結晶工学に基づくフォトクロミック結晶のナノ構造と反応の制御

• Project/Area Number: 16685014
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Functional materials chemistry
• Research Institution: Osaka City University
• Principal Investigator: 小畠 誠也 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 助教授 (00325507)
• Project Period (FY): 2004 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥20,930,000 (Direct Cost: ¥16,100,000、Indirect Cost: ¥4,830,000); Fiscal Year 2006: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2005: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2004: ¥9,750,000 (Direct Cost: ¥7,500,000、Indirect Cost: ¥2,250,000)
• Keywords: フォトクロミズム / ジアリールエテン / 結晶 / 偏光 / 蛍光 / 高効率反応 / エネルギー移動 / 固体物性 / 顕微赤外分光 / 混晶 / X線構造解析 / ナノ構造 / 顕微分光 / 反応制御 / 積層構造

Research Abstract

光によって可逆的に構造変化を起こし色の変わる物質は、光機能性材料としてフォトニクス分野やエレクトロニクス分野などへの応用が期待できる。ジアリールエテンは結晶状態においても熱的に安定なフォトクロミズムを示す。これまでにジアリールエテン結晶のフォトクロミズムに関する研究を展開してきた。本年度は、(1)蛍光変化などの固体物性の可逆な変化、(2)偏光照射により反応制御可能な分子材料および結晶材料の合成と反応制御について検討した。
蛍光変化などの固体物性の可逆な変化
昨年度に引き続き蛍光特性の可逆な変化について検討した。蛍光性のジアリールエテン結晶と蛍光性のないジアリールエテンとの混晶を作製し、フォトクロミック反応挙動および蛍光特性について検討した。その結果、蛍光性を持たないジアリールエテンが数%含んだ混晶において蛍光を大きなクエンチングが確認された。混晶の形成はHPLCおよび単結晶構造解析によって行い、分子が置き換わって入っていることが構造解析の結果から明らかになった。
偏光照射により反応制御可能な分子材料および結晶材料の合成と反応制御
偏光照射によりフォトクロミック反応が制御可能な分子の合成を行った。2種類の異なるジアリールエテンが直交するダイマーを設計し合成した。2種類のダイマーを合成したが、溶液中ではフォトクロミック反応するが、結晶状態では一方の分子のみが反応していることが明らかになった。反応性と分子構造の関係を明らかにするために、X線構造解析を行った。その結果、片方の分子はフォトクロミック反応可能なコンフォメーションであるが、もう一方の分子はフォトクロミック反応ができないコンフォメーションであった。このことから、結晶内での分子の構造が重要であることが明らかとなった。

