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

• 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

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。

由分子通过氢键自组装形成的多孔结构称为HOF。本研究的主要目的是利用各种弱氢键构建新的HOF，并阐明它们的结构和功能之间的关系。 2022年第一年研究的主要成果是发现基于某种锌配合物的HOF在保持单结晶性的同时表现出伴随结构变化的客体交换功能。 HOF 可以在保持单晶性的同时发挥这种功能，尚无先例。单晶X射线结构分析表明，伴随结构变化的客体交换是通过破坏构成HOF骨架的部分分子间氢键并与客体分子形成新的氢键而发生的。据认为，氢键断裂的发生是因为与传统的氢键相比，使用了更弱的氢键来构建骨架。因此，这一结果可以说证明了利用弱氢键构建HOF的意义。今年，我们还发现基于镍配合物的HOF可以选择性合成极性挥发性有机化合物，当它吸附吡啶、氨和甲醇蒸气时会改变颜色。这种颜色变化行为与迄今为止揭示的羰基化合物、醚和氯烷烃（不显示任何颜色变化）的吸附行为形成对比。通过测量粉末X射线衍射和漫反射光谱，表明这种颜色变化是由配体取代反应引起的。由于配体取代反应而导致的颜色变化是出乎意料的结果。他们还致力于使用比之前研究中使用的氢键弱的氢键构建HOF，并发现构建HOF是可能的，尽管合成方法和规模仍然存在问题。未来，通过建立合成方法，有望成为可应用于更广泛种类基材的吸附材料。

项目成果

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
• 影响因子: 4.6
• 作者: Iwabuchi Yurika;Yamaguchi Ryoga;Murakami Tatsunari;Okazaki Masaaki;Ohta Shun
• 通讯作者: Ohta Shun

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

• 发表时间: 2022
• 作者: Shun Ohta; Yurika Iwabuchi; Ryota Mukai; Ryoga Yamaguchi; Tomoyuki Toda; Masaaki Okazaki
• 通讯作者: Masaaki Okazaki

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

• 发表时间: 2022
• 作者: 太田俊

Activation of unsaturated small molecules by bio-relevant multinuclear metal-sulfur clusters

生物相关多核金属硫簇活化不饱和小分子

• DOI: 10.1016/j.ccr.2022.214838
• 发表时间: 2023
• 影响因子: 20.6
• 作者: Tanifuji Kazuki;Ohta Shun;Ohki Yasuhiro;Seino Hidetake
• 通讯作者: Seino Hidetake

フェニルビス(ベンゾイミダゾリル)メタノールを構築単位とする結晶性水素結合ネットワークの合成、構造および吸着機能

以苯基双(苯并咪唑基)甲醇为结构单元的结晶氢键网络的合成、结构和吸附功能

• 发表时间: 2022
• 作者: 太田俊; 畠山竜弥; 戸田智之; 岡崎雅明
• 通讯作者: 岡崎雅明