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Toward a novel response system based on dynamic structural change of redox-active quinodimethane-type molecules

Research Project

Project/Area Number 20J20972
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 33010:Structural organic chemistry and physical organic chemistry-related
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

菅原 一真  北海道大学, 理学研究院, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2020-04-24 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Keywords構造有機化学 / X線結晶構造解析 / 結晶多形 / 超混雑エチレン / 動的酸化還元系
Outline of Research at the Start

ある物質が二つの状態を取り得る場合、その二つの状態を光や熱、電場、機械的刺激といった様々な外部刺激によって操ることができれば、色調や発光、酸化還元電位などの特性の切替が可能である。特に、複数の立体構造を動的にとり得る柔軟な分子では、わずかな環境変化で劇的な電子状態の切り替えが可能であり、大変興味深い。このような呼べば応える「応答性分子」に着目し新奇な応答系の構築を目指す。一方で、この「応答性分子」に動的酸化還元(dyrex)特性を付与することで、正電荷と負電荷を同一分子内に有する「電荷分離状態」の極度な安定化、そしてその単離を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究に先立って、テトラアリールアントラキノジメタン誘導体の溶液及び固体状態における二重のクロミズム応答を明らかにした。そこで得られたテトラアリールアントラキノジメタンが持つ酸化還元特性を踏まえ、その特異な分子構造とそれに基づくdyrex特性を利用することで革新的な研究展開を行うことが可能である。
昨年度に引き続き、テトラアリールアントラキノジメタン誘導体の分子構造に着目した研究を推進した。OCE類の一つであるテトラアザアントラキノジメタン誘導体において、擬多形結晶中でfolded型とtwisted型構造に加え、その中間ともいえる構造を複数発現することを見出した。また、結晶中で発現した構造に応じHOMO-LUMOギャップが変化し、folded型からtwisted型の寄与が高い構造になるにつれて結晶の色調や発光色が黄色から橙色、赤色へと連続的に変化することを明らかにした。すなわち本系では、立体配座に応じたHOMO/LUMO準位の変調が可能となり、通常の二状態間のスイッチングでは成し得ない、連続的な色調及び発光色の制御を実現した。また、これらの結晶をすりつぶすことで色調および発光色が変化するというメカノクロミック挙動を示すことを見出し、その機能性材料への応用可能性を明らかにした。
一方、アントラキノジメタン誘導体のdyrex特性に焦点を当てた研究も推進した。電子ドナーあるいはアクセプターとして機能し得る誘導体を設計し、分子構造の多様性に基づく特異な酸化還元特性を利用した新奇のドナー-アクセプター系を構築した。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 4 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Strain‐Sensitive On‐Surface Ladderization by Non‐Dehydrogenative Heterocyclization2023

    • Author(s)
      Ma Yujing、Sugawara Kazuma、Ishigaki Yusuke、Sun Kewei、Suzuki Takanori、Kawai Shigeki
    • Journal Title

      Chemistry - A European Journal

      Volume: 29 Issue: 15

    • DOI

      10.1002/chem.202203622

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Exceptionally flexible quinodimethanes with multiple conformations: polymorph-dependent colour tone and emission of crystals2023

    • Author(s)
      Sugawara Kazuma、Ono Toshikazu、Yano Yoshio、Suzuki Takanori、Ishigaki Yusuke
    • Journal Title

      Materials Chemistry Frontiers

      Volume: 7 Issue: 8 Pages: 1591-1598

    • DOI

      10.1039/d2qm01199a

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Bis(triarylmethylium)‐type Macrocyclic Dications: Mechanochromic Emission Extending to the Red Region2023

    • Author(s)
      Ishigaki Yusuke、Tachibana Takuya、Sugawara Kazuma、Kikuchi Moto、Suzuki Takanori
    • Journal Title

      ChemPlusChem

      Volume: 88 Issue: 3

    • DOI

      10.1002/cplu.202300110

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Multiple molecular interactions between alkyl groups and dissociated bromine atoms on Ag(111)2022

    • Author(s)
      Kawai Shigeki、Sugawara Kazuma、Ma Yujing、Sun Kewei、Custance Oscar、Ishigaki Yusuke、Suzuki Takanori
    • Journal Title

      Physical Chemistry Chemical Physics

      Volume: 24 Issue: 36 Pages: 22191-22197

    • DOI

      10.1039/d2cp03198a

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Geometrical and Electronic Structure of Cation Radical Species of Tetraarylanthraquinodimethane: An Intermediate for Unique Electrochromic Behavior2022

    • Author(s)
      Ishigaki Yusuke、Fukagawa Reina、Sugawara Kazuma、Harimoto Takashi、Suzuki Takanori
    • Journal Title

      Chemistry An Asian Journal

      Volume: 17 Issue: 22 Pages: 202200914-202200914

    • DOI

      10.1002/asia.202200914

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Redox-active tetraaryldibenzoquinodimethanes2021

    • Author(s)
      Ishigaki Yusuke、Sugawara Kazuma、Tadokoro Tomoki、Hayashi Yuki、Harimoto Takashi、Suzuki Takanori
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 57 Issue: 59 Pages: 7201-7214

    • DOI

      10.1039/d1cc02260a

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Heterocyclic Ring‐Opening of Nanographene on Au(111)2021

    • Author(s)
      Sun Kewei、Sugawara Kazuma、Lyalin Andrey、Ishigaki Yusuke、Uosaki Kohei、Taketsugu Tetsuya、Suzuki Takanori、Kawai Shigeki
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: - Issue: 17 Pages: 9427-9432

    • DOI

      10.1002/anie.202017137

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Hysteretic Three-State Redox Interconversion among Zigzag Bisquinodimethanes with Non-fused Benzene Rings and Twisted Tetra-/Dications with [5]/[3]Acenes Exhibiting Near-Infrared Absorptions2021

    • Author(s)
      Ishigaki Yusuke、Harimoto Takashi、Sugawara Kazuma、Suzuki Takanori
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 143 Issue: 9 Pages: 3306-3311

    • DOI

      10.1021/jacs.1c00189

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Polyaryl-substituted Quinodimethane Derivatives with Tunable Photophysical Properties Depending on Multi-conformations in Pseudopolymorphs2022

    • Author(s)
      〇Kazuma Sugawara, Toshikazu Ono, Yoshio Yano, Takanori Suzuki, Yusuke Ishigaki
    • Organizer
      25th IUPAC Conference on Physical Organic Chemistry (ICPOC25)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Polyaryl-substituted Quinodimethane Derivatives; Tunable Photophysical Properties Depending on Multiple conformations in Pseudopolymorphs2022

    • Author(s)
      〇Kazuma Sugawara, Toshikazu Ono, Yoshio Yano, Takanori Suzuki, Yusuke Ishigaki
    • Organizer
      The 13th CSE International Summer School & The 10th ALP International Symposium
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 柔軟なポリアリールキノジメタン誘導体:結晶擬多形中の立体配座に基づく特異な発光2021

    • Author(s)
      菅原一真・小野利和・鈴木孝紀・石垣侑祐
    • Organizer
      第31回基礎有機化学討論会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 柔軟なポリアリールキノジメタン誘導体:複数の立体構造を示す結晶多形2020

    • Author(s)
      菅原一真、石垣侑祐、鈴木孝紀
    • Organizer
      化学系学協会北海道支部2021年冬季研究発表会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

URL: 

Published: 2020-07-07   Modified: 2024-03-26  

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