高速フォトクロミズムを利用した自己組織化過程の時空間制御

• Project/Area Number: 12J09290
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Functional materials chemistry
• Research Institution: Aoyama Gakuin University
• Principal Investigator: 武藤 克也 青山学院大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2013: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2012: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: イミダゾール二量体 / 非線形光学 / フォトクロミズム / 多光子反応 / ビラジカル / 原子価異性 / 高速フォトクロミズム / 蛍光スイッチング / 超解像顕微鏡

Outline of Annual Research Achievements

多光子吸収により誘起される光学特性は、励起状態に関する基礎研究の側面のみでなく二光子吸収顕微鏡のような応用展開も可能であり、数多くの研究例が報告されている。特に三重項状態のような寿命の長い過渡種を利用した三重項―三重項消滅などの段階的二光子反応は、連続光照射により促進されるため効率的な光子活用手法として注目されている。本研究では高速フォトクロミック分子である[2.2]PC架橋型イミダゾール二量体のフォトクロミック反応に着目し、効率的に段階的二光子反応が進行する分子の開発を行った。[2.2]PC架橋型イミダゾール二量体の発色体であるビラジカル種は繰り返し生成が可能な準安定な過渡種として考えられ、ビラジカル種がさらに光吸収することで逐次反応を示せば、新奇な二光子吸収系の構築が可能であるといえる。そこで、2つのイミダゾール二量体部位が[2.2]パラシクロファンで架橋された[2.2]PC架橋型ビスイミダゾール二量体を合成し、フォトクロミック特性の検討を行った。ナノ秒レーザーを段階的に照射することで1光子反応により生成したビラジカル種を選択的に励起すると逐次反応が進行し、2つのC-N結合が解離したキノイド種の生成量が増大したことから、[2.2]PC架橋型ビスイミダゾール二量体のフォトクロミズムは段階的な二光子反応であることを見出した。さらに、この段階的二光子反応は連続光照射によっても促進され、効率よく進行することが明らかとなった。光照射によって生成する過渡種を準安定状態と見なす分子設計は、高効率に多光子反応を示す新奇な分子の設計につながり、逐次反応を利用した光子エネルギーの有効活用手法を構築するための重要な知見を得たといえる。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Stepwise Two-Photon-Gated Photochemical Reaction in Photochromic [2.2]Paracyclophane-Bridged Bis(imidazole dimer) (2015)
  • Author(s): 武藤克也、中川由紀、坂本章、小林洋一、阿部二朗
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc Volume: 137 Pages: 5674-5677
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Relationship Between Activation Volume and Polymer Matrix Effects on Photochromic Performance: Bridging Molecular Parameter to Environmental Effect (2015)
  • Author(s): 島健太郎、武藤克也、小林洋一、阿部二朗
  • Journal Title: J. Phys. Chem. A Volume: 119 Issue: 7 Pages: 1087-1093
  • DOI: 10.1021/jp511074y
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Photo-Control of the Thermal Radical Recombination Reaction: Photochromism of an Azobenzene-Bridged Imidazole Dimer (2015)
  • Author(s): 武藤克也、新井宏樹、小林洋一、阿部二朗
  • Journal Title: Pure Appl. Chem. Volume: in press Issue: 6 Pages: 511-523
  • DOI: 10.1515/pac-2014-0910
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 4.Entropy-Controlled Biradical-Quinoid Isomerization of a π-Conjugated Delocalized Biradical (2015)
  • Author(s): 武藤克也、中川由紀、波多野さや佳、小林洋一、阿部二朗
  • Journal Title: Phys. Chem. Chem. Phys. Volume: 17 Issue: 2 Pages: 1151-1155
  • DOI: 10.1039/c4cp04606d
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Pressure Effects on the Radical-Radical Recombination Reaction of Photochromic Bridged Imidazole Dimers (2014)
  • Author(s): 武藤克也、阿部二朗
  • Journal Title: Phys. Chem. Chem. Phys. Volume: 16 Issue: 33 Pages: 17537-17540
  • DOI: 10.1039/c4cp02793k
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Enhancing the versatility and functionality of fast photochromic bridged-imidazole dimers by flipping imidazole rings (2014)
  • Author(s): Kentaro Shima, Katsuya Mutoh, Yoichi Kobayashi and Jiro Abe
