Sugimoto Yoshiaki、Yamada Hiroko、Sato Shintaro
    • 雑誌名

      Communications Materials

      巻: 1 ページ: 36

    • DOI

      10.1038/s43246-020-0039-9

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Visible‐Light‐Induced Heptacene Generation under Ambient Conditions: Utilization of Single‐crystal Interior as an Isolated Reaction Site2020

    • 著者名/発表者名
      Hayashi Hironobu、Hieda Nao、Yamauchi Mitsuaki、Chan Yee Seng、Aratani Naoki、Masuo Sadahiro、Yamada Hiroko
    • 雑誌名

      Chemistry - A European Journal

      巻: 26 ページ: 15079~15083

    • DOI

      10.1002/chem.202002155

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Directly-linked Cyclic Pyrene Tetramer as a Back-to-back Receptor for Two Fullerenes2020

    • 著者名/発表者名
      Kurosaki Ryo、Matsuo Kyohei、Hayashi Hironobu、Yamada Hiroko、Aratani Naoki
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 49 ページ: 892~895

    • DOI

      10.1246/cl.200233

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Windmill-Shaped Molecule with Anthryl Blades to Form Smooth Hole-Transport Layers via a Photoprecursor Approach2020

    • 著者名/発表者名
      Maeda Akihiro、Nakauchi Aki、Shimizu Yusuke、Terai Kengo、Sugii Shuhei、Hayashi Hironobu、Aratani Naoki、Suzuki Mitsuharu、Yamada Hiroko
    • 雑誌名

      Materials

      巻: 13 ページ: 2316~2316

    • DOI

      10.3390/ma13102316

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dinaphthothiepine Bisimide and Its Sulfoxide: Soluble Precursors for Perylene Bisimide2020

    • 著者名/発表者名
      Hayakawa Sakiho、Matsuo Kyohei、Yamada Hiroko、Fukui Norihito、Shinokubo Hiroshi
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 142 ページ: 11663~11668

    • DOI

      10.1021/jacs.0c04096

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis and Morphological Control of Organic Semiconducting Materials Using the Precursor Approach2020

    • 著者名/発表者名
      Yamada Hiroko、Kuzuhara Daiki、Suzuki Mitsuharu、Hayashi Hironobu、Aratani Naoki
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      巻: 93 ページ: 1234~1267

    • DOI

      10.1246/bcsj.20200130

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Facilitated Interfacial Electronic Processes by the π-π Stacked Edge-on Tetrabenzoporphyrin/Graphene Layer Enables Broadband Ultrasensitive Photodetecting with Prompt Response2020

    • 著者名/発表者名
      Shao Ming-Yue、Yu Miao、Suzuki Mitsuharu、Yamada Hiroko、Wang Yan-Ping、Chen Yu、Lu Cheng、Wang Dong、Yang Zhi-Yong
    • 雑誌名

      ACS Applied Electronic Materials

      巻: 2 ページ: 3459~3467

    • DOI

      10.1021/acsaelm.0c00772

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Vinylene-Bridged Cyclic Dipyrrin and BODIPY Trimers2020

    • 著者名/発表者名
      Xue Songlin、Kuzuhara Daiki、Aratani Naoki、Yamada Hiroko
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 21 ページ: 8041~8041

    • DOI

      10.3390/ijms21218041

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Porphyrinoids with Vinylene Bridges2020

    • 著者名/発表者名
      Kuzuhara Daiki、Yamada Hiroko
    • 雑誌名

      Synlett

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1055/s-0040-1705979

    • 査読あり
  • [雑誌論文] One-Pot Synthesis of a Cyclic Pyrene Octamer from Two Bifunctionalized Pyrene Monomers2020

    • 著者名/発表者名
      Mei Peifeng、Kurosaki Ryo、Matsumoto Akinobu、Yamada Hiroko、Aratani Naoki
    • 雑誌名

      Synthesis

      巻: 53 ページ: 344~347

    • DOI

      10.1055/s-0040-1705950

    • 査読あり
  • [雑誌論文] どこまで伸びる?ーベンゼン環の連結競争2020

    • 著者名/発表者名
      林 宏暢、山田容子
    • 雑誌名

      化学 4月号

      巻: 75 ページ: 68-69

  • [学会発表] 炭素原子17 個分の幅を有するアームチェア型グラフェンナノリボンの基板上合成2021

    • 著者名/発表者名
      林 宏暢, 山口 淳一, 實宝 秀幸, 塩足 亮隼, 大伴 真名歩, 荒谷 直樹, 大淵 真里, 杉本 宜昭, 佐藤 信太郎, 山田 容子
    • 学会等名
      日本化学会第101春季年会
  • [学会発表] 近赤外三重項-三重項消滅光アップコンバージョン固体系におけるルブレン誘導体から増感剤への逆エネルギー移動消光の研究2021

    • 著者名/発表者名
      澤 あか音、ニィーティ トリパティ、クレア ヘック、玉井 尚登、葛原 大軌、山田 容子、鎌田 賢司
    • 学会等名
      日本化学会第101春季年会
  • [学会発表] アクリジノアクリジンビスイミドの合成と物性2021

    • 著者名/発表者名
      田島 慶太、松尾 恭平、山田 容子、関 修平、福井 識人、忍久保 洋
    • 学会等名
      日本化学会第101春季年会
  • [学会発表] Electronic properties of bottom-up synthesized 17- and 13-atom-wide graphene nanoribbons2020

    • 著者名/発表者名
      Junichi Yamaguchi, Hironobu Hayashi, Hideyuki Jippo, Akitoshi Shiotari, Manabu Ohtomo, Mitsuhiro Sakakura, Nao Hieda, Naoki Aratani, Mari Ohfuchi, Yoshiaki Sugimoto, Hiroko Yamada, and Shintaro Sato
    • 学会等名
      MRS Fall meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] 前駆体法を用いた高次アセン合成と機能性材料創出への展開2020

    • 著者名/発表者名
      林 宏暢
    • 学会等名
      ACE Meeting Online II
  • [備考] 奈良先端科学技術大学院大学機能有機化学研究室

    • URL

      https://mswebs.naist.jp/LABs/env_photo_greenmat/publication.html

URL: 

公開日: 2021-12-27  

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