精密有機合成に立脚したナノカーボン構造化学

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24241036
• 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 / 分子ベアリング / 分子機械

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目指した．主題となる主要三項目は，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．最終年度となる今年度の主立った成果を列記する：○孔あきグラフェンのモデルとなる大環状分子を用いたリチウムイオン電池の負電極材料を開発（Small誌）．有機物質を負電極材料とした世界で初めて例．固体電解質を用いることで全固体リチウムイオン電池を作製し，黒鉛の２倍となる電気容量を実現し，高い繰り返し動作を実証した．○カーボンナノチューブのモデルとなる新規筒状分子の合成（Chem. Asian J.誌，PNAS誌，ACS Cent. Sci.誌）．幾何学と立体異性の相関を解明する数学的解析法を導入し，筒状分子の立体異性の基本を初めて明示した．「筒状なのかどうか」を判別する手段となる．○筒状分子にフラーレンを会合させた分子機械「分子ベアリング」の構造多様・複雑化（Angew. Chem. Int. Ed. 誌）．ベアリングを二つ会合させることが可能であることを見いだし「二輪型」分子ベアリングをつくりだした．非指向性のファンデルワールス力を駆動力としながらも，高度な自己選別が実現できることを初めて示した．溶液内・固体内運動を立体化学とともに制御するための基本手法を開発したこととなる．以上のように，最終年度では広い将来展望を確保するような著しい成果を挙げることができた．構造科学研究を基盤とした発展研究を目指した研究展開を検討していく予定である．

