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2022 年度 実施状況報告書

狭いHOMO-LUMOギャップと安定性を兼ね備えた芳香族炭化水素の創出

研究課題

研究課題/領域番号 22K14663
研究機関名古屋大学

研究代表者

福井 識人  名古屋大学, 工学研究科, 講師 (70823277)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2024-03-31
キーワード有機化学 / 構造有機化学 / 芳香族炭化水素 / HOMO-LUMOギャップ / 機能性π共役分子 / 近赤外応答 / 安定性 / 異種電子構造の調和
研究実績の概要

構造的・電子的に新規な芳香族炭化水素の創出は機能性π共役分子の創製に重要である。とりわけ、狭いHOMO-LUMOギャップ(HLギャップ)を有する芳香族炭化水素の創出は、電子の授受の両方に優れた電子材料や近赤外領域で応答する色素の創製につながる。しかし、狭いHLギャップを示す既存分子の多くは反応性が高く、これらを安定に取り扱うには嵩高い周辺置換基による保護を必要とする。そのため、高密度な集積が求められる電子材料や生体内のような夾雑系で機能する色素としては本質的には適さない。本提案では、この“狭いHLギャップと安定性の両立”という挑戦的課題を、近年代表者が見出した『異種電子構造の調和』という視点を実現する分子設計指針の確立によって克服することを目指した。
具体的には、当該年度では、前年度までに代表者が創出したインデノペリレンという狭いHLギャップと安定性の両立する炭化水素に着目し、そのπ拡張類縁体であるインデノナフトペリレン、インデノテルリレンならびにジインデノテルリレンを新たに創出した。得られた分子はいずれも可視光全域を吸収するほど狭いHLギャップを示した。特にジインデノテルリレンの吸収は近赤外領域に及び、その末端は920 nmに及んだ。そこで、得られた分子の構造とHLギャップの相関を解明することで『異種電子構造の調和』を実現する分子設計指針の具体化を目指した。その結果、リレン類の周辺部に5員環を縮環させる、という分子設計が狭いHLギャップと安定性の両立に効果的であることを解明した。

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

当該年度では、前年度までに代表者が創出したインデノペリレンという狭いHLギャップと安定性の両立する炭化水素に着目し、そのπ拡張類縁体を新たに創出した。得られた分子の構造物性相関を解明することで『異種電子構造の調和』を実現する分子設計指針の具体化を目指した。その結果、リレン類の周辺部に5員環を縮環させる、という分子設計が狭いHLギャップと安定性の両立に効果的であることを解明した。
インデノペリレンのπ拡張類縁体の創出は申請書において提案したものである。当該年度はこの提案の実現に成功した。この成果については既に国際学術誌に報告している。
以上のことから本提案はおおむね順調に進展していると言える。

今後の研究の推進方策

今後は申請書記載の提案通り、初年度に創出した分子を機能性材料として展開することを目指す。
1つ目では、電子の授受に優れ、かつ立体障害となる置換基を持たないという長所を活かし、有機電子材料としての利用を目指す。具体的には、まずは真空蒸着法によって薄膜を作製し、その移動度を計測することで、両極性有機半導体としての性能を評価する。仮に真空蒸着によって薄膜が与えられなかった場合は分子の周辺にアルキル鎖を導入し、溶解性を向上させ、溶液プロセスによる成膜を検討する。また、臭素などによる化学ドーピングや、テトラチアフルバレン(TTF)やテトラシアノキノジメタン(TCNQ)との共結晶化により、金属的な導電性が発現するかも検証する。
2つ目では、安定性が高く、近赤外光に応答し、周辺修飾可能であるという長所を活かし、生体向けの機能性色素としての利用を目指す。具体的には、周辺に水溶性を向上させる周辺置換基を導入し、バイオイメージング材料へと誘導する。また、周辺に臭素などの重元素を導入して項間交差を促進すれば、光線力学療法の増感剤としても活用できると期待している。

次年度使用額が生じた理由

合成試薬やガラス器具の購入のために物品費を申請していたが、物品の性質上他のプロジェクトと共有する必要があり、経費としては該当プロジェクトの経費から支出した。その結果、当初の予定よりも助成金の支出が抑えられ、次年度に繰り越すこととした。次年度は標的分子の合成に必要な合成試薬やガラス器具の購入費を本助成金から優先的に支出する。

