ジグザグ型カーボンナノチューブの有機化学合成

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25620061
• 研究機関: 奈良先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 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 – 2015-03-31
• キーワード: カーボンナノチューブ / クロスカップリング / ナノ材料

研究実績の概要

炭素原子だけから構成されているフラーレンやカーボンナノチューブは、ベンゼン環という「ブロック」を何枚も貼り合わせた形をしている。本研究課題ではこれまでの合成経験を活かし、堅牢な骨格であるベンゼン環とペリレンビスイミドを組み上げることでカーボンナノチューブの部分構造を有機合成化学的に構築することを目指した。カーボンナノチューブの部分構造の構築に成功すれば、今後のカーボンナノチューブの反応性やテンプレート合成、ピーポッド構造の構築など様々な応用が期待される。
ペリレンビスイミドはペリレンの上下にイミド（OC-NH-CO部）をもつ平面性の高い多環芳香族炭化水素であり、近年ではn型の有機半導体材料として盛んに研究されている。我々はペリレンビスイミドをチューブ構造の“壁”を構成するユニットとして用いることで、有機合成化学的にカーボンナノチューブを合成しようと考えた。
まずはモデル基質を用いて反応条件の検討を行った。検討の結果、メタフェニレン架橋ペリレンビスイミド２量体が高収率で得られた。これは単結晶X線構造解析により構造決定した。得られた２量体について、さまざまな酸化的縮環反応の検討を行った。その結果、酸化剤とプロトン酸を混合して用い、低収率ながら完全縮環ペリレンビスイミド２量体の合成に成功した。単結晶Ｘ線結晶構造解析の結果から分子全体の平面性が極めて高いことが明らかとなり、多量体をチューブ状構造にできた場合には滑らかな壁を構築できることが強く期待できた。
次に、同条件を用いてベリレンビスイミドオリゴマーの合成を行った。反応生成物の質量分析の結果により８量体に相当するピークまでを確認でき、２量体から４量体までの化合物の単離を行った。現在、分子内環化による環状化合物の単離を目指し研究を続けている。

