光機能性フォトクロミック有機微結晶の配列制御と反応ダイナミクス

• Project/Area Number: 17034055
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• 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): 2005 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥4,700,000 (Direct Cost: ¥4,700,000); Fiscal Year 2006: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2005: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
• Keywords: フォトクロミズム / 結晶作製 / ジアリールエテン / 顕微赤外分光 / 反応ダイナミクス / 微結晶 / 昇華 / 着色

Research Abstract

結晶構造を自由に制御し、望みの構造や物性が光により可逆的に変化する有機結晶材料の創製を目指している。フォトクロミック化合物は光により可逆的に異性化する物質であり、結晶状態で高効率に高変換率まで反応が進めば、固体物性の大きな変化が期待できる。そのためには、高効率に高変換率まで反応するフォトクロミック結晶の創製と光反応ダイナミクスの解明が必要不可欠である。本研究では、微結晶成長過程の観察と作製、高効率で高反応率まで反応するフォトクロミック結晶の創製、および光可逆な結晶形状変化について検討した。
昨年度まで研究を続けてきたジアリールエテン結晶において、光照射に伴う可逆な形状変化が見つかり、形状変化と反応率の関係を明らかにした。紫外光照射によって、結晶外形の角度が最大5°変化した。また、その変化は反応初期では起こらず、反応が20-30%進行してから起こった。X線構造解析と合わせて結晶形状変化の機構を明らかにした。紫外光照射によって高反応率まで結晶状態を維持したままフォトクロミック反応が進行し、結晶格子変化によって結晶形状変化がもたらされたと考えられる。さらに、100%まで反応が進行するジアリールエテン結晶の作製も行った。紫外光照射によって、閉環反応だけでなく開環反応も同時に起こるため、開環反応量子収率の小さな化合物を設計することが重要な課題である。顕微赤外分光を用いたin Situでの反応の追跡およびHPLCによる直接的な反応率の測定を行い、98%以上反応が進行することが明らかとなった。反応の進行に伴い着色体の吸収異方性は維持されており、反応が結晶状態を保ったまま進行していることが確認された。

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 charge-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-perfiuoroaryl 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
• [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ー表示材料(第5章・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