π共役分子を正方形に組み上げる新手法を開発 ―酸で原料に戻せる分子設計を実現―

2026-06-03 分子科学研究所

自然科学研究機構分子科学研究所と総合研究大学院大学の研究チームは、平面状のπ共役分子を直角につなぎ、4枚のπ共役パネルが正方形状に配置された立体的な大環状分子を高効率で合成する新手法を開発した。従来、sp²炭素系分子のみで90°近い角度を形成することは難しく、正方形型大環状分子の合成は長年の課題だった。研究では、約90°の折れ曲がり構造を生み出すジベンゾジアゾシン(DBDA)骨格と可逆的なイミン結合を利用することで、多様なπ共役ユニットから正方形大環状分子を選択的に構築することに成功した。得られた分子は酸添加により可逆的な色変化を示す酸応答性を持ち、さらにイミン結合の加水分解によって出発原料を85~93%の高収率で回収できることが確認された。1種類のイミン結合が「構造形成」「刺激応答」「リサイクル」の3機能を担う点が特徴であり、持続可能な分子設計の新たな指針となる。今後は正方形以外の複雑なπ共役構造体への展開や、有機エレクトロニクス、分子認識、機能性材料への応用が期待される。

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<関連情報>

多重イミン結合形成に基づく安定な形状を有する全sp2正方形型大環状分子の構築 Construction of Shape-Persistent All-sp2 Square Macrocycles via the Formation of Multiple Imine Bonds

Takashi Harimoto,and Yasutomo Segawa
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.6c02905
Journal of the American Chemical Society  Published: June 1, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.6c02905

Abstract

Shape-persistent all-sp2 square macrocycles represent a synthetic challenge due to the difficulties associated with maintaining bond angles of ca. 90° between adjacent π-conjugated panels. Here, we report the rational design and synthesis of all-sp2 square macrocycles by employing dibenzo[b,f][1,5]diazocine as rigid perpendicular units. Density-functional-theory calculations suggested that the formation of cyclic tetramers is thermodynamically favored. Accordingly, the acid-mediated formation of multiple imine bonds via the condensation of monomers bearing 2-aminobenzoyl groups afforded cyclic tetramers as diastereomeric mixtures in yields of up to 60%. Single-crystal X-ray diffraction analyses confirmed square geometries with preserved panel planarity and tunable internal cavities. The strategy is applicable to a variety of panels (benzene, biphenyl, terphenyl, and pyrene), whereby panel rigidity controls tetramer selectivity. The thus-obtained square macrocycles exhibit reversible acid responsiveness and enable high-yield monomer recovery via acid hydrolysis─a unique recycling strategy currently unattainable to conventional cross-coupling methods. This study hence establishes a versatile platform for the construction of shape-controlled π-conjugated macrocycles with tunable properties.

0502有機化学製品
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