自己組織化孤立ナノ空間を利用した新反応・新現象の創出

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ある種の芳香族分子は集積することで、分子単独では見られない特異な性質を示すことが知られている。例えば、芳香族分子が2分子集積した電荷移動錯体や無限集積した液晶などが、有機伝導体や動的機能性材料として盛んに研究されている。しかしながら、その中間に位置する芳香族分子の有限な集積体は、集積する分子の数や種類、順序に応じた特異な物性発現が期待されるにも関わらず、その有効な合成手段すら見出されていない。そこで本研究では、配位結合を駆動力とした有機配位子と金属イオンの自己組織化に着目し、この仕組みをπ共役系分子の有限集積に活用することで、効率的なπ共役系分子の高次有限集積化を達成し、その集積体を用いた新奇な物性・反応性の開拓を検討した。まず、合理設計した有機配位子と金属イオンの自己組織化により、必要な成分を混合するだけで狙いとする有限集積体を一義的に組み上げる。その合成戦略として、集積するn枚のπ共役系分子に対して、その上下に2枚のパネル状配位子を配置し、その距離に応じたピラー型配位子を用意し、それらを金属イオンで繋ぐことで有限集積体が構築できると考えた。実際、上述の合成戦略で4重の集積体が一義的に合成できることを見出した。ここでは、平面状のピリジン三座配位子、直線状のビピリジン配位子、シス位をエチレンジアミンで保護したパラジウム錯体、そしてπ共役系分子としてピレンを水溶液中で混合することで、かご型の4重集積体が定量的に生成した。その構造は、X線結晶構造解析によっても明らかにした。また、内部集積した2枚のピレンは、かご型骨格から容易に抽出でき、再び、他の芳香族分子を2分子集積できることを明らかにした。