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2015 年度 実績報告書

柱状π分子の2次元集積化によるπ造形システム

公募研究

研究領域π造形科学: 電子と構造のダイナミズム制御による新機能創出
研究課題/領域番号 15H00990
研究機関金沢大学

研究代表者

生越 友樹  金沢大学, 物質化学系, 教授 (00447682)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
キーワードピラーアレーン / レイヤーバイレイヤー / 積層フィルム / ホスト-ゲスト特性
研究実績の概要

アニオン性及びカチオン性基を導入したPillar[5]arene、Pillar[6]areneの合成を行った。基板表面にカチオン性高分子、アニオン性高分子を交互に配列できるLayer-by-Layer法を利用して、Pillar[5]arene、Pillar[6]areneを2次元配列化したシート構造の構築を行った。その結果、Pillar[5]arene、Pillar[6]areneを用いた場合には、積層フィルムを得ることができたが、ユニットモデルでは積層フィルムを得ることができなかった。Pillar[5]arene、Pillar[6]areneの上下対称な柱構造及び、上下に官能基を有することが、積層フィルム形成に非常に重要であることが分かった。積層フィルムのホスト-ゲスト特性を調査した。その結果、Pillar[5]arene由来のホスト-ゲスト特性である、2置換ベンゼンのうちパラ置換体は取り込むが、オルト、メタ位置換体は取り込まないといった形状選択性を示した。また、Pillar[5]areneとPillar[6]areneの交互積層フィルムについても検討した。その結果、Pillar[5]areneの上層にはPillar[6]areneは積層しない、またPillar[6]areneの上層にはPillar[5]areneは積層しないという、形状選択性がを有していることが分かった。基板表面にPillar[5]arene及びPillar[6]areneが規則構造を有して配列しているためだと考えられる。

現在までの達成度 (区分)
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

当初の計画では、Pillar[5]areneとPillar[6]areneの交互積層フィルムでは、選択性は見られないと考えていたが、実際には基板上にそれぞれが高秩序に配列した構造を有していた。このような基板上の配列化までを観測できたことは画期的であるために、当初の計画以上に本研究は進展しているといえる。

今後の研究の推進方策

長鎖アルキル鎖は、アルキル鎖間でスタッキングにより配向するため、分子の配列化を促進するには有効である。しかし、これまでに合成されたPillar[5,6]areneでは、アルキル鎖の長さが十分ではなく、Pillar[5,6]areneの分子配向を促進するには十分な長さを有してはいなかった。そこで、分子配向を促進させるために十分な長さの長鎖アルキル基をエーテル化により導入する。アルキル鎖長により、Pillar[5,6]areneのシート間距離をチューニングできると予測される。またアルキル鎖長を伸ばすのみでは、Pillar[5,6]areneが十分に配列しなかった場合、アルキル鎖数を増やすために、液晶性を示す官能基である多数のアルキル鎖を有するトリアルコキシフェニル基を導入する。それでもは配向しない場合は、アルキル鎖末端にフッ素基の導入を行う。フッ素は自由エネルギーが小さいため、フッ素部位が表面へと集まることにより、Pillar[5,6]arene層との相分離構造を誘発しやすくなる。その結果、Pillar[5,6]areneの2次元スタッキングが促進されると期待される。また他の手法として、アミド基・ウレア基をアルキル鎖長中に組み込むことにより、多重分子内・分子間水素結合によりアルキル鎖間のスタッキング能力を高める。これにより、Pillar[5,6]areneの2次元スタッキングの促進・安定化が期待される。これらバルクの特性をDSC、AFM、SEM、TEM、小角・広角X線粉末回析により評価する。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 5件、 招待講演 5件)

  • [雑誌論文] Molecular Recognition with Microporous Multilayer Films Prepared by Layer-by-Layer Assembly of Pillar[5]arenes2015

    • 著者名/発表者名
      Ogoshi, T. Takashima, S. Yamagishi, T.
    • 雑誌名

      J Am Chem Soc

      巻: 137 ページ: 10962-10964

    • DOI

      10.1021/jacs.5b07415

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Porous Carbon Fibers ContainingPores with Sizes Controlled at the AngstromLevel by the Cavity Size of Pillar[6]arene2015

    • 著者名/発表者名
      Ogoshi, T. Yoshikoshi, K. Sueto, R. Nishihara, H. Yamagishi, T.
    • 雑誌名

      Angew Chem Int Ed

      巻: 54 ページ: 6466-6469

    • DOI

      10.1002/anie.201501854

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Reversible and contrasting changes of the cloud point temperature of pillar[5]arenes with one quinone unit and tri(ethylene oxide) chains induced by redox chemistry and host–guest complexation2015

    • 著者名/発表者名
      Ogoshi, T. Akutsu, T. Tamura, Y. Yamagishi, T.
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 51 ページ: 7184-7186

    • DOI

      10.1039/c5cc01630d

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Host-Guest Complexation of Perethylated Pillar[5]arene with Alkanes in the Crystal State2015

    • 著者名/発表者名
      Ogoshi, T. Sueto, R. Yoshikoshi K. Sakata, Y. Akine, S. Yamagishi, T.
    • 雑誌名

      Angew Chem Int Ed

      巻: 54 ページ: 9849-9852

    • DOI

      10.1002/anie.201503489

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Pillar[n]arene-Based Supramolecular Assemblies in Bulk State2016

    • 著者名/発表者名
      Ogoshi, T
    • 学会等名
      The 9th Japan-China Joint Symposium on Functional Supramolecular Architectures
    • 発表場所
      IMS, Okazaki, Japan
    • 年月日
      2016-02-24
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Pillar[n]arenes: Easy-to-make and versatile receptors for supramolecular chemistry2016

    • 著者名/発表者名
      Ogoshi, T
    • 学会等名
      Functional Materials Symposium
    • 発表場所
      University of Liverpool, U. K.
    • 年月日
      2016-01-25
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Pillar[n]arenes-based porous supramolecular assemblies2016

    • 著者名/発表者名
      Ogoshi, T
    • 学会等名
      Mini-symposium "Innovative Material Science Based on Supramolecules"
    • 発表場所
      University of Amsterdam, the Netherlands
    • 年月日
      2016-01-19
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Pillar[n]arenes: Easy-to-Make and Versatile Receptors for Supramolecular Chemistry2016

    • 著者名/発表者名
      Ogoshi, T
    • 学会等名
      Japan-Canada Symposium for International Exchange Initiative
    • 発表場所
      University of British Columbia, Canada
    • 年月日
      2016-01-08
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Pillar[n]arenes: from Simple Molecular Receptors to Bulk Supramolecular Materials2015

    • 著者名/発表者名
      Ogoshi, T
    • 学会等名
      13th International Conference on Calixarenes (Calix 2015)
    • 発表場所
      Atahotel Naxos Beach, Giardini Naxos (Sicily), Italy
    • 年月日
      2015-07-08
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2017-01-06  

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