複雑なナノグラフェンをわずか2段階で合成 -多様な芳香環をつなぎ、平面構造から負の曲率を持つ構造まで-

2026-08-26 理化学研究所,名古屋大学

理化学研究所と名古屋大学の研究チームは、多環芳香族炭化水素(PAH)から、従来は合成が難しかった多様で複雑なナノグラフェンをわずか2段階で合成する「二段階APEX法」を開発した。まずパラジウム触媒を用いてPAHの炭素―水素結合を直接アリール化し、次に酸化的環化によって芳香環を縮環させることで、事前の官能基化を抑えながら8~10環の多様なナノグラフェンを構築した。特に、五員環・六員環・七員環が連続して融合した構造では、分子内の二つの平面が34.8度傾く大きく湾曲した「負の曲率」を持つ分子を創製し、440~570nmの吸収と576nmをピークとする橙色発光を確認した。本手法は平面型だけでなく、湾曲・ねじれ・空孔など多彩な分子ナノカーボンを探索できる合成基盤となる。将来的には有機半導体、発光材料、光センサー、太陽電池などの機能性材料開発や、計算・データ科学と組み合わせた新材料探索への応用が期待される。

複雑なナノグラフェンをわずか2段階で合成 -多様な芳香環をつなぎ、平面構造から負の曲率を持つ構造まで-
本研究の概要(created by Dr. Issey Takahashi)

<関連情報>

多様性指向型2段階環状π拡張反応により、構造的に複雑なナノグラフェンへのアクセスが可能になる Diversity-Oriented Two-Step Annulative π-Extension Enables Access to Structurally Complex Nanographenes

Honami Katsuragawa, Yoshifumi Toyama, Shota Mikawa, Kou P. Kawahara, Hideto Ito, Kenichiro Itami
Angewandte Chemie International Edition  Published: 24 August 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/anie.2205198

ABSTRACT

The development of a general strategy for accessing structurally diverse nanographenes and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) remains a central challenge in synthetic chemistry. Although annulative π-extension (APEX) enables the direct construction of fused aromatic systems from unfunctionalized PAHs, its structural scope has been largely constrained by the limited diversity of applicable π-extending reagents. Herein, we report on a diversity-oriented two-step APEX strategy that overcomes this limitation through the use of structurally diverse naphthalene-based aryltrimethylsilanes in Pd/o-chloranil-catalyzed C–H arylation, followed by oxidative cyclodehydrogenation. This approach enables the introduction of sterically congested polyaryl motifs and provides access to nanographenes with 8 to 10 fused rings and diverse ring-fusion patterns. Notably, a negatively curved nanographene containing five-, six-, and seven-membered rings was synthesized and fully characterized by x-ray crystallography, spectroscopy, and theoretical calculations, highlighting the capability of this approach to access challenging nanographene architectures. This work establishes a general platform for diversity-oriented APEX synthesis, thereby redefining the scope and synthetic potential of APEX chemistry.

0502有機化学製品
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