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] National Singapore University/Nanyang Technological University(Singapore)
  • 国名: シンガポール
  • 外国機関名: National Singapore University/Nanyang Technological University
• [雑誌論文] An obtuse-angled corner unit for fluctuating carbon nanohoops (2017)
  • 著者名/発表者名: Sun, Z.; Miyamoto, N.; Sato, S.; Tokuyama, H.*; Isobe, H.
  • 雑誌名: Chem. Asian J. 巻: 12 ページ: 271-275
  • DOI: 10.1002/asia.201601614
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Crystal structure of 7,15-bis(4-tert-butylphenyl)-1,9-dimethyl-heptazethrene (2017)
  • 著者名/発表者名: Kamata, S.; Sato, S.; Wu, J.; Isobe, H.
  • 雑誌名: Acta Cryst. E 巻: E73 ページ: 99-102
  • DOI: 10.1107/S2056989016020247
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structural Modulation of Macrocyclic Materials for Charge Carrier Transport Layers in Organic Light-Emitting Devices (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshii, A.; Ikemoto, K.; Izumi, T.; Kita, H.; Taka, H.; Koretsune, T.; Arita, R.; Sato, S.; Isobe, H.
  • 雑誌名: ECS J. Solid State Sci. Technol. 巻: 6 ページ: M3065-M3067
  • DOI: 10.1149/2.0111706jss
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Efficient blue electroluminescence from a single-layer organicdevice composed solely of hydrocarbonsAuthors (2017)
  • 著者名/発表者名: Izumi, T.; Yi, T.; Ikemoto, K.; Yoshii, A.; Koretsune, T.; Arita, R.; Kita, H.; Taka, H.; Sato, S.; Isobe, H.
  • 雑誌名: Chem. Asian J. 巻: 12 ページ: 730-733
  • DOI: 10.1002/asia.201700198
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synthesis and Structures of π-Extended [n]Cyclo-para-phenylenes (n = 12, 16, 20) Containing n/2 Nitrogen Atoms (2016)
  • 著者名/発表者名: Ikemoto, K.; Fujita, M.; Too, P. C.; Tnay, Y. L.; Sato, S.; Chiba, S.; Isobe, H.
  • 雑誌名: Chem. Lett. 巻: 45 ページ: 658-660
  • DOI: 10.1246/cl.160258
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Carbon-rich Active Materials with Macrocyclic Nanochannels for High-Capacity Negative Electrodes in All-Solid-State Lithium Rechargeable Battery (2016)
  • 著者名/発表者名: Sato, S.; Unemoto, A.; Ikeda, T.; Orimo, S.; Isobe, H.
  • 雑誌名: Small 巻: 12 ページ: 3381-3387
  • DOI: 10.1002/smll.201600916
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Stereoisomerism, crystal structures, and dynamics of belt-shaped cyclonaphthylenes (2016)
  • 著者名/発表者名: Sun, Z.; Suenaga, T.; Sarkar, P.; Sato, S.; Kotani, M.; Isobe, H.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 巻: 113 ページ: 8109-8114
  • DOI: 10.1073/pnas.1606530113
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Chimeric RNA oligonucleotides incorporating triazole-linked trinucleotides: Synthesis and function as mRNA in cell-free translation reactions (2016)
  • 著者名/発表者名: Fujino, T.; Suzuki, T.; Okada, K.; Kogashi, K.; Yasumoto, K.; Sogawa, K.; Isobe, H. "
  • 雑誌名: J. Org. Chem. 巻: 81 ページ: 8967-8976
  • DOI: 10.1021/acs.joc.6b01618
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Stereoisomerism in nanohoops with heterogeneous biaryl linkages of E/Z- and R/S-geometries (2016)
  • 著者名/発表者名: Sarkar, P.; Sun, Z.; Tokuhira, T.; Kotani, M.; Sato, S.; Isobe, H.
  • 雑誌名: ACS Central Science 巻: 2 ページ: 740-747
  • DOI: 10.1021/acscentsci.6b00240
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Self-Sorting of Two Hydrocarbon Receptors with One Carbonaceous Ligand (2016)
  • 著者名/発表者名: Matsuno, T; Sato, S.; Yokoyama, A.; Kamata, S.; Isobe, H.
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 55 ページ: 15339-15343
  • DOI: 10.1002/anie.201609444
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] 6人のトンペー博士のものがたり (2017)
  • 著者名/発表者名: 磯部寛之
  • 学会等名: 東北大学理学部化学教室 一般雑誌会講演会
  • 発表場所: 東北大学青葉山キャンパス（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2017-03-14
  • 招待講演
• [学会発表] Structural Chemistry of Hydrogen and Carbon toward Materials (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Isobe
  • 学会等名: AIMR International Symposium 2017(AMIS2017)
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2017-02-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Cyclonaphthylenes: Synthesis, Structures and… (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Isobe
  • 学会等名: NTU-SNU-UTokyo Chemistry Symposium
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス（東京都文京区）
  • 年月日: 2017-01-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 炭素性分子ベアリングの合成・構築とその物理・化学 (2016)
  • 著者名/発表者名: 磯部寛之
  • 学会等名: IQCE量子化学探索講演会2016
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス（東京都文京区）
  • 年月日: 2016-12-09
  • 招待講演
• [学会発表] 有機構造・有機合成の愉しみ：人工核酸・分子機械の例から (2016)
  • 著者名/発表者名: 磯部寛之
  • 学会等名: 住友化学株式会社健康農業関連事業研究所講演会
  • 発表場所: 住友化学（兵庫県宝塚市）
  • 年月日: 2016-12-09
  • 招待講演
• [学会発表] Solid-state dynamics of molecular bearing (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Isobe
  • 学会等名: International Symposium on the Synthesis and Application of Curved Organic π-Molecules and Materials (CURO-Pi Ⅱ)
  • 発表場所: Oregon(USA)
  • 年月日: 2016-09-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 「もの」をつくって，「こと」をさぐる (2016)
  • 著者名/発表者名: 磯部寛之
  • 学会等名: 東京大学 高校生一日体験化学教室
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス（東京都文京区）
  • 年月日: 2016-08-26
  • 招待講演
• [学会発表] Structural Chemistry with Hydrogen Carbon Atoms: Molecules, Nano-entities and Materials (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Isobe
  • 学会等名: Seminar of Department of Organic Chemistry, University of Geneva
  • 発表場所: Geneva (Switzerland)
  • 年月日: 2016-05-09
  • 招待講演
• [学会発表] Carbon-rich Molecular Bearing: Design, Synthesis, Assembly and Dynamics (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Isobe
  • 学会等名: Organic Chemistry Colloquium, ETHZ
  • 発表場所: Zurich (Switzerland)
  • 年月日: 2016-05-09
  • 招待講演
• [学会発表] Carbonaceous Molecular Bearings (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Isobe
  • 学会等名: "51st EUCHEM CONFERENCE ON STEREOCHEMISTRY “BURGENSTOCK CONFERENCE”"
  • 発表場所: Brunnen (Switzerland)
  • 年月日: 2016-05-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 物理有機化学研究室
  • URL: http://www.chem.s.u-tokyo.ac.jp/users/physorg/