Rational Creation of Mechanical-Stimuli-Responsive Soft Crystals and Sophistication of Quantitative Analytical Method

• Project Area: Soft Crystals: Science and Photofunctions of Easy-Responsive Systems with Felxibility and Higher-Ordering
• Project/Area Number: 20H04665
• 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: Yokohama National University
• Principal Investigator: 伊藤 傑 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (80724418)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2021: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: ソフトクリスタル / メカノクロミック発光 / 有機色素 / トライボロジー

Outline of Research at the Start

「こする」などの機械的刺激により発光特性が変化する「メカノクロミック発光」は、ソフトクリスタルが示す代表的な刺激応答挙動の一つである。本研究では、メカノクロミック発光性ソフトクリスタルのさらなる構造開拓と機構解明を目指し、(1)ソフトクリスタルの機械的刺激応答性を合理的に制御する手法の確立、(2)機械的刺激応答性の高度な定量解析に基づくメカノクロミック発光過程の解明に挑戦する。

Outline of Annual Research Achievements

「こする」などの機械的刺激により発光特性が変化する「メカノクロミック発光」は、ソフトクリスタルが示す代表的な刺激応答挙動の一つである。前回の公募研究で研究代表者は、ソフトクリスタルの機械的刺激に対する応答性を定量的に評価するための装置を開発することに成功した。また、二成分系有機ソフトクリスタルを創製し、メカノクロミック発光材料の新たな設計指針を確立した。本研究では、メカノクロミック発光性ソフトクリスタルのさらなる構造開拓と機構解明を実現することを目的としている。令和3年度の研究では、機械的刺激と熱に段階的に応答して発光波長が段階的に短波長シフトする種々のソフトクリスタルを創製し、領域内共同研究により結晶サイズが発光波長に与える影響を解明した。また、ピリジル基を有するイミダゾール誘導体からなるソフトクリスタルが、塩酸蒸気に曝露することでメカノクロミック発光における波長変化量が拡大すること見出し、領域内共同研究を通して詳細に機構を解析した。さらに、微量の異分子を含む混晶による機械的刺激付与時の波長変化量制御や、機械的刺激付与後に溶媒蒸気と加熱に応じて異なる発光色に変化する二成分系ソフトクリスタルの創製を達成した。これらの成果は、高付加価値のメカノクロミック発光性ソフトクリスタルを合理的な創製を実現する上で有用な知見を与える。一方、ソフトクリスタルの機械的刺激応答性を定量的に評価するための装置を用いた領域内共同研究により、機械的刺激を加えると発光するトライボ発光性ソフトクリスタルの詳細な解析を進めた。領域内共同研究では、メカノクロミック発光性ソフトクリスタルのin situ解析やD-A-D型ソフトクリスタルによるメカノクロミック発光の解析にも携わり、本領域が目指すソフトクリスタルの学理確立に寄与する成果を得た。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Mechano- and Thermo-responsive Luminescence of Crystalline Thienylbenzothiadiazole Derivatives: Stepwise Hypsochromic Switching of Near-Infrared Emission (2022)
  • Author(s): Ryohei Yoshida, Takashi Tachikawa, Suguru Ito
  • Journal Title: Crystal Growth & Design Volume: 22 Issue: 1 Pages: 547-558
  • DOI: 10.1021/acs.cgd.1c01128
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mechanochromic luminescence of soft crystals: Recent systematic studies in controlling the molecular packing and mechanoresponsive properties (2022)
  • Author(s): Suguru Ito
  • Journal Title: Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews Volume: 51 Pages: 100481-100481
  • DOI: 10.1016/j.jphotochemrev.2021.100481
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Luminescent polymorphic crystals: mechanoresponsive and multicolor-emissive properties (2022)
  • Author(s): Suguru Ito
  • Journal Title: CrystEngComm Volume: 24 Issue: 6 Pages: 1112-1126
  • DOI: 10.1039/d1ce01614h
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mechanochromic Luminescence and Solid‐State Circularly Polarized Luminescence of a Chiral Diamine‐Linked Bispyrene (2021)
  • Author(s): Suguru Ito, Ryohei Sekine, Masayasu Munakata, Masatoshi Asami, Takashi Tachikawa, Daiki Kaji, Kohei Mishima, Yoshitane Imai
  • Journal Title: ChemPhotoChem Volume: 5 Issue: 10 Pages: 920-925
  • DOI: 10.1002/cptc.202100087
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multi-color mechanochromic luminescence of three polymorphic crystals of a donor-acceptor-type benzothiadiazole derivative (2021)
  • Author(s): Suguru Ito, Sayaka Nagai, Takashi Ubukata, Takashi Tachikawa
  • Journal Title: CrystEngComm Volume: 23 Issue: 34 Pages: 5899-5907
  • DOI: 10.1039/d1ce00445j
