東邦大学薬学部の東屋功教授と同大学大学院薬学研究科の高橋久遠大学院生、東京大学大学院薬学系研究科の内山真伸教授、鳥海尚之特任准教授らの共同研究グループは、アミド結合（注1）を架橋部位として導入した新しい芳香族ナノベルト分子（注2）「アミド架橋[6]シクロパラフェニレン」の合成に初めて成功しました。本研究では、極性官能基であるアミド結合の向きの組み合わせの違いにより、アキラルな構造とキラルな構造をもつ2つの構造異性体（注3）を構築することに成功しました。得られた分子は、アミド基の導入により、狭いバンドギャップ（注4）と高い酸化安定性（注5）を示し、さらに、キラルな構造をもつ異性体では円二色性スペクトル（注6）において明確なキラル光学応答が観測されました。これは、芳香族ナノベルト分子に高い酸化安定性とキラリティー（注7）を付与する新たな分子設計指針を示すものであり、キラルπ共役分子（注8）や機能性有機材料の開発への応用が期待されます。
　この研究成果は、化学分野の国際学術誌「Angewandte Chemie International Edition」に2026年4月7日に掲載されました。

東屋 功（東邦大学薬学部薬品製造学教室　教授）
高橋 久遠（東邦大学大学院薬学研究科　博士課程4年）
内山 真伸（東京大学大学院薬学系研究科　教授）
鳥海 尚之（東京大学大学院薬学系研究科　特任准教授）
氷川 英正（東邦大学薬学部薬品製造学教室　准教授）
吉川 晶子（東邦大学薬学部薬品製造学教室　講師）
川幡 正俊（昭和薬科大学薬学部　准教授）
高木 幸治（名古屋工業大学大学院工学専攻生命・応用化学系　准教授）
加藤 遥（東邦大学薬学部　2025年度卒）
藤森 咲希（東邦大学薬学部6年）
古本 優菜（東邦大学薬学部6年）

【背景】
　芳香族ナノベルト分子は、芳香環がベルト状に連結した環状π共役分子です。この分子群は、分子全体が大きく湾曲した構造をもつため、従来の直鎖状または平面状のπ共役分子とは異なる特徴的な電子的・光学的性質を示します。そのため、有機エレクトロニクスや超分子化学などの分野において、新たな機能性材料としての応用が期待されています。
　芳香族ナノベルトは、カーボンナノチューブ（注9）の一部を切り出したような構造とみなすことができ、その連結様式に応じて、アームチェア型（図1a）、ジグザグ型、キラル型に分類されます。中でもアームチェア型芳香族ナノベルトは、ベンゼン環がパラ位で環状に連結したシクロパラフェニレン（cycloparaphenylene, CPP）（注10）を基本骨格とする分子群として知られています（図1b）。2017年には、名古屋大学の伊丹教授のグループにより、CPPの隣接するフェニレン同士をエテニレン骨格で架橋した初めてのアームチェア型芳香族ナノベルト「[6,6]カーボンナノベルト」の合成が報告され（図1c）、これを契機として、さまざまな架橋構造をもつ芳香族ナノベルトの開発が世界中で進められてきました。
　架橋構造は、芳香族ナノベルトの電子構造や分子形状を制御する重要な設計要素です。従来の分子設計では、π共役の拡張により優れた電子的・光学的性質が得られる一方で、酸化安定性が低下する課題がありました。このため、優れた機能性を維持しつつ、高い酸化安定性を両立できる新たな分子設計指針が求められていました。
　そこで研究グループは、アミド基を架橋部位に導入した新しい芳香族ナノベルト「アミド架橋[6]シクロパラフェニレン」を設計しました（図1d）。この分子では、アミド架橋によりπ共役が拡張するとともに、分子全体の電子状態を安定化し、酸化安定性が向上することが期待されます。さらに、この分子は、極性官能基であるアミド結合の向きの組み合わせを変えることにより、同じ基本骨格から対称性の異なる構造異性体を構築できる特徴があります。本研究では、この特徴を活かし、アキラルな構造（S₆対称性をもつ異性体：S₆-[6]ACPP）とキラルな構造（D₃対称性をもつ異性体：D₃-[6]ACPP）をもつ2つの異性体を設計しました。これは、架橋構造における極性官能基の向きにより、アームチェア型芳香族ナノベルトにキラリティーを導入した初めての例となります。
　本研究では、これら2つの構造異性体を設計・合成し、その構造と物性を明らかにしました。

図1. (a) アームチェア型カーボンナノチューブ、(b) シクロパラフェニレン(CPP)、
(c) [6,6]カーボンナノベルト、(d) アミド架橋[6]シクロパラフェニレン

