フォトクロミズムを用いた複合応答蛍光スイッチング分子システムの創出

• Project Area: Application of Cooperative-Excitation into Innovative Molecular Systems with High-Order Photo-functions
• Project/Area Number: 15H01096
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Rikkyo University
• Principal Investigator: 森本 正和 立教大学, 理学部, 准教授 (70447126)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000); Fiscal Year 2016: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2015: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
• Keywords: フォトクロミズム / ジアリールエテン / 超分子化学 / 光スイッチ / １分子計測(SMD) / １分子計測

Outline of Annual Research Achievements

蛍光スイッチングジアリールエテンを基本骨格として用いて、超解像蛍光顕微鏡の蛍光プローブに適用できる蛍光スイッチング分子システムを創出することを目的とした。ジアリールエテン誘導体について、光反応量子収率に対する反応点置換基の効果、イオン性置換基の導入による水溶化、および可視光照射による閉環反応の誘起を検討した。
反応点にイソブチル基を有するジアリールエテンを新規に合成し、光反応量子収率に対する反応点置換基の効果を検討した。反応点にイソブチル基を導入すると、従来のエチル基を有する分子に比べて、光閉環反応量子収率および閉環体の蛍光量子収率は大きく減少することなく、光開環反応量子収率が増大することを見出した。光開環反応量子収率を制御する上での反応点置換基の有効性が示唆された。
バイオイメージングへの応用に向けて、スルホン酸ナトリウムを有する水溶性ジアリールエテンを合成した。この分子は水に溶解し、水中においてフォトクロミズムと蛍光スイッチングを示した。
新しい光励起法として、可視光の照射によるジアリールエテンの閉環反応の誘起について検討した。光開環反応量子収率が著しく小さいジアリールエテン誘導体の溶液に可視光を照射すると、低い反応変換率で閉環体が生成することが観測された。この分子を染み込ませたろ紙やこの分子の単結晶についても、可視光の照射による閉環体の生成が認められた。A01宮坂グループとの共同研究により、蛍光スイッチングジアリールエテンに対して単一波長の可視レーザー光を照射した際の蛍光挙動を観測したところ、光異性化反応に伴う単一分子レベルでの蛍光ON/OFFスイッチングが観測され、その蛍光スポットを解析・積算することで超解像蛍光画像を構築できることが分かった。
超解像蛍光顕微鏡への応用に向けた分子設計指針を明らかにし、可視光照射による単一光源型超解像蛍光顕微鏡の可能性を見出した。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Turn-on mode fluorescent diarylethenes: Control of the cycloreversion quantum yield (2017)
  • Author(s): Yuta Takagi, Masakazu Morimoto, Ryota Kashihara, Sae Fujinami, Syoji Ito, Hiroshi Miyasaka, Masahiro Irie
  • Journal Title: Tetrahedron Volume: 印刷中 Issue: 33 Pages: 4918-4924
  • DOI: 10.1016/j.tet.2017.03.040
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] One-colour control of activation, excitation and deactivation of a fluorescent diarylethene derivative in super-resolution microscopy (2017)
  • Author(s): Yuhei Arai, Syoji Ito, Hajime Fujita, Yusuke Yoneda, Takahiro Kaji, Satoshi Takei, Ryota Kashihara, Masakazu Morimoto, Masahiro Irie, Hiroshi Miyasaka
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 53 Issue: 29 Pages: 4066-4069
  • DOI: 10.1039/c6cc10073b
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Diastereoselective photocyclization of a photochromic diarylethene having a benzo[b]phosphole P-oxide group (2017)
  • Author(s): Tomohiro Ichikawa, Masakazu Morimoto, Masahiro Irie
  • Journal Title: Dyes and Pigments Volume: 137 Pages: 214-220
  • DOI: 10.1016/j.dyepig.2016.10.010
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Light-Driven Molecular Crystal Actuators: An Approach to Molecular Machinery (2016)
  • Author(s): 森本正和、入江正浩
  • Journal Title: Journal of Synthetic Organic Chemistry, Japan Volume: 74 Issue: 12 Pages: 1217-1224
  • DOI: 10.5059/yukigoseikyokaishi.74.1217
  • NAID: 130005251194
  • ISSN: 0037-9980, 1883-6526
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Turn-on mode fluorescence photoswitching of diarylethene single crystals (2016)
  • Author(s): Masakazu Morimoto, Ryota Kashihara, Katsuya Mutoh, Yoichi Kobayashi, Jiro Abe, Hikaru Sotome, Syoji Ito, Hiroshi Miyasaka, Masahiro Irie
  • Journal Title: CrystEngComm Volume: 18 Issue: 38 Pages: 7241-7248
  • DOI: 10.1039/c6ce00725b
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Photoinduced topographical changes on microcrystalline surfaces of diarylethenes (2016)
  • Author(s): Noriko Fujinaga, Naoki Nishikawa, Ryo Nishimura, Kengo Hyodo, Seiji Yamazoe, Yuko Kojima, Kazuki Yamamoto, Tsuyoshi Tsujioka, Masakazu Morimoto, Satoshi Yokojima, Shinichiro Nakamura, Kingo Uchida
  • Journal Title: CrystEngComm Volume: 18 Issue: 38 Pages: 7229-7235
  • DOI: 10.1039/c6ce00718j
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Photosalient effect of a diarylethene with a perfluorocyclohexene ring (2016)
  • Author(s): Eri Hatano, Masakazu Morimoto, Kengo Hyodo, Nobuhiro Yasuda, Satoshi Yokojima, Shinichiro Nakamura, Kingo Uchida
  • Journal Title: Chemistry-A European Journal Volume: 22 Issue: 36 Pages: 12680-12683
  • DOI: 10.1002/chem.201603020
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Emission color tuning and white-light generation based on photochromic control of energy transfer reactions in polymer micelles (2016)
  • Author(s): Magnus Balter, Shiming Li, Masakazu Morimoto, Sicheng Tang, Jordi Hernando, Gonzalo Guirado, Masahiro Irie, Francisco M. Raymo, Joakim Andreasson
  • Journal Title: Chemical Science Volume: 7 Issue: 9 Pages: 5867-5871
  • DOI: 10.1039/c6sc01623e
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Photoinduced reversible formation of a superhydrophilic surface by crystal growth of diarylethene (2016)
  • Author(s): Kazuki Takase, Kengo Hyodo, Masakazu Morimoto, Yuko Kojima, Hiroyuki Mayama, Satoshi Yokojima, Shinichiro Nakamura and Kingo Uchida
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 52 Issue: 42 Pages: 6885-6887
  • DOI: 10.1039/c6cc01638c
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 1D chains of lanthanoid ions and a dithienylethene ligand showing slow relaxation of the magnetization (2016)
  • Author(s): Mudasir Ahmad Yatoo, Goulven Cosquer, Masakazu Morimoto, Masahiro Irie, Brian K. Breedlove, Masahiro Yamashita
  • Journal Title: Magnetochemistry Volume: 2 Issue: 2 Pages: 21-21
  • DOI: 10.3390/magnetochemistry2020021
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Photo-activation of single molecule magnet behavior in a manganese-based complex (2016)
  • Author(s): Ahmed Fetoh, Goulven Cosquer, Masakazu Morimoto, Masahiro Irie, Ola El-Gammal, Gaber Abu El-Reash, Brian K. Breedlove, Masahiro Yamashita
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 6 Issue: 1
  • DOI: 10.1038/srep23785
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Photochromism of diarylethene derivatives having benzophosphole and benzothiophene groups (2016)
  • Author(s): Tomohiro Ichikawa, Masakazu Morimoto, Hikaru Sotome, Syoji Ito, Hiroshi Miyasaka, Masahiro Irie
  • Journal Title: Dyes and Pigments Volume: 126 Pages: 186-193
  • DOI: 10.1016/j.dyepig.2015.11.023
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Fluorescent photochromic diarylethene that turns on with visible light (2015)
  • Author(s): Takaki Sumi, Tomohiro Kaburagi, Masakazu Morimoto, Kanako Une, Hikaru Sotome, Syoji Ito, Hiroshi Miyasaka, Masahiro Irie
  • Journal Title: Organic Letters Volume: 17 Issue: 19 Pages: 4802-4805
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.5b02361
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Light-driven bending of diarylethene mixed crystals (2015)
  • Author(s): Satoko Ohshima, Masakazu Morimoto, Masahiro Irie
  • Journal Title: Chemical Sciences Volume: 6 Issue: 10 Pages: 5746-5752
  • DOI: 10.1039/c5sc01994j
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Two-colour fluorescent imaging in organisms using self-assembled nano-systems of upconverting nanoparticles and molecular switches (2015)
  • Author(s): Tuoqi Wu, Bob Johnsen, Zhaozhao Qin, Masakazu Morimoto, David Baillie, Masahiro Irie, Neil R. Branda
  • Journal Title: Nanoscale Volume: 7 Issue: 26 Pages: 11263-11266
  • DOI: 10.1039/c5nr03058g
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Photomechanical Performance of Diarylethene Single Crystals (2017)
  • Author(s): Masakazu Morimoto
  • Organizer: 日本化学会第97春季年会 Asian International Symposium -Organic Crystals-
