Development of Photofunctional pi-assembly figuration based on host-guest chemistry

• Project Area: pi-System Figuration: Control of Electron and Structural Dynamism for Innovative Functions
• Project/Area Number: 17H05161
• 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: Kyushu University
• Principal Investigator: 小野 利和 九州大学, 工学研究院, 助教 (20643513)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2018: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2017: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
• Keywords: 自己組織化 / メカノクロミズム / ピエゾクロミズム / 有機合成 / 錯体化学 / ポルフィセン / 金属錯体 / 単結晶X線構造解析 / センサー / 超分子化学 / エラストマー / ナフタレンジイミド / ダイアモンドアンビルセル / 包接結晶 / 固体発光材料 / 分子集積化学 / 有機化合物センサー / ナノ材料 / 刺激応答材料 / 有機化学

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、「ヘテロ分子集積化技術を基盤としたπ造形光科学の開拓」と題し、有機合成および分子集積化によって調製したπ電子系材料の外部刺激応答性に関する評価を検討した。例えば、ホストーゲスト自己組織化発光材料のピエゾフルオロクロミズム特性を見出したことが挙げられる。ホストーゲスト自己組織化発光材料は、異なる分子間で生じる電荷移動錯体の形成によって固体中で発光特性を示す材料であるが、本研究では、ダイアモンドアンビルセル中に材料を封入し、超高圧下における発光スペクトル測定を実施した。常圧下では、水色発光を示したが、圧力印加にともない発光色のレッドシフトが観測され、8Gaあたりでは赤色発光を示すことが見出された。この発光色変化は外部圧力によって可逆的に見られたことから、化合物の分解や分子集積構造の変化によるものではなく、圧力による電荷移動錯体が圧縮されることに起因するものと考えた。そこで高圧下における単結晶X線構造解析を実施することにより、実際に圧力印加にともなう分子間距離の近接が観測され、その分子座標をもとに分子軌道計算を行い、発光メカニズムの考察を行うことができた。
また有機化合物の蒸気に応答して発光色変化を生じるベイポクロミズム材料の創製を達成した。
その他にもポルフィリンの構造異性体であるポルフィセンに着目し、有機合成化学的な観点から、赤色および近赤外発光を示す新規ポルフィセンの合成に着手した。なかでも３価金属含むポルフィセン金属錯体の１部において、希薄溶液中ではほとんど発光を示さないが、凝集状態において発光強度の増大が見られる、凝集誘起発光を示す材料を見出すことができた。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Polish Academy of Sciences(ポーランド)
• [Journal Article] Flexible-color tuning and white-light emission in three-, four-, and five-component host/guest co-crystals by charge-transfer emissions as well as effective energy transfers (2019)
  • Author(s): Toshikazu Ono, Yoshio Hisaeda
  • Journal Title: J. Mater. Chem. C Volume: 7 Issue: 10 Pages: 2829-2842
  • DOI: 10.1039/c8tc06165c
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Switching of Monomer Fluorescence, Charge‐Transfer Fluorescence, and Room‐Temperature Phosphorescence Induced by Aromatic Guest Inclusion in a Supramolecular Host (2018)
  • Author(s): Toshikazu Ono, Ai Taema, Aiko Goto, Yoshio Hisaeda
  • Journal Title: Chem. Eur. J. Volume: 24 Issue: 66 Pages: 17487-17496
  • DOI: 10.1002/chem.201804349
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Gram-scale synthesis of porphycenes through acid-catalyzed oxidative macrocyclizations of E/Z-mixed 5,6-diaryldipyrroethenes (2018)
  • Author(s): Toshikazu Ono, Ning Xu, Daiki Koga, Toshihiro Ideo, Manabu Sugimoto, Yoshio Hisaeda
  • Journal Title: RSC Adv. Volume: 8 Issue: 69 Pages: 39269-39273
  • DOI: 10.1039/c8ra09040h
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Piezofluorochromism in Charge‐Transfer Inclusion Crystals: The Influence of High Pressure versus Mechanical Grinding (2018)
  • Author(s): Toshikazu Ono, Yoshifumi Tsukiyama, Ai Taema, Hiroyasu Sato, Hidetoshi Kiyooka, Yuma Yamaguchi, Ayumi Nagahashi, Manami Nishiyama, Yuichi Akahama, Yoshiki Ozawa, Masaaki Abe, Yoshio Hisaeda
  • Journal Title: ChemPhotoChem Volume: 印刷中 Issue: 5 Pages: 416-420
  • DOI: 10.1002/cptc.201700227
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The first synthesis of mesodicycloalkylporphycenes: ring strain effects on structural and optical properties of isomeric porphyrins (2017)
  • Author(s): T. Ono, D. Koga, K. Yoza, Y. Hisaeda
  • Journal Title: Chem. Commun. Volume: 53 Issue: 91 Pages: 12258-12261
  • DOI: 10.1039/c7cc07170a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Vitamin B12 Derivative Catalyzed Electrochemical Trifluoromethylation and Perfluoroalkylation of Arenes and Heteroarenes in Organic Media (2017)
  • Author(s): M. J. Hossain, T. Ono, K. Wakiya, Y. Hisaeda
  • Journal Title: Chem. Commun. Volume: 53 Issue: 79 Pages: 10878-10881
  • DOI: 10.1039/c7cc06221d
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Acid-responsive Fluorescence Color Change of Pyrrolopyrrole Derivatives in the Solid State (2018)
  • Author(s): Yoshio Yano, So Hatanaka, Toshikazu Ono, Yoshio Hisaeda
  • Organizer: ICPP-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] meso-dicycloalkylporphycens as unique porphyrin isomer (2018)
  • Author(s): Daiki Koga, Toshikazu Ono, Yoshio Hisaeda
  • Organizer: ICPP-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ゲスト包接を利用した有機化合物センサーの開発 (2018)
  • Author(s): 築山 佳史, 小野 利和, 久枝 良雄
  • Organizer: 2018年光化学討論会
• [Presentation] Multicomponent Crystals for Photofunction Design: Light-conversion Materials and Optical Sensor Applications (2018)
  • Author(s): Toshikazu Ono, Yoshio Hisaeda
  • Organizer: π-EJ 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Creation of optical VOC sensors using a guest inclusion phenomena (2018)
  • Author(s): Yoshifumi Tsukiyama, Toshikazu Ono, Yoshio Hisaeda
  • Organizer: π-EJ 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ゲスト包接を利用した発光性包接結晶の創製と有機化合物センサーの開発 (2018)
  • Author(s): 築山佳史、小野利和、久枝良雄
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] 発光性包接結晶の調製と有機化合物センサーへの応用 (2017)
  • Author(s): 築山佳史、小野利和、久枝良雄
  • Organizer: 第38回光化学若手の会
• [Remarks] 九州大学大学院工学研究院応用化学部門分子教室 久枝研究室
  • URL: http://www.chem.kyushu-u.ac.jp/~yhisaeda/
• [Remarks] 九州大学研究者情報 小野利和
  • URL: http://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/details/K004811/index.html