• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

6π電子系結晶高速フォトクロミック分子の基盤構築と応用開拓

Research Project

Project/Area Number 22KJ2624
Project/Area Number (Other) 22J21941 (2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022)
Section国内
Review Section Basic Section 32020:Functional solid state chemistry-related
Research InstitutionOsaka Metropolitan University

Principal Investigator

濱谷 将太  大阪公立大学, 大学院工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2023-03-08 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywordsフォトクロミズム / ジアリールベンゼン / ジアリールエテン / 量子化学計算 / 熱戻り反応 / Woodward Hoffmann則 / 6π電子環状反応
Outline of Research at the Start

本研究の目的は、6π電子系結晶高速フォトクロミック分子の基盤構築と応用開拓である。6π電子環状反応を示すフォトクロミック化合物に焦点を当てている。まず初めに、結晶中における熱戻り反応速度の制御を目指す。様々な誘導体の合成、特性評価を行い、結晶状態の熱戻り反応速度に与える因子を明らかにする。また、結晶状態における高速T型逆フォトクロミズムを示す分子設計指針を確立し、6π電子系結晶高速フォトクロミック分子の学術基盤を構築する。更なる応用展開として、単一光照射による高速なフォトメカニカル応答の実現を目指す。光照射条件・熱戻り反応性等を検討し、高速フォトメカニカル機能の設計指針を確立する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、6π電子系結晶高速T型フォトクロミック分子の基盤構築と応用開拓を目指している。特に、6π電子系フォトクロミック分子であるジアリールエテンおよびジアリールベンゼンに着目して研究を進めている。
令和4年度には、ジアリールベンゼン誘導体の熱戻り反応性を見積もることに着手し、量子化学計算によって見積もった活性化エネルギーと熱戻り反応の速度定数が相関関係になり、熱戻り反応の半減期を定量的に見積もることができた。
令和5年度には、新たな反応メカニズムで機能する高速T型フォトクロミック分子の創出に注力した。従来、着色体が熱的に安定であるP型フォトクロミック分子として知られるジアリールエテンの反応点炭素を窒素原子に置き換えたアザジアリールエテンが新たな高速T型フォトクロミック分子として機能することを見出した。この熱戻り反応性は、ペリ環状反応の反応性を理論的に説明するWoodward-Hoffmann則に基づくと考えられる。量子化学計算によって、従来のジアリールエテンの熱戻り反応はWoodward-Hoffmann則において禁制である同旋的経路に基づいて進行するのに対して、アザジアリールエテンの熱戻り反応は許容である逆旋的経路に基づいて進行することがわかった。このように、これまでにない反応メカニズムで機能する高速T型フォトクロミック分子の創出に成功した。さらに、従来、光のみでしか生成できなかった着色体を熱的に生成する分子の合成にも成功している。逆フォトクロミズムの創出を念頭に、特性評価を行っているところである。
ジアリールベンゼンの熱戻り反応における溶媒依存性を検討した。興味深いことに、メトキシ基を有する誘導体の場合のみ、プロトン性溶媒中において熱戻り反応が加速することがわかった。さらに、酸を添加することで、熱戻り反応は劇的に加速することを見出した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究では、6π電子系結晶高速T型フォトクロミック分子の基盤構築と応用開拓を目指している。特に、6π電子系フォトクロミック分子であるジアリールエテンおよびジアリールベンゼンに着目して研究を進めている。令和4年度には、ジアリールベンゼンの熱戻り反応性を量子化学計算によって定量的に見積もることができることを見出した。この溶液中の熱戻り反応性の正確な予測は、本研究計画である結晶状態での熱戻り反応の制御に大きく繋がるため、重要な成果と考えている。令和5年度には、従来、着色体が熱的に安定であるP型フォトクロミック分子として知られるジアリールエテンの反応点炭素を窒素原子に置き換えたアザジアリールエテンが新たな高速T型フォトクロミック分子として機能することを見出した。この高速な熱戻り反応性は、ペリ環状反応の反応性を理論的に説明するWoodward-Hoffmann則に基づくと考えられる。量子化学計算によって、従来のジアリールエテンの熱戻り反応はWoodward-Hoffmann則において禁制である同旋的経路に基づいて進行するのに対して、アザジアリールエテンの熱戻り反応は許容である逆旋的経路に基づいて進行することがわかった。この成果は、新たな6π電子系高速T型フォトクロミック分子の創出という点において今後の研究を推進する重要な成果である。これらの成果を含む研究成果は、学術論文4報、学会発表8件と十分な成果を発表しており、おおむね順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

