パイ共役分子を水素結合で組み上げた巨大自立空孔をもつ機能性材料の自在構築

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一般的な水素結合性有機フレームワーク(HOF)は、構造設計性や、多孔質構造の安定性に課題を有していた。これに関して我々は、非平面π共役骨格の単一な積層である「かみ合い積層」を活用することで課題の克服を試みている。安定性の高いHOFが得られるほか、単一な積層は構造設計や所望の構造の構築を容易にすると考えられる。本年度は、かみ合い積層HOF構築の一般化と、周辺に導入した官能基がHOF構造の特性へ与える影響を調査し、設計指針を確立させることを目指した。具体的には、かみ合い積層を行う分子構造として報告している、ジベンゾ[g,p]クリセン （DBC）を中心骨格とし、その周辺に導入するカルボン酸誘導体(周辺基）の設計を行った。 DBCを中心骨格とした誘導体は、周辺基の単純な伸張では溶解性が悪化したため、HOF構築が行えなかった。これはHOFにおける分子設計の限界を示したといえる。そこでカルボキシナフチル基を導入した3つの誘導体C1N4DBC、C1N5DBC、C2N6DBCを設計した。それぞれ1,4位、1,5位、2,6位でカルボキシ基とDBCコアで接続している。それぞれ結晶が得られ、PXRDまたは単結晶構造解析よりDBCコアがかみ合い積層した同形HOFであることを確認した。しかしこれらの同形HOFはゲストの脱離に対して異なる挙動を示す。C1N4DBCは可逆的に空孔の開閉する挙動を示す。C1N5DBCは全く構造変化しない。C2N6DBCは乱雑に構造崩壊しアモルファスへと変化する。これら一連のHOFの構造変化の結果から、HOFの構造特性は、周辺基や水素結合の乱れ、積層体の滑りなどに現れると理解できる。分子間相互作用の影響を強く受ける多孔質結晶では、分子設計とそれに伴う物性変化を調べ、所望の構造・機能を持つHOFの構築を制御することが重要であることがわかった。