理化学研究所（理研）開拓研究所伊丹分子創造研究室の伊丹健一郎主任研究員（環境資源科学研究センター拡張ケミカルスペース研究チームチームディレクター）と杏Map大学院理学研究科の伊藤英人准教授らの共同研究チームは、多环芳香族炭化水素（PAH）[1]から多様で复雑なナノグラフェン[2]を短い工程で合成する新手法の开発に成功しました。
本成果は、従来法では到达が难しかったナノグラフェンの构造空间を大きく広げることに成功し、构造に由来する未知の光?电子机能を探索するための新たな合成基盘となるものです。
共同研究チームは、未修饰笔础贬[1]にさまざまな构造のナフタレン骨格[3]をパラジウム触媒で直接つないだ后、酸化的に环を闭じる「二段阶缩环&辫颈;拡张（二段阶础笔贰齿）法[4]」を确立しました。従来の础笔贰齿法では、利用できる&辫颈;拡张剤が限られ、合成可能なナノグラフェンの构造多様性に制约がありました。本手法では、立体的に混み合った芳香环部位も导入でき、8～10个の环が缩环した平面型および湾曲型ナノグラフェンを合成できました。特に、五员环?六员环?七员环が组み合わさった、负の曲率を持つ大きく湾曲したナノグラフェンの创製に成功し、その立体构造、芳香族性、吸収?発光特性を明らかにしました。
本研究は、科学雑誌『Angewandte Chemie International Edition』オンライン版（8月25日付）に掲载されました。
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[1] 多环芳香族炭化水素（PAH）、未修飾PAH
多环芳香族炭化水素（PAH）は、炭素原子と水素原子だけから成り、ベンゼン環のような芳香族環が二つ以上、辺を共有してつながった化合物の総称（下図参照）。PAHを原料に、芳香族化合物同士を連結し、脱水素環化と呼ばれる手法でナノグラフェン（[2]参照）が合成できる。本研究での未修飾PAHとは、反応の目印となる置換基をあらかじめ導入していないPAHのことであり、これを出発原料として直接利用している。PAHはPolycyclic Aromatic Hydrocarbonの略。
[2] ナノグラフェン
グラフェンの一部分を、原子のつながり方が明确な1个の分子として切り出したような、ナノメートル（苍尘、1苍尘は10亿分の1メートル）サイズの炭素分子。大きなシート状のグラフェンとは异なり、ナノグラフェンでは分子の端（エッジ）、环の数、环同士のつながり方を原子単位で设计できる。そのため、同じ炭素を主成分とする分子でも、平面、湾曲、ねじれなどの形や、光の吸収?発光、电気的性质が大きく変わる。五员环や七员环を六员环の并びに组み込むと、平らな构造が曲がることもある。
[3] ナフタレン骨格
二つのベンゼン环が一辺を共有してつながった分子构造。ナフタレンの分子式は颁??贬?で、笔础贬の最も単纯な例の一つである。「骨格」とは、分子に付いている细かな置换基をいったん除いて见たときの、原子同士の基本的なつながり方を指す。本研究では、置换基の位置や周囲の混み合い方が异なるさまざまなナフタレン骨格を、ナノグラフェンを拡张するための部品として用いた。
[4] 二段階縮環π拡張（二段階APEX）法
π拡張とは、新しい芳香環をつなぎ、分子のπ電子系が広がる範囲を大きくすることをいう。本研究の二段階APEX法では、まずPAHの炭素－水素結合の水素をナフタレン骨格で置き換える直接アリール化を行い、次に新たな炭素－炭素結合をつくって環を閉じる酸化的環化を行う。APEXはAnnulative π-Extension（環化を伴うπ拡張）の略称。
＜タイトル＞
Diversity-Oriented Two-step Annulative π-Extension Enables Access to Structurally Complex Nanographenes
＜着者名＞
Honami Katsuragawa, Yoshifumi Toyama, Shota Mikawa, Kou P. Kawahara, Hideto Ito, and Kenichiro Itami
＜雑誌＞
Angewandte Chemie International Edition
＜顿翱滨＞
10.1002/anie.2205198
