弱い分子間水素結合を利用して構築する多孔質構造体の構造と機能の解明

阐明利用弱分子间氢键构建的多孔结构的结构和功能

基本信息

批准号：
22K04854
负责人：
太田俊
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Hirosaki University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04854/
关键词：
水素結合揮発性有機化合物吸着分離錯体

项目摘要

分子を水素結合により自己集合させた多孔質構造体をHOFと呼ぶ。本研究では、種々の弱い水素結合を利用して新規HOFを構築し、その構造と機能との関係を明らかにすることを主目的としている。研究初年度となる2022年度の主要な成果として、ある亜鉛錯体を基盤とするHOFが、構造変化を伴うゲスト交換機能を単結晶性を維持したまま示すことを見出した点が挙げられる。単結晶性を維持したままこの機能を発揮できるHOFは先例がない。単結晶X線構造解析により、構造変化を伴うゲスト交換が、HOF骨格を構成する分子間水素結合の一部の切断と、ゲスト分子との新たな水素結合の形成により起こることを明らかにした。水素結合の切断は、骨格構築に従来に比べて弱い水素結合を使用したため起こった、と捉えられる。よって、この成果はHOFの構築に弱い水素結合を利用することの意義の一つを示したものといえる。本年度には、極性のある揮発性有機化合物を選択的に合成できるニッケル錯体を基盤とするHOFが、ピリジンやアンモニア、メタノールの蒸気を吸着した場合に色を変化させることも見出した。この色変化挙動は、これまでに明らかにしてきたカルボニル化合物やエーテル類、クロロアルカン類の吸着挙動（色変化を示さない）とは対照的である。粉末X線回折や拡散反射スペクトルを測定することにより、この色変化が、配位子置換反応により生じていることを明らかにした。この配位子置換反応による色変化は当初予期していなかった成果である。これまでの研究に用いてきたものよりも弱い水素結合を利用したHOF構築にも取り組み、合成法やスケールに課題は残すものの、HOFを構築できることを見出した。今後、合成法を確立させることにより、より多様な基質に適応可能な吸着材料となる可能性が期待できる。

分子被氢键自我组装的多孔结构称为HOF。这项研究主要旨在使用各种弱氢键来构建新的HOF，并阐明其结构和功能之间的关系。研究的第一年，2022年的主要结果之一是，我们发现基于锌综合体的HOF表现出宾客交换功能，并伴有结构变化，同时保持单晶度。 HOF没有可以执行此功能的同时保持单晶度的先例。单晶X射线结构分析表明，由于某些构成HOF主链的分子间氢键的切割以及与来宾分子的新氢键形成。据认为，由于使用氢键来构建骨干结构，因此发生了氢键的裂解，该结构比过去弱。因此，可以说这一成就证明了使用氢键的意义之一，氢键在HOF的构造中较弱。今年，我们还发现，基于镍复合物的HOF可以选择性地合成极性挥发性有机化合物时，当它们吸附吡啶，氨或甲醇蒸气时，它们会改变颜色。这种颜色变化行为与迄今为止已经阐明的羰基化合物，醚和氯烷烃的吸附行为（不显示颜色变化）相反。粉末X射线衍射和弥散反射光谱的测量表明，这种颜色变化是由配体取代反应引起的。配体替代反应引起的这种颜色变化是最初出乎意料的结果。我们还使用较弱的氢键来建造HOF，而不是先前的研究中使用的氢键，并发现可以构建HOF，尽管合成方法和规模仍然存在挑战。通过在将来建立合成方法，可以预期吸附材料可以适应多种底物。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

極性のある有機化合物の蒸気を選択的に吸着する水素結合ネットワーク材料

选择性吸附极性有机化合物蒸气的氢键网络材料

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
化学工業
影响因子：
0
作者：
Iwabuchi Yurika;Yamaguchi Ryoga;Murakami Tatsunari;Okazaki Masaaki;Ohta Shun;太田俊
通讯作者：
太田俊

Structures and functions of hydrogen-bonded organic frameworks based on metal chlorido complexes bearing a bis(benzimidzol-2-yl)methane

基于带有双(苯并咪唑-2-基)甲烷的金属氯化配合物的氢键有机骨架的结构和功能

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Shun Ohta;Yurika Iwabuchi;Ryota Mukai;Ryoga Yamaguchi;Tomoyuki Toda;Masaaki Okazaki
通讯作者：
Masaaki Okazaki

Synthesis, Structural Characterization, and Guest Exchange Properties of Hydrogen-Bonded Organic Frameworks Based on Bis(benzimidazole)ZnCl2 Complexes

基于双(苯并咪唑)ZnCl2配合物的氢键有机框架的合成、结构表征和客体交换性能

DOI：
10.1021/acs.inorgchem.2c03131
发表时间：
2022
期刊：
Inorganic Chemistry
影响因子：
4.6
作者：
Iwabuchi Yurika;Yamaguchi Ryoga;Murakami Tatsunari;Okazaki Masaaki;Ohta Shun
通讯作者：
Ohta Shun

【弘前大学研究室探訪！】～理工学部錯体化学研究室（太田俊助教）編

【参观弘前大学实验室！