令和6年度は最終年度にあたり、ジアリールベンゼン、およびアザジアリールエテンの更なる特性評価を行う。特に、結晶状態での評価を念頭に研究を進める。結晶状態でフォトクロミズムを示す種々のジアリールベンゼン誘導体の合成に成功している。X線構造解析、フォトクロミック反応挙動解析、量子化学計算を行うことで、結晶状態の熱戻り反応速度の制御を目指す。特に、結晶構造、結晶中の空隙、自由体積を考慮する。アザジアリールエテンは、従来のジアリールエテンと異なる反応経路に基づき高速な熱戻り反応を示すことがわかっている。現在、結晶状態でフォトクロミズムを示すアザジアリールエテンの創出に着手しているところである。X線構造解析、溶液中および結晶中のフォトクロミック反応挙動解析、量子化学計算を行うことで、結晶状態におけるフォトクロミック反応を詳細に検討する。また、従来、光のみでしか生成できなかった着色体を熱的に生成するアザジアリールエテン誘導体の合成にも成功している。これは、逆フォトクロミズムの創出に繋がる可能性があり、6π電子系逆フォトクロミック分子の創出を念頭に、特性評価を行う。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2024 2023 2022 Other

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Suppression of Photocyclization of an Inverse Type Diarylethene Derivative by Inclusion into β‐Cyclodextrin2024

    • Author(s)
      Suganuma Misato、Kitagawa Daichi、Hamatani Shota、Sotome Hikaru、Ito Syoji、Miyasaka Hiroshi、Kobatake Seiya
    • Journal Title

      ChemPhotoChem

      Volume: 8 Issue: 3

    • DOI

      10.1002/cptc.202300244

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Prediction of Half-Life Time in Thermal Back Reaction of Photochromic Diarylbenzenes by Screening Approach2023

    • Author(s)
      Hamatani Shota、Kitagawa Daichi、Nakahama Tatsumoto、Kobatake Seiya
    • Journal Title

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      Volume: 96 Issue: 5 Pages: 496-502

    • DOI

      10.1246/bcsj.20230074

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Diarylethene Photoswitches Undergoing 6π Azaelectrocyclic Reaction: Disrotatory Thermal Cycloreversion of the Closed-Ring Isomer2023

    • Author(s)
      Hamatani Shota、Kitagawa Daichi、Kobatake Seiya
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      Volume: 14 Issue: 37 Pages: 8277-8280

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.3c02207

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Solvent dependence on the thermal cycloreversion reaction of photochromic diarylbenzene derivatives2023

    • Author(s)
      Morimoto Yusuke、Kitagawa Daichi、Hamatani Shota、Kobatake Seiya
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 53 Issue: 2

    • DOI

      10.1093/chemle/upad023

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 熱閉環反応を示すアザジアリールエテンのフォトクロミック反応挙動2024

    • Author(s)
      濱谷将太, 北川大地, 小畠誠也
    • Organizer
      日本化学会第104春季年会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 6πアザ電子環状反応を示すジアリールエテンのフォトクロミック反応挙動2023

    • Author(s)
      濱谷将太, 北川大地, 小畠誠也
    • Organizer
      第44回光化学若手の会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Photochromic Diarylethenes Undergoing 6π Azaelectrocyclic Reaction2023

    • Author(s)
      Shota Hamatani, Daichi Kitagawa, Seiya kobatake
    • Organizer
      The 31st International Conference on Photochemistry
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 逆旋的熱開環反応を示すジアリールエテンのフォトクロミック反応挙動2023

    • Author(s)
      濱谷将太, 北川大地, 小畠誠也
    • Organizer
      2023年光化学討論会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Diarylethene photoswitches undergoing 6π azaelectrocyclic reaction: disrotatory thermal cycloreversion2023

    • Author(s)
      Shota Hamatani, Daichi Kitagawa, Seiya Kobatake
    • Organizer
      10th International Symposium on Photochromism
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 6πアザ電子環状反応を示すジアリールエテンの合成とフォトクロミック特性評価2023

    • Author(s)
      濱谷将太, 北川大地, 小畠誠也
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ジアリールベンゼンナノ粒子のフォトクロミック反応挙動2022

    • Author(s)
      濱谷将太, 北川大地, 小畠誠也
    • Organizer
      第43回光化学若手の会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] フォトクロミックジアリールベンゼンの熱戻り反応半減期の予測2022

    • Author(s)
      濱谷将太, 北川大地, 小畠誠也
    • Organizer
      2022年光化学討論会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] T型フォトクロミックジアリールベンゼンの熱戻り反応半減期の予測2022

    • Author(s)
      濱谷将太, 北川大地, 小畠誠也
    • Organizer
      第12回CSJ化学フェスタ2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Remarks] 大阪公立大学大学院工学研究科物質化学生命系専攻化学バイオ工学分野有機材料化学研究グループ

    • URL

      https://www.omu.ac.jp/eng/kobatakelab/index.html

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Remarks] 研究室ホームページ

    • URL

      https://www.omu.ac.jp/eng/kobatakelab/index.html

    • Related Report
      2022 Annual Research Report

URL: 

Published: 2022-04-28   Modified: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi