論文『ペルフルオロシクロパラフェニレン』がNatureCommun.に掲載されました

Perfluorocycloparaphenylenes

Hiroki Shudo, Motonobu Kuwayama, Masafumi Shimasaki, Taishi Nishihara, Youhei Takeda, Nobuhiko Mitoma, Takuya Kuwabara, Akiko Yagi, Yasutomo Segawa* and Kenichiro Itami*

Nature Communications 2022, 13: 3713. DOI: 10.1038/s41467-022-31530-x

全フッ素化芳香族化合物（ペルフルオロアレーン）は、その高い電子親和力と特徴的な分子間相互作用により、材料科学で広く使用されています。一方、高度にひずんだ非平面ペルフルオロアレーンを合成する方法は限られており、新たな合成手法の開発が望まれています。本研究では、リング状のペルフルオロアレーンであるペルフルオロシクロパラフェニレン（PFCPPs）の合成・単離・性質解明に成功しました。大環状ニッケル錯体を経由することで、貴金属を使用せずにPF[n]CPP（n = 10、12、14、16）を市販の化合物からワンポットで合成しました。PF[n]CPP（n = 10、12、14）の分子構造をX線結晶構造解析によって決定し、結晶中でPFCPPが筒状に配列していることを明らかにしました。光学的および電気化学的測定により、PF[n]CPP（n = 10、12、14）は、広いHOMO-LUMOギャップ、高い還元電位、および低温で強いリン光を示すことが明らかになりました。 PFCPPは電子受容性有機材料として有用であるだけでなく、複雑なトポロジーをもつ分子ナノカーボン材料の創製に寄与することが期待されます。

Perfluorinated aromatic compounds, the so-called perfluoroarenes, are widely used in materials science owing to their high electron affinity and characteristic intermolecular interactions. However, methods to synthesize highly strained perfluoroarenes are limited, which greatly limits their structural diversity. Herein, we report the synthesis and isolation of perfluorocycloparaphenylenes (PFCPPs) as a class of ring-shaped perfluoroarenes. Using macrocyclic nickel complexes, we succeeded in synthesizing PF[n]CPPs (n = 10, 12, 14, 16) in one-pot without noble metals. The molecular structures of PF[n]CPPs (n = 10, 12, 14) were determined by X-ray crystallography to confirm their tubular alignment. Photophysical and electrochemical measurements revealed that PF[n]CPPs (n = 10, 12, 14) exhibited wide HOMO–LUMO gaps, high reduction potentials, and strong phosphorescence at low temperature. PFCPPs are not only useful as electron-accepting organic materials but can also be used for accelerating the creation of topologically unique molecular nanocarbon materials.