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] In Situ Exploration of Stimulus-Induced Emission Changes in Mechanochromic Dyes (2021)
  • Author(s): Maho Yamashita, Sayaka Nagai, Suguru Ito, Takashi Tachikawa
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry Letters Volume: 12 Issue: 32 Pages: 7826-7831
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.1c02015
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mechanochromic Luminescence (MCL) of Purely Organic Two‐Component Dyes: Wide‐Range MCL over 300?nm and Two‐Step MCL by Charge‐Transfer Complexation (2021)
  • Author(s): Suguru Ito, Ryohei Sekine, Masayasu Munakata, Maho Yamashita, Takashi Tachikawa
  • Journal Title: Chemistry - A European Journal Volume: 27 Issue: 56 Pages: 13982-13990
  • DOI: 10.1002/chem.202102700
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Luminescent Behavior Elucidation of a Disilane‐Bridged D?A?D Triad Composed of Phenothiazine and Thienopyrazine (2021)
  • Author(s): Nakae Toyotaka、Nishio Masaki、Usuki Tsukasa、Ikeya Minako、Nishimoto Chika、Ito Suguru、Nishihara Hiroshi、Hattori Mineyuki、Hayashi Shigenobu、Yamada Teppei、Yamanoi Yoshinori
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 60 Issue: 42 Pages: 22871-22878
  • DOI: 10.1002/anie.202108089
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Recent Advances in Mechanochromic Luminescence of Organic Crystalline Compounds (2021)
  • Author(s): Suguru Ito
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 50 Issue: 4 Pages: 649-660
  • DOI: 10.1246/cl.200874
  • NAID: 130008025748
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Two types of two-step mechanochromic luminescence of phenanthroimidazolylbenzothiadiazoles (2020)
  • Author(s): Shohei Takahashi, Sayaka Nagai, Masatoshi Asami, Suguru Ito
  • Journal Title: Materials Advances Volume: － Issue: 4 Pages: 708-719
  • DOI: 10.1039/d0ma00198h
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Relationship between Crystal Structure, Crystal Morphology, and Mechanochromic Luminescence of Triphenylimidazolylbenzothiadiazole Derivatives (2020)
  • Author(s): Suguru Ito, Sayaka Nagai, Takashi Ubukata, Takuya Ueno, Hidehiro Uekusa
  • Journal Title: Crystal Growth & Design Volume: － Issue: 7 Pages: 4443-4453
  • DOI: 10.1021/acs.cgd.0c00253
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Tunable mechanochromic luminescence of organic two-component dyes composed of dibenzofuran-based bispyrene and electron-deficient dyes (2022)
  • Author(s): Suguru Ito, Ryohei Sekine, Masayasu Munakata, Maho Yamashita, Takashi Tachikawa
  • Organizer: ACS Spring 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] フェナントロイミダゾリルベンゾチアジアゾール誘導体の擬多形結晶形成とメカノクロミック発光 (2022)
  • Author(s): 八木匠、伊藤傑
  • Organizer: 日本化学会第102春季年会
• [Presentation] 置換フェニルピレン誘導体の凝集状態における高効率発光 (2022)
  • Author(s): 西本千華、伊藤傑
  • Organizer: 日本化学会第102春季年会
• [Presentation] ピリジル置換イミダゾール誘導体の固体発光スイッチング (2021)
  • Author(s): 窪田陸人、袁燕秋、吉田遼平、伊藤傑
  • Organizer: 第42回光化学若手の会
• [Presentation] ビス（ピレニルメチル）基を有するジアミン誘導体とアントラキノンからなる混合色素の二段階メカノクロミック発光 (2021)
  • Author(s): 宗像元康、関根涼平、立川貴士、伊藤傑
  • Organizer: 第18回ホスト-ゲスト・超分子化学シンポジウム
• [Presentation] Mechanochromic luminescence of organic two-component luminophores (2021)
  • Author(s): Suguru Ito
  • Organizer: International Conference on Photochemistry (ICP2021)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Tuning the Mechanochromically Luminescent Properties of Thienylbenzothiadiazole by Forming Mixed Crystals (2021)