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 136巻 Issue: 10 Pages: 3796-3799
  • DOI: 10.1021/ja501028v
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrochemistry of photochromic [2.2] paracyclophane-bridged imidazole dimers : Rational understanding of the electronic structuress (2014)
  • Author(s): Emi Nakano, Katsuya Mutoh, Yoichi Kobayashi and Jiro Abe
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry A Volume: 118巻 Issue: 12 Pages: 2288-2297
  • DOI: 10.1021/jp412672a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photochromism of a naphthalene-bridged imidazolc dimer constrained to the "anti" confbrmation (2013)
  • Author(s): Katsuya Mutoh, Kentaro Shima, Tetsuo Yamaguchi, Masayuki Kobayashi and Jiro Abe
  • Journal Title: Organic Letters Volume: 15巻 Issue: 12 Pages: 2938-2941
  • DOI: 10.1021/ol401012u
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rapid fluorescence switching by using a fast photochromic [2.2]paracyclophane-bridged imidazole dimer (2013)
  • Author(s): 武藤克也、Michel Sliwa、阿部二朗
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry C Volume: 117 Issue: 9 Pages: 4808-4814
  • DOI: 10.1021/jp309917s
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spectroelectrochemistry of a photochromic [2.2]paracyclophane-bridged imidazole dimer : Clarification of the electrochemical behavior of HABI (2012)
  • Author(s): 武藤克也、中野絵美、阿部二朗
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry A Volume: 116 Issue: 25 Pages: 6792-6797
  • DOI: 10.1021/jp3038973
  • Peer Reviewed
• [Presentation] PMMA-b-PBAブロック共重合体にドープした高速フォトクロミック分子のフォトクロミック特性 (2015)
  • Author(s): 武藤克也、新井克敏、小林洋一、阿部二朗
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学理工学部船橋キャンパス（千葉県・船橋市）
  • Year and Date: 2015-03-26
• [Presentation] チオフェン骨格を有する高速フォトクロミックフェノキシル-イミダゾリルラジカル共役体の創製と基板表面制御 (2015)
  • Author(s): 生澤孝裕、武藤克也、山下裕明、小林洋一、阿部二朗
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学理工学部船橋キャンパス（千葉県・船橋市）
  • Year and Date: 2015-03-26
• [Presentation] フォトクロミックジフェニルアラニンの自己組織化ナノファイバーの創出と光学特性 (2015)
  • Author(s): 藤田悠暉、新井克敏、武藤克也、山下裕明、小林洋一、阿部二朗
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学理工学部船橋キャンパス（千葉県・船橋市）
  • Year and Date: 2015-03-26
• [Presentation] アゾベンゼン架橋型イミダゾール二量体のフォトクロミズム (2014)
  • Author(s): 新井宏樹、武藤克也、小林洋一、阿部二朗
  • Organizer: 第4回CSJ化学フェスタ
  • Place of Presentation: タワーホール船堀（東京都・江戸川区）
  • Year and Date: 2014-10-15
• [Presentation] 架橋型イミダゾール二量体のフォトクロミズムに対する圧力効果 (2014)
  • Author(s): 武藤克也、阿部二朗
  • Organizer: 2014年光化学討論会
  • Place of Presentation: 北海道大学札幌キャンパス（北海道・札幌市）
  • Year and Date: 2014-10-11
• [Presentation] Negative Activation Enthalpy and Entropy Dictates the Fate of Biradical-Quinoid Valence Isomer (2014)
  • Author(s): Katsuya Mutoh, Yoichi Kobayashi and Jiro Abe
  • Organizer: XXVth IUPAC Symposium on Photochemsitry
  • Place of Presentation: ボルドー（フランス）
  • Year and Date: 2014-07-15
• [Presentation] フォトクロミズムを利用したビラジカル－キノイド原子価異性の観測 (2014)
  • Author(s): 武藤克也
  • Organizer: 第35回光化学若手の会
  • Place of Presentation: 休暇村志賀島（福岡県・福岡市）
