イミダゾリウム基を含むフォトクロミック分子の開発と応用

• Project Area: New Horizons of Photochromism: Customized Molecular Design and Novel Applications
• Project/Area Number: 21021017
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 中嶋 琢也 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 准教授 (70379543)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 河合 壯 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 教授 (40221197)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥4,600,000 (Direct Cost: ¥4,600,000); Fiscal Year 2010: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000); Fiscal Year 2009: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
• Keywords: 光化学 / 有機化学 / フォトクロミズム / 光物性 / スイッチング / 超分子化学 / 量子化学 / 有機工業化学 / イオン / 有機合成化学 / 薄膜

Research Abstract

N,N'-ジアルキルイミダゾリウムイオンは、正電荷が5員環に非局在化した特異なカチオン構造を有する。このような、フォトクロミック分子のアリールユニットとしてイミダゾリウムを導入したジアリールエテンおよびターアリーレンは、フォトクロミック反応に伴う正電荷の局在化制御により、種々のスイッチング特性を発現することが期待される。一方、ヘキサトリエン-シクロヘキサジエン系のフォトクロミック反応(光電子環状反応)は、特定のコンフォメーションからのみ進行することが知られている。3つのヘテロ芳香族により構成されるターアリーレンにおいては、多様な分子間相互作用が期待され、そのような分子間相互作用を利用した特定コンフォメーションへの分子フォールディングならびに高感度フォトクロミック反応系の設計が可能である。
分子内において、CH/N相互作用ならびにS/N相互作用により分子のフォールディングを固定した新規ジチアゾリルベンゾチオフェンを設計した。結晶構造より、フォトクロミック分子が光反応活性なコンフォメーションに固定されており、上記の相互作用が協調的に分子フォールディングに寄与していることが明らかとなった。以上の分子内相互作用は、溶液中においても^1H-NMR測定から確認され、反応活性型のコンフォメーションが優先的に形成されていることが示唆された。フォトクロミック反応特性を閉環反応量子収率測定により評価したところ、0.98±0.02とほぼ100%の効率で光閉環反応を示すことを見出した。以上より、適切に分子内相互作用を設計することにより高い反応効率を示すフォトクロミック分子システムを構築できることを明らかにした。