  • Author(s): Ryohei Yoshida, Suguru Ito
  • Organizer: 2021年光化学討論会
• [Presentation] Two-step mechanochromic luminescence based on the formation of charge-transfer complexes within a two-component dye (2021)
  • Author(s): Masayasu Munakata, Ryohei Sekine, Takashi Tachikawa, Suguru Ito
  • Organizer: 2021年光化学討論会
• [Presentation] ピリジル基をもつイミダゾール誘導体によるメカノクロミック発光特性制御 (2021)
  • Author(s): 窪田陸人、袁燕秋、吉田遼平、伊藤傑
  • Organizer: 第31回基礎有機化学討論会
• [Presentation] キラルなビスピレン誘導体によるメカノクロミック発光と固体円偏光発光 (2021)
  • Author(s): 伊藤傑、関根涼平、宗像元康、淺見真年、立川貴士、楫大輝、三嶋康平、今井喜胤
  • Organizer: 第31回基礎有機化学討論会
• [Presentation] ピリジル基のプロトン化を利用したメカノクロミック発光特性の制御 (2021)
  • Author(s): 窪田陸人、袁燕秋、吉田遼平、伊藤傑
  • Organizer: 第11回CSJ化学フェスタ2021
• [Presentation] ビス(ピレニルメチル)基を有するジアミン誘導体の二成分化によるメカノクロミック発光特性制御 (2021)
  • Author(s): 宗像元康、関根涼平、山下真帆、立川貴士、伊藤傑
  • Organizer: 第11回CSJ化学フェスタ2021
• [Presentation] チエニルベンゾチアジアゾール誘導体の段階的刺激応答発光 (2021)
  • Author(s): 吉田遼平、立川貴士、伊藤傑
  • Organizer: 第11回CSJ化学フェスタ2021
• [Presentation] Wide-Range and Two-Step Mechanochromic Luminescence of Organic Two-Component Dyes (2021)
  • Author(s): Suguru Ito, Ryohei Sekine, Masayasu Munakata, Maho Yamashita, Takashi Tachikawa
  • Organizer: 11th Asian Photochemistry Conference (APC2021)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Mechanochromic luminescence of two-component solid-state fluorophores (2021)
  • Author(s): Suguru Ito
  • Organizer: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 機械的刺激に応答する発光性ソフトクリスタルの合理的創製と定量解析 (2021)
  • Author(s): 伊藤傑
  • Organizer: ソフトクリスタル第6回公開シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] Crystal-to-Amorphous Phase Transitions of Mechanochromically Luminescent Organic Molecules (2021)
  • Author(s): Suguru Ito
  • Organizer: The 101st CSJ Annual Meeting, Luminescence Chemistry Ensemble: From the Aggregate Model to Amorphous Solid
  • Invited
• [Presentation] 有機結晶の精密構造制御に基づく高機能性発光センシング材料の開発 (2021)
  • Author(s): 伊藤傑
  • Organizer: 日本化学会第101春季年会 若い世代の特別講演会
  • Invited
• [Presentation] チエニルベンゾチアジアゾール誘導体の結晶構造とメカノクロミック発光 (2021)
  • Author(s): 吉田遼平、伊藤傑
  • Organizer: 日本化学会第101春季年会
• [Presentation] ピリジル置換イミダゾール誘導体の酸応答型メカノクロミック発光 (2021)
  • Author(s): 窪田陸人、袁燕秋、吉田遼平、伊藤傑
  • Organizer: 日本化学会第101春季年会
• [Presentation] メカノクロミック発光性結晶材料に対する定量的な機械刺激応答性解析 (2020)
  • Author(s): 伊藤傑、永井彩香、池谷美菜子、眞下峻希、関朋宏、伊藤肇、相良剛光、務台俊樹、大山陽介、中野健
  • Organizer: 2020年web光化学討論会
• [Presentation] Sequential Mechano- and Thermo-responsive Tricolor Switching of Luminescence for Thienylbenzothiadiazole Derivatives (2020)
  • Author(s): Ryohei Yoshida, Hayato Suzuki, Minako Ikeya, Shohei Takahashi, Suguru Ito
  • Organizer: Online Annual Meeting on Photochemistry
• [Presentation] ジベンゾフラン型ビス（ピレニルメチル）ジアミン誘導体の二成分系二段階メカノクロミック発光 (2020)
  • Author(s): 宗像元康、関根涼平、池谷美菜子、淺見真年、伊藤傑
  • Organizer: 第10回CSJ化学フェスタ2020
• [Presentation] 機械的刺激と熱に段階的に応答するドナー・アクセプター型色素の三色間発光スイッチング (2020)
  • Author(s): 吉田遼平、鈴木颯人、池谷美菜子、高橋昌平、伊藤傑
  • Organizer: 第10回CSJ化学フェスタ2020
• [Remarks] 有機化学研究室(伊藤傑研究室)
  • URL: https://ito-lab.ynu.ac.jp
• [Remarks] 横浜国立大学 研究者総覧(伊藤傑)
  • URL: https://er-web.ynu.ac.jp/html/ITO_Suguru/ja.html
• [Remarks] 有機化学研究室(伊藤傑研究室)
  • URL: http://ito-lab.ynu.ac.jp/index.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] インドリルベンゾチアジアゾール誘導体、有機蛍光材料および硬化膜 (2020)
  • Inventor(s): 森永貴大、伊藤傑、髙橋昌平
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人横浜国立大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2020-172831
  • Filing Date: 2020