  • Year and Date: 2014-06-14
• [Presentation] 高速フォトクロミズムを利用したビラジカル―キノイド原子価異性の直接観察 (2014)
  • Author(s): 武藤克也、阿部二朗
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学東山キャンパス(愛知県)
  • Year and Date: 2014-03-27
• [Presentation] Extremely slow valence isomerization from biradical state to quinoid state (2013)
  • Author(s): Katsuya Mutoh, Yuki Nakagawa, Sayaka Hatano, Jiro Abe
  • Organizer: International Symposium on Photochromism 2013 (ISOP-2013)
  • Place of Presentation: Humoldt-Universitat zu Berlin (Germany)
  • Year and Date: 2013-09-24
• [Presentation] Photochromism of [2.2] Paracyclophane-Bridged Bis (imidazole dimer) (2013)
  • Author(s): 武藤克也、阿部二朗
  • Organizer: 2013年光化学討論会
  • Place of Presentation: 愛媛大学城北地区(愛媛県)
  • Year and Date: 2013-09-11
• [Presentation] [2.2]パラシクロファン架橋型ビスイミダゾール二量体のフォトクロミック特性 (2013)
  • Author(s): 武藤克也、阿部二朗
  • Organizer: 第24回基礎有機化学討論会
  • Place of Presentation: 学習院大学目白キャンパス(東京都)
  • Year and Date: 2013-09-05
• [Presentation] [2.2]パラシクロファン架橋型イミダゾール二量体のフォトクロミズム (2013)
  • Author(s): 武藤克也
  • Organizer: 第34回光化学若手の会
  • Place of Presentation: 神戸セミナーハウス(兵庫県)
  • Year and Date: 2013-06-29
• [Presentation] [2.2]パラシクロファン架橋型イミダゾール二量体のフォトクロミズム (2013)
  • Author(s): 武藤克也
  • Organizer: 錯体化学若手の会・関東支部勉強会
  • Place of Presentation: 立教大学池袋キャンパス(東京都)
  • Year and Date: 2013-06-15
  • Invited
• [Presentation] Photochromic properties of a water-soluble naphthopyran (2013)
  • Author(s): Takuya Yamane, Katsuya Mutoh. Jiro Abe
  • Organizer: Japan-France Bilateral Symposium on Photoresponsive Materials 2013 (JF-SYMPHONIA2013)
  • Place of Presentation: 青山学院大学相模原キャンパス(神奈川県)
  • Year and Date: 2013-04-26
• [Presentation] Photochromism of a naphthalene-bridged imidazole dimer constrained to the "anti' conformation (2013)
  • Author(s): Kentaro Shima, Katsuya Mutoh, Jiro Abe
  • Organizer: Japan-France Bilateral Symposium on Photoresponsive Materials 2013 (JF-SYMPIIONIA2013)
  • Place of Presentation: 青山学院大学相模原キャンパス(神奈川県)
  • Year and Date: 2013-04-26
• [Presentation] Pcroxide-bridged O_2 adducts of bisphenoxy radicals (2013)
  • Author(s): Katsutoshi Arai, Katsuya Mutoh, Jiro Abe
  • Organizer: Japan-France Bilateral Symposium on Photoresponsive Materials 2013 (JF-SYMPHONIA2013)
  • Place of Presentation: 青山学院大学相模原キャンパス(神奈川県)
  • Year and Date: 2013-04-26
• [Presentation] Rapid Fluorescence Switching by Using Fast Photochromic Molecules (2013)
  • Author(s): Katsuya Mutoh, Jiro Abe
  • Organizer: Japan-France Bilatcral Symposium on Photoresponsive Matcrials 2013 (JF-SYMPHONIA2013)
  • Place of Presentation: 青山学院大学相模原キャンパス(神奈川県)
  • Year and Date: 2013-04-26
• [Presentation] Extremely slow valencc isomerization from biradical state to quinoid state (2013)
  • Author(s): Katsuya Mutoh, Yuki Nakagawa. Sayaka Hatano, Jiro Abe
  • Organizer: Japan-France Bilateral Symposium on Photoresponsive Matcrials 2013 (JF-SYMPHONIA2013)
  • Place of Presentation: 青山学院大学相模原キャンパス(神奈川県)
  • Year and Date: 2013-04-26
• [Presentation] 高速フォトクロミック分子の蛍光スイッチング特性 (2013)
