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2022 年度 実績報告書

水素結合でネットワーク化した2次元有機結晶の積層による2.5次元物質創成

公募研究

研究領域2.5次元物質科学:社会変革に向けた物質科学のパラダイムシフト
研究課題/領域番号 22H05461
研究機関大阪大学

研究代表者

久木 一朗  大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (90419466)

研究期間 (年度) 2022-06-16 – 2024-03-31
キーワード水素結合 / 有機結晶 / ヘキサゴナルネットワーク / トポロジー / 分子積層
研究実績の概要

本研究では、電子物性を自在に設計できるパイ共役系有機分子を水素結合によってネットワーク化した単層および複層の結晶性2次元構造を構築し、グラフェンや金属酸化物の薄膜との複合材料へと展開して2.5次元物質科学の発展に貢献することである。結合の形成と解離が可逆的な非共有結合性の水素結合を用いて分子をネットワーク化することによって、構造欠陥の少ない結晶性分子層を構築できるが、自立した薄膜として取り出すことが困難である。より丈夫な水素結合ネットワークシート構造を構築するために、本年度は分子内の4か所、6か所、および8か所にカルボキシ基を有するビルディングブロック分子の合成を検討した。まず、3回対称性の3角形状π共役環状構造の各頂点に2つのカルボキシ基をもつ分子を、分子内に末端アセチレンとヨウ化アリール部位をもつ前駆体をPd(0)触媒を用いた薗頭・萩原クロスカップリング反応による環化3量化によって低収率ながら合成・単離することに成功した。さらにこの環状分子を結晶化することによって、分子が2次元状に水素結合したシートの積層構造を得た。この積層構造からのシートの剥離について検討中である。また、8か所にカルボキシ基を有する分子を、4か所に同基をもつ分子の2量化によって合成することを計画し、まず化学的に構造変換可能な置換基を5,6位に有する1,2,3,4-テトラキス(4-メトキシカルボニルフェニル)ベンゼン誘導体の合成を行った。現在、2量化による奥田カルボン酸誘導体の合成を行っている。一方、原料の加水分解により得られるテトラカルボン酸もまた、水素結合により分子が連結した1次元リボン状のネットワーク構造を形成することが分かった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

ビルディングブロック分子の合成とそれを用いた2次元層状構造の構築については、おおむね順調に推移している。一方、2次元物質との複合化による新たな展開を行うための共同研究については依然として検討中であり、予定よりも遅れている。

今後の研究の推進方策

現在合成を行っているオクタカルボン酸をはじめとする一連の分子群の合成とそれを用いた水素結合性ネットワーク構造の構築を引き続き推進するとともに、特に2次元無機材料を扱う領域研究者との共同研究を開始することによって、本領域に貢献する。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2023 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Isomeric Effect of Naphthyl Spacers on Structures and Properties of Isostructural Porous Crystalline Frameworks2023

    • 著者名/発表者名
      Yuto Suzuki, Mao Yamaguchi, Ryusei Oketani, Ichiro Hisaki
    • 雑誌名

      Mater. Chem. Front.

      巻: 7 ページ: 106-116

    • DOI

      10.1039/D2QM01091G

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Single Crystalline, Non-stoichiometric Cocrystals of Hydrogen-Bonded Organic Frameworks2023

    • 著者名/発表者名
      Taito Hashimoto, Ryusei Oketani, Masaki Nobuoka, Shu Seki, Ichiro Hisaki
    • 雑誌名

      Angew. Chem. Int. Ed.

      巻: 62 ページ: e202215836

    • DOI

      10.1002/anie.202215836

    • 査読あり
  • [学会発表] Porous crystalline frameworks constructed through intermolecular hydrogen bonds of carboxy groups2023

    • 著者名/発表者名
      久木一朗
    • 学会等名
      Kyoto Advanced Porous Science Symposium
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ビナフチル骨格をもつテトラカルボン酸誘導体の合成と結晶化2023

    • 著者名/発表者名
      原彩乃、桶谷龍成、久木一朗
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会
  • [学会発表] 低密度ヘキサゴナル多孔質構造体の構築を志向したジエチニルビピリジル大環状分子の合成2023

    • 著者名/発表者名
      金只譲、桶谷龍成、久木
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会
  • [学会発表] 近接した孤立電子対をもつピラジノピラジン誘導体の合成2023

    • 著者名/発表者名
      中村海渡、桶谷龍成、久木一朗
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会
  • [学会発表] 1,2,3,4-テトラキス(カルボキシフェニル)ベンゼン誘導体の合成と水素結合性有機フレームワークの構築2023

    • 著者名/発表者名
      村上尚央人、桶谷龍成、久木一朗
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会
  • [学会発表] ジメチルジヒドロベンゾ[e]ピレン誘導体を用いた光に応答する水素結合性有機フレームワークの構築2023

    • 著者名/発表者名
      糟谷昂毅、桶谷龍成、久木一朗
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会
  • [学会発表] ピレン/ヒドロピレン誘導体の水素結合性固溶体フレームワーク2023

    • 著者名/発表者名
      橋本泰利、桶谷龍成、久木一朗
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会
  • [学会発表] ジエチニルビフェニル基で拡張した大環状分子を用いた低密度水素結合性ヘキサゴナルネットワークの構築と物性2023

    • 著者名/発表者名
      吉村大暉、鈴木悠斗、桶谷龍成、久木一朗
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会
  • [備考] 研究室HP

    • URL

      http://www.chem.es.osaka-u.ac.jp/mac/

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公開日: 2023-12-25  

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