【研究内容】
　本研究では、第三級芳香族アミドのシス配座優先性に着目し、2つの構造異性体である「S₆-[6]ACPP」と「D₃-[6]ACPP」の合成に取り組みました（図2a, b）。初めに、S₆-[6]ACPPでは単一のモノマーから、D₃-[6]ACPPでは2種類のモノマーから、それぞれ対応する大環状前駆体を構築し、続いてニッケル錯体を用いた分子内カップリング反応により隣接する芳香環同士を結合させることで、S₆-[6]ACPPを9工程、D₃-[6]ACPPを5工程で合成することに成功しました。得られた分子について単結晶X線構造解析（注11）を行った結果、S₆-[6]ACPPおよびD₃-[6]ACPPはいずれも設計通りのベルト構造をもつことが確認されました。
　次に、紫外可視吸収スペクトルを用いて化合物の酸化安定性を評価した結果、大気暴露且つ室内光下で長時間保持してもスペクトル形状に大きな変化は見られず、得られた分子が高い酸化安定性を示すことがわかりました（図2c）。また、電気化学測定および理論計算から、π共役の拡張に加え、酸化されにくい安定な電子状態をもつことが支持されました。このうち、キラルな構造をもつD₃-[6]ACPPについては、キラルHPLCにより2つのエナンチオマー（注12）として分離することに成功しました。それぞれの円二色性スペクトルを測定したところ、互いに鏡像関係にある明確なキラル光学応答が観測されました（図2d）。この結果から、極性官能基の向きの組み合わせにより、分子にキラリティーを導入できることが確認されました。
　また、理論計算により2つの構造異性体のひずみエネルギー（注13）を評価した結果、既報の炭素原子を主体とする芳香族ナノベルト分子と比較して、ひずみが小さいことが示されました。この結果は、アミド結合を架橋部位として導入する設計が、ひずみを抑えながら芳香族ナノベルトを構築するうえで有効であることを示しています。

【結論と今後の展開】
　本研究では、アミド結合を架橋部位として導入した新たな芳香族ナノベルト「アミド架橋[6]シクロパラフェニレン」の合成に成功しました。さらに、極性官能基であるアミド結合の向きを変えることで、同じCPP基本骨格を持ちながら、対称性の異なる2つの構造異性体を構築することに成功しました。また、得られたベルト分子は、狭いバンドギャップと高い酸化安定性を示し、キラルな構造異性体では明確なキラル光学応答を示すことが明らかとなりました。
　本研究で示した分子設計は、芳香族ナノベルトの構造多様性を拡張するとともに、キラリティーや電子状態を制御する新しい手法となるものです。今後は、アミド窒素上の置換基やリングサイズを変えることにより、キラル光学材料、有機エレクトロニクス材料、超分子材料など、新たな機能性π共役分子の開発につながることが期待されます。

雑誌名
「Angewandte Chemie International Edition」（2026年4月7日）

論文タイトル
Pyridone-Fused Aromatic Belts: Synthesis and Properties of Amide-Bridged [6]Cycloparaphenylenes

著者
Hisato Takahashi, Haruka Kato, Naoyuki Toriumi,* Shoko Kikkawa, Saki Fujimori, Yuna Furumoto, Masatoshi Kawahata, Masanobu Uchiyama,* Koji Takagi, Hidemasa Hikawa, Isao Azumaya*

DOI番号
10.1002/anie.9336766

アブストラクトURL
https://doi.org/10.1002/anie.9336766

（注1）アミド結合
カルボニル基と窒素原子が結合した、－C(＝O)－N－で表される構造をもつ結合。

（注2）芳香族ナノベルト分子
ベンゼンなどの芳香環がベルト状に連結した環状π共役分子の総称。

（注3）構造異性体
分子式は同じであるが、原子のつながり方や配置が異なる化合物。

（注4）バンドギャップ
電子が占有しているエネルギー準位と、電子が移動できる空のエネルギー準位との間のエネルギー差。分子の光吸収や電気的性質を左右する重要な指標の一つ。

（注5）酸化安定性
化合物が酸素や光などの影響を受けて酸化されにくい性質。

（注6）円二色性スペクトル
キラルな物質が、右回りと左回りの円偏光を異なる強さで吸収する性質を利用して、キラル分子の光学的性質を調べるスペクトル。

（注7）キラリティー
右手と左手のように、鏡に映した構造と元の構造を重ね合わせることができない性質。

（注8）π共役分子
二重結合や芳香環が連続することで、π電子が分子内に広がった構造をもつ分子。

（注9）カーボンナノチューブ
炭素原子が筒状に連結したナノメートルサイズの物質。構造の違いにより、アームチェア型、ジグザグ型、キラル型などに分類される。

（注10）シクロパラフェニレン（cycloparaphenylene, CPP）
ベンゼン環がパラ位で環状に連結した環状π共役分子。アームチェア型カーボンナノチューブの最小構成単位に相当する。

（注11）単結晶X線構造解析
単結晶にX線を照射し、その回折パターンを解析することにより、結晶中の分子構造や分子配列を明らかにする手法。

（注12）エナンチオマー
互いに鏡像関係にあり、重ね合わせることができない一対のキラル分子。

（注13）ひずみエネルギー
分子が理想的な結合角や結合距離からずれることで生じる構造的な負荷の大きさを表すエネルギー。