  • 研究成果

    (28件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (23件) (うち国際学会 4件、 招待講演 5件)

  • [国際共同研究] Yonsei University(韓国)

    • 国名
      韓国
    • 外国機関名
      Yonsei University
  • [雑誌論文] Near‐Infrared‐Responsive Hydrocarbons Designed by π‐Extension of Indeno[1,2,3,4‐ <i>pgra</i> ]perylene at the 1,2,12‐Positions2023

    • 著者名/発表者名
      Kato Masaki、Kim Jinseok、Oh Juwon、Shimizu Daiki、Fukui Norihito、Shinokubo Hiroshi
    • 雑誌名

      Chemistry - A European Journal

      巻: 2023 ページ: e202300249

    • DOI

      10.1002/chem.202300249

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Diazazethrene bisimide: a strongly electron-accepting π-system synthesized <i>via</i> the incorporation of both imide substituents and imine-type nitrogen atoms into zethrene2023

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

      Chemical Science

      巻: 14 ページ: 635~642

    • DOI

      10.1039/d2sc05992d

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dinaphthooxepine Bisimide Undergoes Oxygen Extrusion Reaction upon Electron Injection at Room Temperature2023

    • 著者名/発表者名
      Odajima Mai、Fukui Norihito、Shinokubo Hiroshi
    • 雑誌名

      Organic Letters

      巻: 25 ページ: 282~287

    • DOI

      10.1021/acs.orglett.2c04173

  • [雑誌論文] Gram‐Scale Diversity‐Oriented Synthesis of Dinaphthothiepine Bisimides as Soluble Precursors for Perylene Bisimides2022

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

      European Journal of Organic Chemistry

      巻: 2022 ページ: e202200770

    • DOI

      10.1002/ejoc.202200770

    • 査読あり
  • [学会発表] Development of novel π-conjugated moleculesdesigned by inner modification2023

    • 著者名/発表者名
      福井 識人
    • 学会等名
      第3回大津会議合同研究発表会
    • 招待講演
  • [学会発表] 8の字型分子シクロビスビフェニレンカルボニルの機能探求2023

    • 著者名/発表者名
      福井 識人
    • 学会等名
      学際統合物質科学研究機構(IRCCS)成果報告会・産学ワークショップ
  • [学会発表] 8の字型分子シクロビスビフェニレンカルボニルの機能探求2023

    • 著者名/発表者名
      ○福井 識人,平野 純一朗,尾初瀬 大祐,西本 絵美子,坂本 祐樹,高柳 蓮,田島 慶太,忍久保 洋
    • 学会等名
      日本化学会 第103春季年会
  • [学会発表] フェナジンビスイミドの合成と物性2023

    • 著者名/発表者名
      ○田島慶太, 福井識人, 忍久保洋
    • 学会等名
      日本化学会 第103春季年会
  • [学会発表] 内部官能基化されたジベンゾ[g.p] クリセンの合成と物性2023

    • 著者名/発表者名
      平野純一朗,竹尾 佳紘,福井 識人,忍久保 洋
    • 学会等名
      学際統合物質科学研究機構(IRCCS)成果報告会・産学ワークショップ
  • [学会発表] 8の字型配位子からなるホモキラル金属有機構造体の合成と物性2023

    • 著者名/発表者名
      ○尾初瀬 大祐, 田島 慶太,日下 心平,松田 亮太郎,忍久保 洋,福井 識人
    • 学会等名
      日本化学会 第103春季年会
  • [学会発表] ナノグラフェン内部における酸化的結合開裂によるねじれ分子の合成2023

    • 著者名/発表者名
      ◯坂本 祐樹・高柳 蓮・田島 慶太・忍久保 洋・福井 識人
    • 学会等名
      日本化学会 第103春季年会
  • [学会発表] 内部官能基化されたジベンゾ[g,p]クリセン誘導体の合成と物性2023

