中江隆博 エネルギー理工学研究所助教、坂口浩司 同教授、塩足亮隼 東京大学助教、杉本宜昭 同准教授、岩田孝太 同博士研究員、宇野英満 愛媛大学教授、奥島鉄雄 同准教授、森重樹 同特任講師らの共同研究グループは、「ばね」型有機分子を金属表面で歪ませることにより「高エネルギー充電状態」を作り出し、従来法では合成できなかった機能性材料を著しく低いエネルギーで合成する新しい炭素骨格組み換え反応の開発に成功しました。今回の成果は、有機ELや太陽電池などに利用できる新しい有機エレクトロニクス材料（軽く柔らかい機能性有機分子を用いた電子材料）開発への応用が期待されます。
本研究成果は、2017年7月20日付けで英国の科学誌「Nature Communications」にオンライン掲載されました。
研究者からのコメント
有机分子を金属表面上で変型させることにより产出される歪みエネルギーにより、机能性分子を合成するという新しいコンセプトの化学反応の开発に成功しました。今回の成果は、私たちが従来开発してきた「生物模倣型触媒反応」のコンセプトを発展させ、金属表面における有机分子の変型による歪みエネルギーを「充电状态」にできる「ばね型分子」を设计したことがポイントです。今后は、有机分子の表面変形を巧みに利用した新しい机能性材料の开発に取り组む予定です。
本研究成果のポイント
- 「ばね」型有机分子を金属表面上に置くことで変型させ、生じる歪みエネルギーを使って従来例のない炭素骨格组み换えを実现し、有机エレクトロニクスに有用な机能性分子を作り出すことに成功した。
- 原子间力顕微镜（鋭い针（探针）先端の原子と试料表面上の原子との间に働く力（原子间力）を検出しながら、探针を表面平行方向に走査（スキャン）することで表面の凹凸を画像化する顕微镜）を用いて反応前后の有机分子の构造を比较し、フラスコ内では起きない新种の化学反応が起こったことを実証した。
- 今回开発した、分子の歪みエネルギーを利用する化学反応は原子効率が非常に高く、光?电子机能材料の革新的な合成手法となることが期待される。
概要
有机材料を利用する有机贰尝ディスプレイや太阳电池は、「曲がる?薄いデバイス」を実现できるため、大きな注目を集めています。これらのデバイスを构成する半导体材料である机能性有机分子は、従来、フラスコ中での有机合成反応を用いて作られてきました。しかし、超伝导などの优れた特性を示すある种の机能性有机分子は、その合成に大きなエネルギーを必要とするため、数百度の高温でも合成が困难であり、新しい原理に基づく合成法が望まれていました。
今回开発した「金属表面で分子を曲げて骨格を変える新?有机合成法」では、ねじれた「ばね」型有机分子を设计し、金属表面上で分子を曲げることにより高いエネルギー状态を作り出すことで、従来困难であった机能性分子の合成に成功し、悬案の问题を解决しました。
本方法のポイントは、原料分子を触媒の表面で歪ませることで力学的エネルギーを分子内に蓄えた状态、いわば、歪みエネルギーの「充电状态」を作り出したことです。穏やかな加热条件でその歪みエネルギーを开放することにより、新しい形式の化学反応を起こし、超伝导などに用いられる机能性构造である「フルバレン骨格」（炭素10个水素8个からなる5角形二つを炭素－炭素二重结合で连结した构造を持つ炭化水素化合物の骨格）の合成に成功しました。分子内部の局所的な构造変化を検出することは通常困难ですが、极めて精密な原子间力顕微镜を用いることで、个々の有机分子を构成する炭素原子の骨组み（炭素骨格）を画像化することができます。本研究による原子间力顕微镜测定によって、生成された分子が确かにフルバレン骨格を持つこと、そしてその反応効率が非常に高いことを明らかにしました。
図：今回开発した「金属表面で分子を曲げて骨格を変える新?有机合成法」の概念図。下段に、実际に测定した分子の原子间力顕微镜像を示す。
详しい研究内容について
书誌情报
【顿翱滨】
【碍鲍搁贰狈础滨アクセス鲍搁尝】
Akitoshi Shiotari, Takahiro Nakae, Kota Iwata, Shigeki Mori, Tetsuo Okujima, Hidemitsu Uno, Hiroshi Sakaguchi & Yoshiaki Sugimoto(2017). Strain-induced skeletal rearrangement of a polycyclic aromatic hydrocarbon on a copper surface. Nature Communications, 8, 16089.
