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2020 年度 実績報告書

ポストナノカーボン科学:ナノπ空間の精密構造科学

研究課題

研究課題/領域番号 20H05672
研究機関東京大学

研究代表者

磯部 寛之  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (30302805)

研究分担者 芥川 智行  東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (60271631)
研究期間 (年度) 2020-08-31 – 2025-03-31
キーワード分子機械 / ナノカーボン / 有機合成化学 / 物理有機化学 / 巨大分子 / 湾曲π共役
研究実績の概要

「ポストナノカーボン科学:ナノπ空間の精密構造科学」と題した本研究は,明確・一義な構造を有する新たなナノカーボン分子を設計・合成し,その特性解明とそれに基づく機能開拓を目指すものである.「大きく曲がったπ電子系の特性とはなにか?」を根源的な問いに据え,「新分子・新物質創造」によりその解を追い求める提案である.「1.多様構造の創造」「2.基本特性の解明」「3.機能性への展開」の3項目を検討項目として研究を進めている.本研究期間では,特に「1.多様構造の創造」「2.基本特性の解明」に特に注力した.「1.多様構造の創造」においては,軸不斉を有するビナフチルを環状に連結した新分子の合成に成功し,その固体中での分子構造を明らかにした.また,[4]ヘリセンを構築単位とした大環状分子の合成にも成功し,その特異な立体化学を明らかとした.さらには,直径拡張型のカーボンナノチューブ分子を合成し,これが直径の小さい筒状分子を包接した二層カーボンナノチューブ分子となることを明らかとした.「2.基本特性の解明」においては,上記のビナフチルからなる大環状分子が多孔性結晶を形成し,窒素分子を効率的に吸着することを解明した.放射光を用いた粉末X線回折実験により,この分子の孔の中で吸着状態にある窒素分子が特異なキラル配列をとることを明らかとした.また,二層カーボンナノチューブ分子形成の選択性について興味深い知見を得た.二層カーボンナノチューブ分子を形成する筒状分子はいずれもキラルであるため,会合状態ではジアステレオマーが存在する.このジアステレオマー形成の選択性を詳細に解析したところ,外側の筒と内側の筒のヘリシティが異なる「ヘテロヘリカル」な組み合わせがより安定となることが明らかとなった.

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

コロナの影響があり一部変更があり繰越を行ったものの,本研究課題の根幹となる「大きく曲がったπ電子系の特性とはなにか?」という問いに迫る成果を挙げることができた.とくに二層カーボンナノチューブ分子形成の選択性発現は予想外の結果であり,当初の計画の範囲を超えて大きく展開している.以上より,当初の計画以上に進展していると判断した.

今後の研究の推進方策

研究全般について大きな変更はせず,引き続き研究を遂行する.本研究課題での主要な項目のうち「1.多様構造の創造」「2.基本特性の解明」については既に重要な成果が得られつつある.次年度以降もこれらの項目を引き続き推進するとともに,得られている知見をもとに「3.機能性への展開」の項目についても本格的な検討を開始する.

  • 研究成果

    (24件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 2件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (15件) (うち招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] National University of Singapore(シンガポール)

    • 国名
      シンガポール
    • 外国機関名
      National University of Singapore
  • [国際共同研究] University at Albany(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      University at Albany
  • [雑誌論文] A case study of stereoisomerism with [6]cyclo[4]helicenylene2021

    • 著者名/発表者名
      Matsuno, T.; Yang, Y.; Nanjo, Y.; Isobe, H.; Sato, S.
    • 雑誌名

      Chem. Lett.

      巻: 50 ページ: 110-112

    • DOI

      10.1246/cl.200717

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fused quinoidal dithiophene‐based helicenes: Synthesis by intramolecular radical-radical coupling reactions and dynamics of interconversion of enantiomers2021

    • 著者名/発表者名
      Li, G.; Matsuno, T.; Han, Y.; Wu, S.; Zou, Y.; Jiang, Q.; Isobe, H.; Wu, J.
    • 雑誌名

      Angew. Chem.

      巻: 60 ページ: 10326-10333

    • DOI

      10.1002/anie.202100606

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Chemical reduction of nanosized [6]cyclo‐2,7‐naphthylene macrocycle2021

    • 著者名/発表者名
      Zhou, Z.; Wei, Z.; Ikemoto, K.; Sato, S.; Isobe, H.; Petrukhina, M. A.
    • 雑誌名

      Angew. Chem. Int. Ed.

      巻: 60 ページ: 11201-11205

    • DOI

      10.1002/anie.202100942

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Stereoselectivity in spontaneous assembly of rolled incommensurate carbon bilayers2021

    • 著者名/発表者名
      Matsuno, T.; Ohtomo, Y.; Someya, M.; Isobe, H.
    • 雑誌名

      Nat. Commun.

      巻: 12 ページ: 1575

    • DOI

      10.1038/s41467-021-21889-8

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Geodesic phenine frameworks2021

    • 著者名/発表者名
      Ikemoto, K.; Isobe, H.
    • 雑誌名

      Bull. Chem. Soc. Jpn.