  • Author(s): 武藤克也
  • Organizer: 光応答分子材料に関する3大学共同セミナー
  • Place of Presentation: キャンパスプラザ京都(京都府)
  • Year and Date: 2013-03-26
• [Presentation] 蛍光色素を有する高速フォトクロミック分子を用いた蛍光スイッチング (2013)
  • Author(s): 武藤克也、阿部二朗
  • Organizer: 日本化学会第93春季年会
  • Place of Presentation: 立命館大学びわこ・くさつキャンパス(滋賀県)
  • Year and Date: 2013-03-23
• [Presentation] 架橋型ビスイミダゾリルのフォトクロミック特性 (2013)
  • Author(s): 中川由紀、武藤克也、波多野さや佳、辻本 恭、阿部二朗
  • Organizer: 日本化学会第93春季年会
  • Place of Presentation: 立命館大学びわこ・くさつキャンパス(滋賀県)
  • Year and Date: 2013-03-23
• [Presentation] [2.2]パラシクロファン架橋型イミダゾール二量体のレドックス特性 (2013)
  • Author(s): 中野絵美、武藤克也、阿部二朗
  • Organizer: 日本化学会第93春季年会
  • Place of Presentation: 立命館大学びわこ・くさつキャンパス(滋賀県)
  • Year and Date: 2013-03-23
• [Presentation] 水溶性ナフトピランのフォトクロミック特性 (2013)
  • Author(s): 山根拓也、武藤克也、阿部 二朗
  • Organizer: 日本化学会第93春季年会
  • Place of Presentation: 立命館大学びわこ・くさつキャンパス(滋賀県)
  • Year and Date: 2013-03-23
• [Presentation] ダブルCT遷移による[2.2]パラシクロファン架橋型イミダゾール二量体の高感度化 (2012)
  • Author(s): 武藤克也、阿部二朗
  • Organizer: 第6回有機パイ電子系シンポジウム
  • Place of Presentation: 道後温泉・茶波瑠(愛媛県)
  • Year and Date: 2012-12-14
• [Presentation] 蛍光性部位を有する高速フォトクロミック分子の蛍光スイッチング挙動 (2012)
  • Author(s): 武藤克也、阿部二朗
  • Organizer: 第23回基礎有機化学討論会
  • Place of Presentation: 京都テルサ(京都府)
  • Year and Date: 2012-09-21
• [Presentation] HABI誘導体の電気化学特性 (2012)
  • Author(s): 中野絵美、武藤克也、阿部二朗
  • Organizer: 第23回基礎有機化学討論会
  • Place of Presentation: 京都テルサ(京都府)
  • Year and Date: 2012-09-21
• [Presentation] フォトクロミック[2.2]パラシクロファン架橋型イミダゾール二量体を用いた蛍光スイッチング (2012)
  • Author(s): 武藤克也、阿部二朗
  • Organizer: 2012年光化学討論会
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス(東京都)
  • Year and Date: 2012-09-12
• [Presentation] フォトクロミックイミダゾール二量体の電気化学特性 (2012)
  • Author(s): 中野絵美、武藤克也、阿部二朗
  • Organizer: 2012年光化学討論会
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス(東京都)
  • Year and Date: 2012-09-12
• [Presentation] Clarification of the electrochemical behavior of HABI (2012)
  • Author(s): 中野絵美、武藤克也、阿部二朗
  • Organizer: 6th Japanese-Italian Workshop on Liquid Crystals
  • Place of Presentation: 東京理科大学森戸記念館(東京都)
  • Year and Date: 2012-07-26
• [Presentation] Fluorescence switching by using fast photochromic [2.2]paracyclophane-bridged imidazole dimer (2012)
  • Author(s): 武藤克也、阿部二朗
  • Organizer: XXIVth IUPAC Symposium on Photochemistry
  • Place of Presentation: コインブラ大学(ポルトガル)
  • Year and Date: 2012-07-17
• [Presentation] フォトクロミック[2.2]パラシクロファン架橋型イミダゾール二量体を用いた蛍光スイッチング (2012)
  • Author(s): 武藤克也
  • Organizer: 第33回光化学若手の会
  • Place of Presentation: 草津セミナーハウス(群馬県)
  • Year and Date: 2012-06-23
• [Presentation] フォトクロミックイミダゾール二量体の分光電気化学 (2012)
  • Author(s): 中野絵美、武藤克也、阿部二朗
  • Organizer: 第61回高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川県)
  • Year and Date: 2012-05-29
• [Presentation] イミダゾール二量体の電気化学的還元挙動の解明 (2012)
  • Author(s): 中野絵美、武藤克也、阿部二朗
  • Organizer: 第16回液晶化学研究会シンポジウム
  • Place of Presentation: 横浜国立大学教育文化ホール(神奈川県)
  • Year and Date: 2012-05-18
• [Remarks] 青山学院大学理工学部化学・生命科学科 機能物質化学研究室
  • URL: http://www.chem.aoyama.ac.jp/Chem/ChemHP/phys3/top/abe.html