    • 著者名/発表者名
      ○平野純一朗,竹尾 佳紘,福井 識人,忍久保 洋
    • 学会等名
      日本化学会 第103春季年会
  • [学会発表] ドナー-アクセプター型シクロビスビフェニレンカルボニル誘導体 のキラル光学特性2023

    • 著者名/発表者名
      ○西本 絵美子,田島 慶太,忍久保 洋 ,福井 識 人
    • 学会等名
      日本化学会 第103春季年会
  • [学会発表] Synthesis and Properties of Diazazethrene Bisimide and Its Dimer2022

    • 著者名/発表者名
      ○Keita Tajima,Norihito Fukui, Hiroshi Shinokubo
    • 学会等名
      19th International Synposium on Novel Aromatic Compounds (ISNA-19)
    • 国際学会
  • [学会発表] ジアザゼトレンビスイミドの反応性と光物性2022

    • 著者名/発表者名
      ○田島慶太,福井識人,忍久保洋
    • 学会等名
      第32回基礎有機化学討論会
  • [学会発表] ボリル基をもつノルコロールニッケル錯体の合成2022

    • 著者名/発表者名
      ○冨田 諒弥・鵜飼 修作・福井 識人・忍久保 洋
    • 学会等名
      第32回基礎有機化学討論会
  • [学会発表] ペンタフルオロフェニル基をもつノルコロールニッケル錯体の合成2022

    • 著者名/発表者名
      ○木野翔太・鵜飼 修作・福井 識人・忍久保 洋
    • 学会等名
      第32回基礎有機化学討論会
  • [学会発表] Realization of Stacked-Ring Aromaticity in a Water-Soluble Micellar Capsule2022

    • 著者名/発表者名
      ○Si-Yu Liu, Natsuki Kishida,Norihito Fukui, Michito Yoshizawa,Hiroshi Shinokubo
    • 学会等名
      11th International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines (ICPP-11)
    • 国際学会
  • [学会発表] Synthesis and Properties of Covalently Linked Norcorrole Dimers2022

    • 著者名/発表者名
      ○Si-Yu Liu, Norihito Fukui, Hiroshi Shinokubo
    • 学会等名
      第32回基礎有機化学討論会
  • [学会発表] 内部官能基化されたジベンゾ[g,p]クリセンの光学活性2022

    • 著者名/発表者名
      ○竹尾佳紘,福井識人,忍久保洋
    • 学会等名
      第32回基礎有機化学討論会
  • [学会発表] ジナフト[1,5] ジチオシンビスイミド類縁体の多様性志向型合成2022

    • 著者名/発表者名
      ○田中勇輝,福井識人,忍久保洋
    • 学会等名
      第32回基礎有機化学討論会
  • [学会発表] ボリル基をもつノルコロールニッケル錯体の合成2022

    • 著者名/発表者名
      ○冨田 諒弥・鵜飼 修作・福井 識人・忍久保 洋
    • 学会等名
      第53回中部化学関係学協会支部連合秋季大会
  • [学会発表] "π共役分子の内部を探索空間とする未来材料の創製 "2022

    • 著者名/発表者名
      福井 識人
    • 学会等名
      第1回未来材料セミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] Element-inserted perylene bisimides2022

    • 著者名/発表者名
      ○Norihito Fukui, Sakiho Hayakawa, Mai Odajima, Hiroshi Shinokubo
    • 学会等名
      19th International Synposium on Novel Aromatic Compounds (ISNA-19)
    • 国際学会
  • [学会発表] From NIR-responsive porphyrin arch-tapes to non-planar PBI derivatives and a NIR-responsive C70-fragment2022

    • 著者名/発表者名
      Norihito Fukui
    • 学会等名
      11th International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines (ICPP-11)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 有機π共役分子の骨格内部を探索空間とする新物質創製2022

    • 著者名/発表者名
      福井 識人
    • 学会等名
      第53回中部化学関係学協会支部連合秋季大会
    • 招待講演
  • [学会発表] ナフタレンモノイミドを基本骨格とする機能性π共役分子の創出2022

    • 著者名/発表者名
      福井 識人
    • 学会等名
      A3 Foresight International Symposium
    • 招待講演

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公開日: 2023-12-25  

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