Research Products

• [Journal Article] Laser Multiphoton-Gated Photochromic Reaction of a Fulgide Derivative (2007)
  • Author(s): Y.Ishibashi, M.Murakami, H.Miyasaka, S.Kobatake, M.Irie, Y.Yokoyama
  • Journal Title: J. Phys. Chem. C 111(6) Pages: 2730-2737
• [Journal Article] Photostimulated Crystal Lattice Change Induced by the Photochemical Ring-Opening Reaction of Diarylethene Molecules (2007)
  • Author(s): T.Hamazaki, K.Matsuda, S.Kobatake, M.Irie
  • Journal Title: Bull. Chem. Soc. Jpn. 80(2) Pages: 365-370
  • NAID: 10018518295
• [Journal Article] Acid-induced photochromic system switching of diarylethene derivatives between P- and T-types (2007)
  • Author(s): S.Kobatake, Y.Terakawa
  • Journal Title: Chem. Commun. (in press)
• [Journal Article] Photochromism of diarylethene-functionalized polystyrene with high conversion in a solid-state polymer film (2006)
  • Author(s): S.Kobatake, H.Kuratani
  • Journal Title: Chem. Lett. 35(6) Pages: 628-629
  • NAID: 10019162769
• [Journal Article] Photochromism of a diarylethene charge-transfer complex : photochemical control of intermolecular charae-transfer interaction (2006)
  • Author(s): M.Morimoto, S.Kobatake, M.Irie
  • Journal Title: Chem. Commun. Pages: 2656-2658
• [Journal Article] Higher-order multiphoton imaging by femtosecond near-infrared laser microscope system (2006)
  • Author(s): H.Matsuda, S.Ito, Y.Nagasawa, T.Asahi, S.Kobatake, H.Masuhara, M.Irie, H.Miyasaka
  • Journal Title: J. Photochem. Photobio. A-Chem. 183(3) Pages: 261-266
• [Journal Article] Excited State Energy Migration and Photochromic Reaction in 1,2-Bis(2,4-dimethyl-3-thienyl)perfluorocyclopentene Single Crystal (2006)
  • Author(s): S.Kobatake, K.Muto, M.Irie
  • Journal Title: Chem.Lett. 35(1) Pages: 102-103
  • NAID: 10016908085
• [Journal Article] Diastereoselective Cyclization of a Dithienylethene Switch Through Single Crystal Confinement (2006)
  • Author(s): K.Uchida, M.Walko, J.J.D.de Jong, S.Sukata, S.Kobatake, A.Meetsma, J.van Esch, B.L.Feringa
  • Journal Title: Org.Biomol.Chem. 4(6) Pages: 1002-1006
• [Journal Article] Conformational Control of Photochromic Reactivity in a Diarylethene Single Crystal (2005)
  • Author(s): S.Kobatake, Y.Matsumoto, M.Irie
  • Journal Title: Angew.Chem.Int.Ed. 44(14) Pages: 2148-2151
• [Journal Article] Nanolayered Structures in Photochromic Crystal of 1,2-Bis(2-methyl-5-p-methoxy-phenyl-3-thienyl)perfluorocyclopentene (2005)
  • Author(s): S.Kobatake, M.Morimoto, M.Irie
  • Journal Title: Mol.Cryst.Liq.Cryst. 431 Pages: 523-527
• [Journal Article] Crystal Engineering of Photochromic Diarylethene Derivatives by Aryl-perfluoroaryl interaction (2005)
  • Author(s): M.Morimoto, S.Kobatake, M.Irie
  • Journal Title: Mol.Cryst.Liq.Cryst. 431 Pages: 529-534
• [Journal Article] Control of Cycloreversion Quantum Yields of Diarylethenes by Introduction of Substituents at the Reactive Carbons (2005)
  • Author(s): K.Morimitsu, S.Kobatake, M.Irie
  • Journal Title: Mol.Cryst.Liq.Cryst. 431 Pages: 451-454
• [Journal Article] Conformational Control of Photochromic Reactivity in a Diarylethene Single Crystal (2005)
  • Author(s): S.Kobatake, M.Matsumoto, M.Irie
  • Journal Title: Angew.Chem.Int.Ed. (in press)
• [Journal Article] Crystal Engineering of Photochromic Diarylethene Single Crystals (2004)
  • Author(s): M.Morimoto, S.Kobatake, M.Irie
  • Journal Title: Chem.Rec. 4(1) Pages: 23-38
• [Journal Article] Single-crystalline photochromism of a diarylethene dimer (2004)
  • Author(s): S.Kobatake, S.Kuma, M.Irie
  • Journal Title: Bull.Chem.Soc.Jpn. 77(5) Pages: 945-951
  • NAID: 10012940524
• [Journal Article] Photochromism of furylfulgide in a single-crystalline phase (2004)
  • Author(s): S.Kobatake, M.Irie
  • Journal Title: Chem.Lett. 33(7) Pages: 904-905
  • NAID: 10013285190
• [Journal Article] Dynamics and Mechanisms of the Multiphoton Gated Photochromic Reaction of Diarylethene Derivatives (2004)
  • Author(s): M.Murakami, H.Miyasaka, T.Okada, S.Kobatake, M.Irie
  • Journal Title: J.Am.Chem.Soc. 126(45) Pages: 14764-14772
• [Book] 最新『機能性色素』大全集、有機フォトクロミック化合物を用いたリライタブルフルカラ-表示材料(第5草・第1節分担) (2007)
  • Author(s): 小畠誠也
  • Publisher: 技術情報協会
• [Book] 新規クロミック材料の設計・機能・応用 第7章 有機フォトクロミック結晶材料 (2005)
  • Author(s): 小畠 誠也
  • Publisher: シーエムシー出版