精密有機合成に立脚したナノカーボン構造化学

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24241036
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 磯部 寛之 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (30302805)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: ナノチューブ・フラーレン / 合成化学 / 有機化学 / ナノ材料

研究実績の概要

「精密有機合成に立脚したナノカーボン構造化学」と題した本研究では，ナノカーボン分子構造の探究によるその理解と，それに基づく新しいナノカーボン分子の発展的活用を計画している．主題となる主要３項目は１．新規ナノカーボン分子骨格の創製，２，ナノカーボン分子の構造多様化，３．ナノカーボン分子の特性・新機能探索となっている．これまでに引き続き研究は順調に進展しており，想定以上のペースでの計画実施が行えていると考えている．今年度の主立った成果としては：・PNAS誌に発表した有限長カーボンナノチューブ分子とフラーレンの超分子錯体の結晶構造解明，・OrgLett誌に発表した有限長カーボンナノチューブ分子とフラーレン間の光電子移動，・JOC誌に発表した原子欠損型グラフェンモデル「シクロメタフェニレン」を新有機半導体として活用した有機ELデバイスの開発が挙げられる．これらの研究は展開も早く，2015年にはChemSci誌に伸長型有限長カーボンナノチューブ分子とフラーレンとの結晶構造を報告し，カーボンナノチューブの分子構造の解明が一段と進んでいる．また理論家との共同研究から分子ベアリングとしての特質研究に着手しており，微小摩擦界面の存在を明らかにしている．

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

研究課題の主要三項目すべてにおいて相当な進展となる成果を挙げた．とくに結晶構造を主体としたカーボンナノチューブ分子の分子描像の解明は，他の追随を許さない成果となっている．

今後の研究の推進方策

研究期間後半に向け，現時点までの成果をさらに飛躍的に展開する検討に着手する．

研究成果

• [雑誌論文] Theoretical studies on a carbonaceous molecular bearing: Association thermodynamics and dual-mode rolling dynamics (2015)
  • 著者名/発表者名: Isobe, H.; Nakamura, K.; Hitosugi, S.; Sato, S.; Tokoyama, H.; Yamakado, H.; Ohno, K.; Kono, H.
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: 6 ページ: 2746-2753
  • DOI: 10.1039/c5sc00335k
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Molecular recognition in curved π-systems: Effects of π-lengthening of tubular molecules on structures and thermodynamics (2015)
  • 著者名/発表者名: Matsuno, T.; Sato, S.; Iizuka, R.; Isobe, H.
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: 6 ページ: 909-916
  • DOI: 10.1039/c4sc02812k
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Cyclo-meta-phenylenes revisited: Nickel-mediated synthesis, molecular structures and device applications (2014)
  • 著者名/発表者名: Xue, J. Y.; Ikemoto, K.; Takahashi, N.; Izumi, T.; Taka, H.; Kita, H.; Sato, S.; Isobe, H.
  • 雑誌名: J. Org. Chem. 巻: 79 ページ: 9735-9739
  • DOI: 10.1021/jo501903n
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Photoinduced electron transfer in a dynamic supramolecular system with curved π-structures (2014)
  • 著者名/発表者名: Hitosugi, S.; Ohkubo, K.; Iizuka, R.; Kawashima, Y.; Nakamura, K.; Sato, S.; Kono, H.; Fukuzumi, S.; Isobe, H.
  • 雑誌名: Org. Lett. 巻: 16 ページ: 3352-3355
  • DOI: 10.1021/ol501381x
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Solid-state structures of peapod bearings composed of finite single-wall carbon nanotube and fullerene molecules (2014)
  • 著者名/発表者名: Sato, S.; Yamasaki, T.; Isobe, H.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 巻: 111 ページ: 8374-8379
  • DOI: 10.1073/pnas.1406518111
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Disilanyl double-pillared bisternaphthyl (SiDPBT): Synthesis and interfused packing structures with herringbone and π-stack motifs (2014)
  • 著者名/発表者名: Nakanishi, W.; Matsuyama, N.; Hara, D.; Saeki, A.; Hitosugi, S.; Seki, S.; Isobe, H.
  • 雑誌名: Chem. Asian J. 巻: 9 ページ: 1782-1785
  • DOI: 10.1002/asia.201402290
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり