前駆体法を利用したπ共役拡張芳香族化合物の機能開拓

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25288092
• 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, 物質創成科学研究科, 教授 (20372724)
• 研究分担者: 葛原 大軌 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 助教 (00583717) ; 荒谷 直樹 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 准教授 (60372562)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 機能性有機材料 / ペンタセン / TTF / BODIPY / イソインドール / 有機半導体材料 / 発光材料

研究実績の概要

『前駆体法』とは熱や光などの外部刺激による構造変化を利用して、溶解度や不安定性の問題から合成が困難な化合物の合成や、化学構造の変化に伴う物理的性質の大きな変化を，材料の機能変化として利用することを目的とする。本研究はこのような『前駆体法』を駆使して①π系が大きく酸化されやすいアセン系化合物の合成；②溶解度が低いために合成が困難な複素環化合物の新規合成ルートの開拓；③前駆体に光や熱の外部刺激を与えることで発光や半導体特性などの物理特性を発現する潜在性機能材料の開発；に関する合成研究を包括的に行い、機能性材料の開発へと展開することを目的とした。
最終年度である今年度は、p及びn型の有機半導体材料の光変換前駆体・熱変換前駆体の開発、ナノリボンボトムアップ合成のためのユニット開発、ヘテロ原子を含むπ共役拡張分子の開発、ベンゾポルフィリン類縁体の合成を行った。とくに、n型有機半導体はp型に比べて格段に種類が少ないがフラーレン誘導体の光変換前駆体を合成し、その反応性・溶解度などを詳細に検討した。p型材料においては、光変換前駆体法と蒸着法で、同様の電荷移動度と薄膜構造を有する半導体薄膜が得られることを確認した。一方熱変換前駆体法を利用して、ドナーーアクセプター構造により長波長に吸収を有する含窒素化合物の合成を試みたところ、想定外のカップリング反応による二量体を得ることに成功した。またベンゾトリフィリン(2.1.1)は、酸素の２電子還元触媒として働くことがわかった。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

