超微小な粘度を蛍光寿命で定量できる「羽ばたく分子」の開発と光科学技術への展開
| Project/Area Number |
22KJ1712
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| Project/Area Number (Other) |
21J22951 (2021-2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 32020:Functional solid state chemistry-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
木村 僚 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | ネマチック液晶 / 蛍光粘度プローブ / 対称乱れ電荷移動 / ペリレンビスイミド / 励起状態 / πスタッキング / 会合 / ペリレンイミド / 蛍光分子 / 電子移動 / 超高速分光 / COT(シクロオクタテトラエン) / 粘度プローブ / 相転移 / 分子配向 |
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| Outline of Research at the Start |
光安定性が高く、幅広い周辺修飾が可能なペリレンイミドと柔軟骨格COT(シクロオクタテトラエン)を縮環させることにより、様々な刺激に応答する、一連の羽ばたく分子ペリレンイミドFLAPを合成した。この分子は溶媒粘度、溶媒極性、分子同士の会合に起因して蛍光挙動を変化させる性質を発現させる性質をもつ。羽ばたく分子に特有な励起状態ダイナミクスの解明といった基礎科学的側面にとどまらず、応用展開として不均一媒体の局所環境をイメージングすることが期待される。
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| Outline of Annual Research Achievements |
1. 代表的なネマチック液晶である5CBに対して蛍光粘度プローブ機能をもつFLAPを分散させ、相転移に伴う蛍光挙動変化の調査と、分散したFLAPの5CBに対する配向性を考察した。結果、5CBのネマチック-等方相転移に伴う局所粘度の変化を検出した。さらに5CBの分子配向に平行な向きにFLAPが励起状態で平面化しやすいことを示した。
2. 新たな機能分子系の構築を目標にナフトペリレンビスイミド骨格をCOTに縮環させたNPBI-FLAPを開発したところ、低極性溶媒では強い蛍光を示す一方、DMFなどの高極性溶媒中では消光することを明らかにした。過渡吸収スペクトルと電気酸化・還元に伴うラジカルイオン種のスペクトルを照合することで励起状態でV字型構造のままSymmetry-Breaking Charge Separationが起こって消光することを示した。
3. FLAPはπ共役部位が最適なスリップ角に調整されたカラムナーπスタッキング構造をとり、新規材料開発に利用される。本年度は、骨格が異なる3つのFLAPを合成し、未開拓であったFLAPのπスタッキングに伴うエネルギー安定化の見積りを行った。分岐アルキル基を導入したNPBI-FLAP_stはカラムナー集積しない一方、ナフタレンイミド骨格を両翼にもつNI-FLAPはカラムナーπスタッキングを形成した。フルオランテンイミド骨格を両翼にもつFI-FLAPの会合ではカラムナー集積せず、二量体の形成が示唆された。MDシミュレーションでも、NPBI-FLAP_stではカラムナー集積は形成しない一方、NI-FLAPはカラムナーπスタッキング構造が再現され、実験結果と整合した。さらに、NI-FLAPでは末端置換基がカラムナー集積を促進させている一方で、NPBI-FLAP_stでは阻害しており、集積によるエネルギー利得を定量的に見積もることができた。
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Report
(3 results)
Research Products
(12 results)
