含窒素ナノグラフェンの迅速モジュラー合成と機能開拓

ナノグラフェンに窒素原子を導入した「含窒素ナノグラフェン」は、炭化水素とは異なる構造をもち高い機能発現が期待できる。本研究では独自に開発した新規アゾメチンイリドを基本モジュールとして用いて、多種多様な形状の含窒素ナノグラフェンの短段階迅速合成を行う。平成29年度は、主に曲面構造をもつ含窒素ナノグラフェンの合成と機能探索を行なった。1) 多環芳香族アゾメチンイリドとコラニュレンとの反応を利用した含窒素ナノグラフェン合成：多環芳香族アゾメチンイリドがきわめて高い反応性を有し、反応が低いことが知られているコラニュレンとも良好に付加環化反応を起こすことを見出した。本反応の後に酸化的な脱水素反応を行うことでピロールが縮環したコラニュレンが合成できた。本分子はピロール由来の平面構造とコラニュレン由来の曲面構造の両面をあわせもつダブルヘリセン型構造をもっており、極性に応じて発光波長が大きく変化するソルバトクロミズムを示すなど独特の性質を明らかにできた。2) 深いボウル型含窒素ナノグラフェン合成：1)で合成したピロール縮環コラニュレンの周縁部の環同士を連結することで、ボウルの深さが6b2-アザペンタベンゾ[bc,ef,hi,kl,no]コラニュレンよりも深いボウル型含窒素ナノグラフェンの合成に成功した。この分子の一部はフラーレンC60に匹敵する高い曲率をもつ。その詳細な物性は現在解明中であるが、本分子の合成法はヘテロ元素を有する高歪み多環芳香族化合物の一般的な合成法を提供する重要な成果である。

ナノグラフェンに窒素原子を導入した「含窒素ナノグラフェン」は、炭化水素とは異なる構造をもち高い機能発現が期待できる。本研究では独自に開発した新規アゾメチンイリドを基本モジュールとして用いて、多種多様な形状の含窒素ナノグラフェンの短段階迅速合成を行う。平成29年度は、主に曲面構造をもつ含窒素ナノグラフェンの合成と機能探索を行なった。1) 多環芳香族アゾメチンイリドとコラニュレンとの反応を利用した含窒素ナノグラフェン合成：多環芳香族アゾメチンイリドがきわめて高い反応性を有し、反応が低いことが知られているコラニュレンとも良好に付加環化反応を起こすことを見出した。本反応の後に酸化的な脱水素反応を行うことでピロールが縮環したコラニュレンが合成できた。本分子はピロール由来の平面構造とコラニュレン由来の曲面構造の両面をあわせもつダブルヘリセン型構造をもっており、極性に応じて発光波長が大きく変化するソルバトクロミズムを示すなど独特の性質を明らかにできた。2) 深いボウル型含窒素ナノグラフェン合成：1)で合成したピロール縮環コラニュレンの周縁部の環同士を連結することで、ボウルの深さが6b2-アザペンタベンゾ[bc,ef,hi,kl,no]コラニュレンよりも深いボウル型含窒素ナノグラフェンの合成に成功した。この分子の一部はフラーレンC60に匹敵する高い曲率をもつ。その詳細な物性は現在解明中であるが、本分子の合成法はヘテロ元素を有する高歪み多環芳香族化合物の一般的な合成法を提供する重要な成果である。