27年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

27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 University of Singapore/Nangyang Technological University(Singapore)
  • 国名: シンガポール
  • 外国機関名: National University of Singapore/Nangyang Technological University
• [国際共同研究] University of Massatusets(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of Massatusets
• [国際共同研究] the Chinese University of Hong Kong(Hong Kong)
  • 国名: その他の国・地域
  • 外国機関名: the Chinese University of Hong Kong
• [雑誌論文] Full Characterization and photoelectrochemical behaviors of Pyrene-fused Octaazadecacene and Tetraazaoctacene (2016)
  • 著者名/発表者名: Z. Wang, J. Miao, G. Long, P. Gu, J. Li, N. Aratani, H. Yamada, B. Liu,* Q. Zhang*
  • 雑誌名: Chem. Asian J. 巻: 11 ページ: 482-485
  • DOI: 10.1002/asia.201501276
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fusing N-heteroacene Analogues into One “Kinked” Molecule with Slipped Two-dimensional Ladder-like Packing (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Zhang, C. Wang, G. Long, N. Aratani, H. Yamada, Q. Zhang*
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: 7 ページ: 1309-1313
  • DOI: 10.1039/C5SC03604F
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Z-Shaped Pentaleno- Acene Dimers with High Stability and Low Band Gap (2016)
  • 著者名/発表者名: Gaole Dai, Jingjing Chang, Jie Luo, Shaoqiang Dong, Naoki Aratani, Bin Zheng, Kuo-Wei Huang, Hiroko Yamada, and Chunyan Chi
  • 雑誌名: Angew, Chem. Int. Ed. 巻: 55 ページ: 2693-2696
  • DOI: 10.1002/anie.201508919
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Towards Tetraradicaloid: The Effect of Fusion Mode on Radical Character and Chemical Reactivity (2016)
  • 著者名/発表者名: Pan Hu, Sangsu Lee, Tun Seng Herng, Naoki Aratani, Théo P. Gonçalves, Qingbiao Qi, Xueliang Shi, Hiroko Yamada, Kuo-Wei Huang, Jun Ding*, Dongho Kim*, and Jishan Wu*
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 138 ページ: 1065-1077
  • DOI: 10.1021/jacs.5b12532
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Laterally p-expanded fluorone dye as an efficient near infrared fluorophore (2016)
  • 著者名/発表者名: Kyohei Sezukuri, Mitsuharu Suzuki, Hironobu Hayashi, Daiki Kuzuhara, Naoki Aratani*, Hiroko Yamada*
  • 雑誌名: Chem. Commun 巻: 52 ページ: 4872-4875
  • DOI: 10.1039/C6CC00237D
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Photoprecursor Approach Enables Preparation of Well-Performing Bulk-Heterojunction Layers Comprising a Highly Aggregating Molecular Semiconductor (2016)
  • 著者名/発表者名: Mitsuharu Suzuki, Yuji Yamaguchi, Kohei Takahashi, Katsuya Takahira, Tomoyuki Koganezawa, Sadahiro Masuo, Ken-ichi Nakayama*, and Hiroko Yamada*
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Interfaces 巻: 8 ページ: 8644-8651
  • DOI: 10.1021/acsami.6b00345
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of Charge Transfer Efficiency of Organic Thin-Film Photovoltaic Devices Fabricated Using Fluorescence Microspectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Masuo*, W. Sato, Y. Yamaguchi, M. Suzuki, K. Nakayama, H. Yamada
  • 雑誌名: Photochem. Photobiol. Sci. 巻: 14 ページ: 883-889
  • DOI: 10.1039/c4pp00477a
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synthesis, Structure, and Air-stable N-type Field-Effect Transistor Behaviors of Functionalized Octaazanonacene-8,19-dione (2015)
  • 著者名/発表者名: C. Wang, J. Zhang, G. Long, N. Aratani, H. Yamada, Y. Zhao, Q. Zhang*
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 54 ページ: 6292-6296
  • DOI: 10.1002/anie.201500972
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Synthesis, Characterization and Memory Performance of Two Organic Small Molecules through Donor-acceptor Design (2015)
  • 著者名/発表者名: C. Wang, M. Yamashita, B. Hu, Y. Zhou, J. Wang, J. Wu, F. Huo, P. S. Lee, N. Aratani, H. Yamada, Q. Zhang*
  • 雑誌名: Asian J. Org. Chem. 巻: 4 ページ: 646-651
  • DOI: 10.1002/ajoc.201500087
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A Tetrabenzoperipentacene Having Stable Five-electron Donating Ability and a Discrete Triple-Layered β-Graphite Form in Crystal (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Matsumoto, M. Suzuki, D. Kuzuhara, H. Hayashi, N. Aratani*, H. Yamada*
  • 雑誌名: Angew, Chem. Int. Ed. 巻: 54 ページ: 8175-8178
  • DOI: 10.1002/anie.201502466
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] An electron-deficient tetrathiafulvalene-conjugated bistetracene (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Yamashita, H. Hayashi, N. Aratani*, H. Yamada*
  • 雑誌名: Tetrahedron Lett. 巻: 56 ページ: 3804-3808
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2015.04.080
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Evaluation of semiconducting molecular thin films solution-processed via the photoprecursor approach: the case of hexyl-substituted thinoanthracenes (2015)
  • 著者名/発表者名: C. Quinton, M. Suzuki*, Y. Kaneshige, Y. Tatenaka, C. Katagiri, Y. Yamaguchi, D. Kuzuhara, N. Aratani, K. Nakayama, H. Yamada*
  • 雑誌名: J. Mater. Chem.C 巻: 3 ページ: 5995-6005
  • DOI: 10.1039/c5tc00794a
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A Novel D-p-A Small Molecule with N-heteroacene as Acceptor Moiety for Photovoltaic Application (2015)
  • 著者名/発表者名: C. Wang, T. Okabe, G. Long, D. Kuzuhara, Y. Zhao, N. Aratani*, H. Yamada,* Q. Zhang*