      巻: 94 ページ: 281-294

    • DOI

      10.1246/bcsj.20200284

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystalline naphthylene macrocycles capturing gaseous small molecules in chiral nanopores2020

    • 著者名/発表者名
      Matsuno, T.; Fukunaga, K.; Kobayashi, S.; Sarkar, P.; Sato, S.; Ikeda, T.; Isobe, H.
    • 雑誌名

      Chem. Asian J.

      巻: 15 ページ: 3829-3835

    • DOI

      10.1002/asia.202000876

    • 査読あり
  • [学会発表] 高性能有機発光デバイスを実現する直鎖連結型芳香族分子の開発2021

    • 著者名/発表者名
      尾仲柚香,芳井朝美,池本晃喜,泉倫生,佐藤宗太,北弘志,高秀雄,磯部寛之
    • 学会等名
      東京大学第12回低温科学研究センター研究交流会
  • [学会発表] 固体内テラヘルツ回転を示す分子ベアリング2021

    • 著者名/発表者名
      寺崎成哉,松野太輔,磯部寛之
    • 学会等名
      東京大学第12回低温科学研究センター研究交流会
  • [学会発表] 多角形組立戦略による半球型ジオデシックフェナインフレームワークの合成2021

    • 著者名/発表者名
      美尾樹,池本晃喜,佐藤宗太,磯部寛之
    • 学会等名
      日本化学会第101春期年会(2021)
  • [学会発表] 異なるパネルを交互に連結した剛直なキラル筒状分子2021

    • 著者名/発表者名
      福永隼也,沢辺千鶴,松野太輔,竹谷純一,岡本敏宏,磯部寛之
    • 学会等名
      日本化学会第101春期年会(2021)
  • [学会発表] 周期孔を有する窒素ドープ型ナノチューブ分子2021

    • 著者名/発表者名
      梁承民,池本晃喜,内藤久資,小谷元子,佐藤宗太,磯部寛之
    • 学会等名
      日本化学会第101春期年会(2021)
  • [学会発表] 高性能有機発光デバイスを実現する直鎖連結型芳香族分子の開発2021

    • 著者名/発表者名
      尾仲柚香,芳井朝美,池本晃喜,泉倫生,佐藤宗太,北弘志,高秀雄,磯部寛之
    • 学会等名
      日本化学会第101春期年会(2021)
  • [学会発表] キラルな細孔に気体分子を吸着する結晶性ナフチレンマクロサイクル2021

    • 著者名/発表者名
      福永健悟,松野太輔,小林周平,Parantap Sarkar,佐藤宗太,池田拓史,磯部寛之
    • 学会等名
      日本化学会第101春期年会(2021)
  • [学会発表] 固体内テラヘルツ回転を示す分子ベアリング2021

    • 著者名/発表者名
      寺崎成哉,松野太輔,磯部寛之
    • 学会等名
      日本化学会第101春期年会(2021)
  • [学会発表] 結晶性ナフチレンマクロサイクルの細孔内吸着による窒素分子のキラル配置2020

    • 著者名/発表者名
      福永健悟,松野太輔,小林修平,SARKAR Parantap,佐藤宗太,池田拓史,磯部寛之
    • 学会等名
      第10回CSJ化学フェスタ2020
  • [学会発表] 酸素官能基による極性球状ゲストの円筒状ホスト内での反転ダイナミクス制御2020

    • 著者名/発表者名
      染谷真希,松野太輔,佐藤宗太,前田理,磯部寛之
    • 学会等名
      第10回CSJ化学フェスタ2020
  • [学会発表] 周期孔を有する窒素ドープ型ナノチューブ分子2020

    • 著者名/発表者名
      梁承民,池本晃喜,内藤久資,小谷元子,佐藤宗太,磯部寛之
    • 学会等名
      第10回CSJ化学フェスタ2020
  • [学会発表] 高性能有機発光デバイスを実現する直鎖連結型芳香族分子の開発2020

    • 著者名/発表者名
      尾仲柚香,芳井朝美,池本晃喜,泉倫生,佐藤宗太,北弘志,高秀雄,磯部寛之
    • 学会等名
      第10回CSJ化学フェスタ2020
  • [学会発表] 有機化学で拓くサステイナブル化学2020

    • 著者名/発表者名
      磯部寛之
    • 学会等名
      東京工科大学サステイナブル化学特別講演
    • 招待講演
  • [学会発表] 高性能有機発光デバイスを実現する 直鎖連結型芳香族分子の開発2020

    • 著者名/発表者名
      尾仲柚香,芳井朝美,池本晃喜,泉倫生,佐藤宗太,北弘志,高秀 雄,磯部寛之
    • 学会等名
      基礎有機化学会 若手オンラインシンポジウム(第0回)
  • [学会発表] 分子の孔から物理を覗く2020

    • 著者名/発表者名
      磯部寛之
    • 学会等名
      京都大学大学院工学研究科 講演会
    • 招待講演
  • [備考] 物理有機化学研究室

    • URL

      https://physorg.chem.s.u-tokyo.ac.jp

URL: 

公開日: 2022-12-28  

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