研究成果

• [雑誌論文] 9,9’-Anthryl-Anthroxyl Radicals: Strategic Stabilization of Highly Reactive Phenoxyl Radicals (2015)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Aotake, Mitsuharu Suzuki, Naoki Aratani, Junpei Yuasa, Daiki Kuzuhara, Hironobu Hayashi, Haruyuki Nakano, Tsuyoshi Kawai, Jishan Wu Hiroko Yamada
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 51 ページ: 6734-6737
  • DOI: 10.1039/C4CC10104A
  • 査読あり
• [雑誌論文] An electron-deficient tetrathiafulvalene-conjugated bistetracene (2015)
  • 著者名/発表者名: Masataka Yamashita, Hironobu Hayashi, Naoki Aratani, Hiroko Yamada
  • 雑誌名: Tetrahedron Letters 巻: 51 ページ: 印刷中
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synthesis and Solid-State Structures of a Tetrathiafulvalene-Conjugated Bistetracene (2014)
  • 著者名/発表者名: Masataka Yamashita, Daiki Kuzuhara, Naoki Aratani, Hiroko Yamada
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 20 ページ: 6309-6314
  • DOI: 10.1002/chem.201304997
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A kinetically protected pyrene: molecular design, bright blue emission in the crystalline state and aromaticity relocation in its dicationic species (2014)
  • 著者名/発表者名: Akinobu Matsumoto, Mitsuharu Suzuki, Daiki Kuzuhara, Junpei Yuasa, Tsuyoshi Kawai, Naoki Aratani, Hiroko Yamada
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 50 ページ: 10956-10958
  • DOI: 10.1039/C4CC03645J
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 縮環ピレン3量体の合成と構造解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田本彬、荒谷直樹、山田容子
  • 学会等名: 日本化学会第95春季年会
  • 発表場所: 日本大学理工学部（千葉県船橋市）
  • 年月日: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [学会発表] Development of Large Photofunctional Multi-chromophoric Systems (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Aratani, A. Matsumoto, A. Tamoto, K. Sezukuri, M. Kojima, D. Kuzuhara, M. Suzuki, H. Yamada
  • 学会等名: 2014 International Conference on Artificial Photosynthesis
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場（兵庫県淡路市）
  • 年月日: 2014-11-24 – 2014-11-28
• [学会発表] Exploration of Photophysical Properties of Designed Multi-π-conjugated Systems (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Aratani
  • 学会等名: 8th Asian Photochemistry Conference 2014
  • 発表場所: Trivandrum, India
  • 年月日: 2014-11-13 – 2014-11-13
  • 招待講演
• [学会発表] Synthesis of Benzene-fused Perylene Bisimide Oligomers (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Kojima, N. Aratani, G. Yamada
  • 学会等名: Curved Organic Pi Molecules
  • 発表場所: 京大化研（京都府宇治市）
  • 年月日: 2014-10-19 – 2014-10-21
• [学会発表] Synthesis and Physical Properties of a Tetrabenzoperipentacene (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Matsumoto, M. Suzuki, D. Kuzuhara, N. Aratani, H. Yamada
  • 学会等名: Curved Organic Pi Molecules
  • 発表場所: 京大化研（京都府宇治市）
  • 年月日: 2014-10-19 – 2014-10-21
• [学会発表] Synthesis and physical properties of fused pyrene trimers (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Tamoto, M. Suzuki, D. Kuzuhara, N. Aratani, H. Yamada
  • 学会等名: Curved Organic Pi Molecules
  • 発表場所: 京大化研（京都府宇治市）
  • 年月日: 2014-10-19 – 2014-10-21
• [学会発表] 光と熱により電子構造の 制御可能な BODIPY の合成と蛍 光消光メカニズムの解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 青竹 達也・鈴木 充朗・葛原 大軌・ 荒谷 直樹・山田 容子
  • 学会等名: 2014年光化学討論会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道札幌市）
  • 年月日: 2014-10-11 – 2014-10-13
• [学会発表] 光機能性巨大ポルフィリンアレイの創製 (2014)
  • 著者名/発表者名: 荒谷直樹
  • 学会等名: 第25回基礎有機化学討論会
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-09
  • 招待講演
• [学会発表] テトラベンゾペリペンタセンの合成と物性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松本彬伸・ 鈴木充朗・葛原大軌・荒谷直樹・ 山田容子
  • 学会等名: 第25回基礎有機化学討論会
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-09
• [学会発表] PHOTOACTIVATABLE BODIPY FLUOROPHORES HAVING ANTHRACENE α- DIKETONE AS A PHOTOSWICH UNIT (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Aotake, M. Suzuki, D. Kuzuhara, N. Aratani, H. Yamada
  • 学会等名: The XXVth IUPAC Symposium on Photochemistry
  • 発表場所: Bordeaux, France
  • 年月日: 2014-07-13 – 2014-07-18
• [学会発表] Novel synthetic strategy of a peripentacene skelton (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Matsumoto, M. Suzuki, D. Kuzuhara, N. Aratani, H. Yamada
  • 学会等名: NIMS conference 2014
  • 発表場所: つくば国際会議場エポカル（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2014-07-01 – 2014-07-03
• [学会発表] Synthesis and oxidative properties of bisanthrathianthrene (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Aotake, M. Suzuki, D. Kuzuhara, N. Aratani, H. Yamada
  • 学会等名: NIMS conference 2014
  • 発表場所: つくば国際会議場エポカル（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2014-07-01 – 2014-07-03
• [学会発表] Synthesis of p-expanded porphycene derivatives toward organic electronics (2014)
  • 著者名/発表者名: Daiki Kuzuhara, Haruka Nakaoka, Takuya Okabe, Mika Sakaguchi, Hiroyuki Saeki, Naoki Aratani, Hiroko Yamada
  • 学会等名: 8th International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines
  • 発表場所: Istanbul, Turkey
  • 年月日: 2014-06-22 – 2014-06-27
  • 招待講演
• [図書] 光エネルギーによる物質変換の化学 (2015)
  • 著者名/発表者名: 荒谷直樹他
  • 総ページ数: 印刷中
  • 出版者: 三共出版
• [備考] 最近の研究結果
  • URL: http://mswebs.naist.jp/LABs/env_photo_greenmat/Yamada_Research_Group/publications.html
• [備考] publications
  • URL: http://mswebs.naist.jp/LABs/env_photo_greenmat/Yamada_Research_Group/publications_aratani.html