  • 雑誌名: Dyes and Pigments 巻: 122 ページ: 231-237
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.dyepig.2015.06.029
  • 査読あり
• [雑誌論文] Indolizino[5,6-b]quinoxaline Derivatives: Intramolecular Charge Transfer Characters and NIR Fluorescence (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Kojima, H. Hayashi, T. Aotake, S. Ikeda, M. Suzuki, N. Aratani, D. Kuzuhara, H. Yamada*
  • 雑誌名: Chem. Asian J. 巻: 10 ページ: 2337-2341
  • DOI: dx.doi.org/10.1002/asia.201500597
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Catalytic two­electron reduction of dioxygen catalysed by metal-free [14]triphyrin(2.1.1) (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Mase, K. Ohkubo, Z. Xue, H. Yamada*, S. Fukuzumi*
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: 6 ページ: 6496-6504
  • DOI: 10.1039/C5SC02465J
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Facile synthesis of indolizino[3,4,5-ab]isoindoles by an acid-induced cyclization of 1,2-di(1H-pyrrol-2-yl)benzenes (2015)
  • 著者名/発表者名: D. Kuzuhara,* S. Miyake, H. Moriyama, Y. Tamura, N. Aratani, H. Yamada*
  • 雑誌名: Tetrahedron Lett. 巻: 56 ページ: 4464-5567
  • DOI: doi:10.1016/j.tetlet.2015.08.044
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Charge-Carrier Dynamics in Benzoporphyrin Films Investigated by Time-Resolved THz Spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Ohta, S. Hiraoka, Y. Tamura, H. Yamada, K. Tominaga
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 107 ページ: 183302/1-5
  • DOI: 10.1063/1.4934690
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 拡張π共役有機材料の機能開拓と溶液塗布によるデバイス作製プロセスへの応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 林宏暢、鈴木充朗、葛原大軌、荒谷直樹、山田容子
  • 雑誌名: 有機合成化学協会誌 巻: 73 ページ: 1232-1244
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Photoprecursor approach towards efficient solution-processed organic solar cells (2015)
  • 著者名/発表者名: Mitsuharu Suzuki, Yuji Yamaguchi, Ken-ichi Nakayama, Hiroko Yamada
  • 学会等名: Pacifichem
  • 発表場所: Honolulu (USA)
  • 年月日: 2015-12-15 – 2015-12-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Controlling Vertical Composition Profile in Organic Photovoltaic Active Layers through the Photoprecursor Approach (2015)
  • 著者名/発表者名: Mitsuharu Suzuki, Yuji Yamaguchi, Ken-ichi Nakayama, Hiroko Yamada
  • 学会等名: 2015 MRS Fall Meeting & Exhibit
  • 発表場所: Boston (USA)
  • 年月日: 2015-11-29 – 2015-12-04
  • 国際学会
• [学会発表] solution-processed organic field-effect transistors of soluble tetrabenzoporphyrins (2015)
  • 著者名/発表者名: Kotaro Takahashi, Bowen Shan, Xiaomin Xu, Daiki Kuzuhara, Mitsuharu Suzuki, Naoki Aratani, Tomoyuki Koganezawa, Qian Miao, Hiroko Yamada
  • 学会等名: 2015 MRS Fall Meeting & Exhibit
  • 発表場所: Boston (USA)
  • 年月日: 2015-11-29 – 2015-12-04
  • 国際学会
• [学会発表] Precursor Approach for the Preparation of Organic Semiconducting Materials (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroko Yamada
  • 学会等名: 第13回日本-ベルギー高分子科学シンポジウム
  • 発表場所: 奈良女子大学（奈良県奈良市）
  • 年月日: 2015-11-15 – 2015-11-18
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 溶液プロセスによる積層型有機薄膜太陽電池の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山田容子
  • 学会等名: 2015年 日本化学会中国四国支部大会
  • 発表場所: 岡山大学 （岡山県岡山市）
  • 年月日: 2015-11-14 – 2015-11-15
  • 招待講演
• [学会発表] “前駆体法”による低分子塗布型有機薄膜太陽電池の構築 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山田容子、鈴木充朗、山口裕二、中山健一
  • 学会等名: 第６４回高分子科学討論会
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2015-09-15 – 2015-09-17
  • 招待講演
• [学会発表] 新しい導電性材料π電子系の科学 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山田 容子
  • 学会等名: シーズとニーズの会
  • 発表場所: 産業技術総合研究所臨海副都心センター（東京都江東区）
  • 年月日: 2015-09-02
  • 招待講演
• [学会発表] Synthesis of Acene for Bandgap Modulated Graphene Nanoribbon (2015)
  • 著者名/発表者名: Hironobu Hayashi, Hiroko Yamada
  • 学会等名: ISNA16 2015
  • 発表場所: Madrid (Spain)
  • 年月日: 2015-07-05 – 2015-07-10
  • 国際学会
• [学会発表] Synthesis and Physical Properties of a Tetrabenzoperipentacene (2015)
  • 著者名/発表者名: Akinobu Matsumoto, Mitsuharu Suzuki, Daiki Kuzuhara, Hironobu Hayashi,Naoki Aratani and Hiroko Yamada
  • 学会等名: ISNA16 2015
  • 発表場所: Madrid (Spain)
  • 年月日: 2015-07-05 – 2015-07-10
  • 国際学会
• [学会発表] Photoprecursor approach as an effective means for preparing multilayer organic photovoltaic devices by solution processes (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Yamada, M. Suzuki, Y. Yamaguchi, K. Nakayama
  • 学会等名: ICMAT2015
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2015-06-28 – 2015-07-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Synthesis of Benzoporphyrin-Diketopyrrolopyrrole Conjugates and Application for Organic Solar Cells (2015)
  • 著者名/発表者名: D. Kuzuhara, K. Takahashi , N. Yamada, Y. Yamaguchi , M. Suzuki, N. Aratani, K. . Nakayama, H. Yamada
  • 学会等名: 227th ECS Meeting
  • 発表場所: Chicago (USA)
  • 年月日: 2015-05-24 – 2015-05-28
  • 国際学会
• [学会発表] Porphycene-Diketopyrrolopyrrole Conjugates As p-Type Organic Solar Cell Materials (2015)
  • 著者名/発表者名: D. Kuzuhara, T. Okabe, M. Suzuki, N.i Aratani, H. Yamada
  • 学会等名: 227th ECS Meeting
  • 発表場所: Chicago (USA)
  • 年月日: 2015-05-24 – 2015-05-28
  • 国際学会
• [産業財産権] 有機化合物及びその利用 (2016)
  • 発明者名: 荒谷直樹、山田容子、青竹達也、井内俊文、山本達也
  • 権利者名: 荒谷直樹、山田容子、青竹達也、井内俊文、山本達也
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2016-011879
  • 出願年月日: 2016-01-25