Research Products

• [Journal Article] Photon-Quantitative Reaction of a Dithiazolylarylene in Solution (2011)
  • Author(s): S.Fukumoto, T.Nakashima, T.Kawai
  • Journal Title: Angew.Chem., Int.Ed. Volume: 50 Pages: 1565-1568
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Syntheses and Photochromic Properties of Diaryl Acenaphthylene Derivatives (2011)
  • Author(s): S.Fukumoto, T.Nakagawa, S.Kawai, T.Nakashima, T.Kawa
  • Journal Title: Dyes and Pigments Volume: 89 Pages: 297-304
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Water/Ionic Liquid Interfaces as Fluid Scaffolds for Two-Dimensional Self-Assembly of Charged Nanospheres (2011)
  • Author(s): T.Nakashima, N.Kimizuka
  • Journal Title: Langmuir Volume: 27 Pages: 1281-1285
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis, Optical and Electrochemical Properties of Arylenevinylene-based π-Conjugated Polymers with Imidazolium Units in the Main Chain (2011)
  • Author(s): M.Toba, T.Nakashima, T.Kawai
  • Journal Title: J.Polym.Sci.Part A : Polym.Chem. Volume: 49(印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Observation of Chiral Aggregate Growth of Perylene Derivative in Opaque Solution by Circularly Polarized Luminescence (CPL) (2010)
  • Author(s): H.Tsumatori, T.Nakashima, T.Kawai
  • Journal Title: Org.Lett. Volume: 12 Pages: 2362-2365
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Polyelectrolyte and Carbon Nanotube Multilayers Made from Ionic Liquid Solutions (2010)
  • Author(s): T.Nakashima, J.Zhu, M.Qin, S.Ho, N.A.Kotov
  • Journal Title: Nanoscale Volume: 2 Pages: 2084-2090
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photochromic properties of terarylen derivatives having pai-conjugation unit on their central aromatic ring (2009)
  • Author(s): Y.Kutsunugi, S. Kawai, T.Nakashima, T.Kawai
  • Journal Title: New J.Chem. 33 Pages: 1638-1373
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photochromic Amorphous Molecular Materials Based on Dibenzothienylthiazole Structure (2009)
  • Author(s): S.Kawai, T.Nakashima, Y.Kutsunugi, H.Nakagawa, H.Nakano, T.Kawai
  • Journal Title: J.Mater.Chem. 19 Pages: 3606-3611
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Phenyleneethynylene and Thienyleneethynylene-based pai-Conjugated Polymers with Imidazolium Units in the Main Chain (2009)
  • Author(s): M.Toba, T.Nakashima, T.Kawai
  • Journal Title: Macromolecules 42 Pages: 8068-8075
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Solvent Effect on Photochromism of Terarylene Derivatives with Thieno [3,2-b] pyridine Rings (2010)
  • Author(s): R.Fujii, T.Nakashima, T.Kawai
  • Organizer: 3rd Japanese-French Joing Seminar on Organic Photochromism
  • Place of Presentation: 神奈川県、横浜市
  • Year and Date: 2010-10-21
• [Presentation] Control of Photochromic Performance of Terarylenes via Supramolecular Interactions (2010)
  • Author(s): T.Nakashima, S.Kawai, S.Fukumoto, R.Fujii, T.Taniguchi, T.Kawai
  • Organizer: 6th International Symposium on Organic Photochromism
  • Place of Presentation: 神奈川県、横浜市
  • Year and Date: 2010-10-18
• [Presentation] High Photochoromic Reactivity of Terarylene in the Reactive Conformation Stabilized by Intramolecular Interactions (2010)
  • Author(s): S.Fukumoto, T.Nakashima, T.Kawai
  • Organizer: 6th International Symposium on Organic Photochromism
  • Place of Presentation: 神奈川県、横浜市
  • Year and Date: 2010-10-18
• [Presentation] Photochemical Reactivity of a Photochromic Terarylene Having Elimination Units on Photoreaction Centers (2010)
  • Author(s): H.Nakagawa, T.Nakashima, T.Kawai
  • Organizer: 6th International Symposium on Organic Photochromism
  • Place of Presentation: 神奈川県、横浜市
  • Year and Date: 2010-10-18
• [Presentation] 分子内相互作用によるターアリーレン誘導体の構造制御とフォトクロミック特性の検討 (2010)
  • Author(s): 福本紗世・中嶋琢也・河合壯
  • Organizer: 2010年光化学討論会
  • Place of Presentation: 千葉県、千葉市
  • Year and Date: 2010-09-09
• [Presentation] チエノピリジル骨格を有するフォトクロミックターアリーレン誘導体の合成と光反応性の評価 (2010)
  • Author(s): 藤井亮介・沓抜雄一郎・中嶋琢也・河合壮
  • Organizer: 2010年光化学討論会
  • Place of Presentation: 千葉県、千葉市
  • Year and Date: 2010-09-09
• [Presentation] Photo-Switching Ionic Materials (2010)
  • Author(s): T.Nakashima, S.Kobayashi, M.Goto, K.Miyamura, T.Kawai
  • Organizer: ICSM2010
  • Place of Presentation: 京都府、京都市
  • Year and Date: 2010-07-06
• [Presentation] Photochromic Properties of DiarylacenaphthyleneHaving 12π Electron System (2010)
  • Author(s): S.Fukumoto, T.Nakashima, T.Kawai
  • Organizer: ICSM2010
  • Place of Presentation: 京都府、京都市
  • Year and Date: 2010-07-06
• [Presentation] Photoreaction of Terarylene Derivatives with Thieno [3,2-b] Pyridine Rings (2010)
  • Author(s): R.Fujii, T.Nakashima, T.Kawai
  • Organizer: ICSM2010
  • Place of Presentation: 京都府、京都市
  • Year and Date: 2010-07-06
• [Presentation] Syntheses of Photochromic Terarylene Having Elimination Units for Optical-Memory Media (2010)
  • Author(s): H.Nakagawa, T.Nakashima, T.Kawai
  • Organizer: ICSM2010
  • Place of Presentation: 京都府、京都市
  • Year and Date: 2010-07-06
• [Presentation] 分子間水素結合を介したターアリーレン誘導体二量体のフォトクロミズム (2010)
  • Author(s): 河合重和・中嶋琢也・福本紗世・中川久子・河合壮
  • Organizer: 日本化学会第90春季年会
  • Place of Presentation: 近畿大学
  • Year and Date: 2010-03-27
• [Presentation] フォトクロミックジアリールイミダゾリウムの材料特性 (2010)
  • Author(s): 小林祥平・河合重和・中嶋琢也・河合壮
  • Organizer: 日本化学会第90春季年会
  • Place of Presentation: 近畿大学
  • Year and Date: 2010-03-26
• [Presentation] 中央アリール基にアセナフチレン骨格を有するターアリーレン誘導体のフォトクロミック特性 (2010)
  • Author(s): 福本紗世・河合重和・沓抜雄一郎・中川久子・中嶋琢也・河合壮
  • Organizer: 日本化学会第90春季年会
  • Place of Presentation: 近畿大学
  • Year and Date: 2010-03-26
• [Presentation] ジアリールイミダゾリウム構造を有するターアリーレン誘導体の光応答性 (2009)
  • Author(s): 小林祥平・河合重和・沓抜雄一郎・中川久子・中嶋琢也・河合壮
  • Organizer: 2009年光化学討論会
  • Place of Presentation: 桐生市市民会館
  • Year and Date: 2009-09-17
• [Presentation] ドナー・アクセプター性置換基を導入したターアリーレン誘導体のフォトクロミック特性と置換基効果 (2009)
  • Author(s): 沓抜雄一郎・河合重和・中嶋琢也・河合壮
  • Organizer: 2009年光化学討論会
  • Place of Presentation: 桐生市市民会館
  • Year and Date: 2009-09-17
• [Presentation] 中央アリール基としてインドール誘導体を有するターアリーレンの合成とフォトクロミック特性 (2009)
  • Author(s): 福本紗世・河合重和・中嶋琢也・河合壮
  • Organizer: 2009年光化学討論会
  • Place of Presentation: 桐生市市民会館
  • Year and Date: 2009-09-17
• [Presentation] カルバメート基を有するフォトクロミック4,5-ジアリールチアゾールの光学特性 (2009)
  • Author(s): 河合重和・中嶋琢也・河合壮
  • Organizer: 2009年光化学討論会
  • Place of Presentation: 桐生市市民会館
  • Year and Date: 2009-09-17
• [Presentation] イミダゾリウム基を含むフォトクロミック分子の開発と応用 (2009)
  • Author(s): 中嶋琢也・河合壮
  • Organizer: 第4回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2009-09-01
• [Book] 光ナノ科学への招待 (2010)
  • Author(s): 長谷川靖哉・細川陽一・中嶋琢也
  • Total Pages: 120
  • Publisher: ケーディーネオブック