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学日吉キャンパス（神奈川県横浜市港北区日吉）
  • Year and Date: 2017-03-16
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 親水性置換基を有する蛍光性ジアリールエテンの合成 (2017)
  • Author(s): 藤浪紗栄、稲留徹、高木祐太、森本正和、入江正浩
  • Organizer: 日本化学会第97春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学日吉キャンパス（神奈川県横浜市港北区日吉）
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] 蛍光性ジアリールエテンの光反応量子収率に対する置換基効果 (2017)
  • Author(s): 高須翔也、森本正和、入江正浩
  • Organizer: 日本化学会第97春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学日吉キャンパス（神奈川県横浜市港北区日吉）
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] Turn-on mode fluorescence photoswitching of diarylethene single crystals (2016)
  • Author(s): Masakazu Morimoto, Ryota Kashihara, Katsuya Mutoh, Yoichi Kobayashi, Jiro Abe, Hikaru Sotome, Syoji Ito, Hiroshi Miyasaka, Masahiro Irie
  • Organizer: International Symposium on Photochromism 2016 (ISOP 2016)
  • Place of Presentation: East China University of Science and Technology (ECUST), Shanghai, China
  • Year and Date: 2016-11-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 蛍光性ジアリールエテン単結晶のフォトクロミズム (2016)
  • Author(s): 樫原遼太、森本正和、武藤克也、小林洋一、阿部二朗、五月女光、伊都将司、宮坂博、入江正浩
  • Organizer: 2016年光化学討論会
  • Place of Presentation: 東京大学駒場第一キャンパス（東京都目黒区駒場）
  • Year and Date: 2016-09-06
• [Presentation] ベンゾホスホール基を有するジアリールエテンのフォトクロミズム (2016)
  • Author(s): 市川智浩、森本正和、入江正浩
  • Organizer: 日本化学会第96春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学京田辺キャンパス（京田辺市）
  • Year and Date: 2016-03-24
• [Presentation] 蛍光性ジアリールエテン単結晶のフォトクロミズム (2016)
  • Author(s): 樫原遼太、森本正和、入江正浩
  • Organizer: 日本化学会第96春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学京田辺キャンパス（京田辺市）
  • Year and Date: 2016-03-24
• [Presentation] 蛍光性ジアリールエテンの水中におけるフォトクロミズムと蛍光特性 (2016)
  • Author(s): 稲留徹、八木亮、森本正和、入江正浩
  • Organizer: 日本化学会第96春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学京田辺キャンパス（京田辺市）
  • Year and Date: 2016-03-24
• [Presentation] Photomechanical performance of diarylethene single crystals (2015)
  • Author(s): Masakazu Morimoto
  • Organizer: The 2015 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem)
  • Place of Presentation: Hawaii Convention Center, Hawaii, USA
  • Year and Date: 2015-12-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Synthesis and photochromic properties of diarylethenes having a benzophosphole group (2015)
  • Author(s): Tomohiro Ichikawa, Masakazu Morimoto, Masahiro Irie
  • Organizer: The 2015 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem)
  • Place of Presentation: Hawaii Convention Center, Hawaii, USA
  • Year and Date: 2015-12-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 可視光応答型蛍光性ジアリールエテンの合成 (2015)
  • Author(s): 蕪木智弘、須見貴樹、宇根佳奈子、五月女光、伊都将司、宮坂博、森本正和、入江正浩
  • Organizer: 2015年光化学討論会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学杉本キャンパス（大阪市）
  • Year and Date: 2015-09-09
• [Presentation] イオン性置換基を有する水溶性蛍光ジアリールエテンの合成 (2015)
  • Author(s): 藤浪紗栄、高木祐太、森本正和、入江正浩
  • Organizer: 2015年光化学討論会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学杉本キャンパス（大阪市）
  • Year and Date: 2015-09-09
• [Presentation] 蛍光性ジアリールエテンの水中におけるフォトクロミック挙動 (2015)
  • Author(s): 稲留徹、八木亮、森本正和、入江正浩
  • Organizer: 2015年光化学討論会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学杉本キャンパス（大阪市）
  • Year and Date: 2015-09-09
• [Presentation] Making and breaking bonds with light in crystals: diarylethene crystals that convert light into mechanical work (2015)
  • Author(s): Masakazu Morimoto
  • Organizer: Gordon Research Conference - Artificial Molecular Switches and Motors
  • Place of Presentation: Stonehill College, Massachusetts, USA
  • Year and Date: 2015-06-07
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] 立教大学森本研究室ホームページ
  • URL: http://www2.rikkyo.ac.jp/web/m-morimoto/index.html