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Development of environment-responsive fluorescent molecules based on excited-state intramolecular proton transfer in aquatic environment

Publicly Offered Research

Project AreaAquatic Functional Materials: Creation of New Materials Science for Environment-Friendly and Active Functions
Project/Area Number 22H04540
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionKyoto Institute of Technology

Principal Investigator

櫻井 庸明  京都工芸繊維大学, 分子化学系, 准教授 (50632907)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywords蛍光 / 水溶性 / ESIPT / プロトン移動 / 二重発光 / 水素結合 / 励起状態分子内プロトン移動 / 環境応答
Outline of Research at the Start

水素結合性溶媒によって蛍光が阻害されることが多い、励起状態分子内プロトン移動(ESIPT)を伴う有機発光体に適切な設計を施すことによって、水溶媒中(= 水圏環境中)でも強固に分子内水素結合を形成し、ESIPT発光を高効率で示す水溶性ESIPT化合物を開発する。開発した分子材料を、自己吸収が小さく高い蛍光量子収率といった長所を備える蛍光プローブとして、水圏環境での検体センシング、バイオイメージング応用へと展開することを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

ある発光分子について、溶液状態でその溶媒種に依存して発光色を変化させる現象をソルバトフルオロクロミズムと呼び、分子内電荷移動特性を有する蛍光体などでしばしば観測されるが、溶媒極性以外に応答するソルバトフルオロクロミズムは稀である。本研究では、励起状態分子内プロトン移動(Excited-State Intramolecular Proton Transfer: ESIPT)を示す 2-(2-hydroxyphenyl)benzoxazole (HBO) 発光団に注目し、水中でもESIPTを高効率で示す誘導体を開発し、その吸収/発光特性を調査した。その過程で、当該誘導体が溶媒の水素結合供与性に応答するソルバトフルオロクロミズムを示すことを見出した。今回合成したHBO誘導体は、水素結合形成能のある溶媒中でもESIPT過程が阻害されず、ESIPT後の長波長発光を効率良く示した。水中における蛍光量子収率も0.22と過去の例よりも高いものであった。水素結合供与性溶媒に注目すると、溶媒の水素結合供与能の強さαとESIPT発光の極大波長に相関が確認された。この解釈として、溶媒のプロトンとHBO誘導体のフェノール側の酸素原子との間で水素結合が形成されることによりHOMOが強く安定化される機構が働くと仮定すると、αが大きいほど基底状態と励起状態の間のエネルギーが大きくなり、発光波長が短波長化する実験事実を説明できる。水素結合供与性に応答するソルバトフルオロクロミズム挙動は珍しく、新しい蛍光プローブのメカニズムとして重要であると考えられる。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

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

    (13 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 6 results)

  • [Journal Article] Amplified spontaneous emission from a liquid crystalline phase: anisotropic property and active modulation2024

    • Author(s)
      Tsutsui Yusuke、Sakurai Tsuneaki、Seki Shu
    • Journal Title

      Faraday Discussions

      Volume: 250 Pages: 271-280

    • DOI

      10.1039/d3fd00122a

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Side-Chain Labeling Strategy for Forming Self-Sorted Columnar Liquid Crystals from Binary Discotic Systems2023

    • Author(s)
      Sakurai Tsuneaki、Kato Kenichi、Shimizu Masaki
    • Journal Title

      Crystals

      Volume: 13 Issue: 10 Pages: 1473-1473

    • DOI

      10.3390/cryst13101473

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Organic Fluorophores That Emit Ultraviolet Light in the Aggregated States2022

    • Author(s)
      Masaki Shimizu, Tsuneaki Sakurai
    • Journal Title

      Aggregate

      Volume: 3 Issue: 2

    • DOI

      10.1002/agt2.144

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Development of thermoresponsive near-ultraviolet photoluminescent liquid crystals using hexyloxy-terminated fluorinated tolane dimers connected with an alkylene spacer2022

    • Author(s)
      Shigeyuki Yamada, Eiji Uto, Tsuneaki Sakurai, Tsutomu Konno
    • Journal Title

      Journal of Molecular Liquid

      Volume: 362 Pages: 119755-119755

    • DOI

      10.1016/j.molliq.2022.119755

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 水中で励起状態分子内プロトン移動を示す 高効率有機蛍光体の合成と発光特性2023

    • Author(s)
      西口直輝、櫻井庸明、清水正毅
    • Organizer
      第13回CSJ化学フェスタ2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Water-soluble fluorophores based on excited-state intramolecular proton transfer-type molecules with tunable enol/keto dual emissions2023

    • Author(s)
      Naoki Nishiguchi, Satoshi Suzuki, Kohei Sato, Tsuneaki Sakurai, Masaki Shimizu
    • Organizer
      IKCOC-15
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 液晶への高濃度ドープが 可能な高効率有機蛍光体の 合理的設計開発2023

    • Author(s)
      櫻井庸明
    • Organizer
      分子集合化学セミナー
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 分子分散・凝集の両状態で 高効率発光する有機蛍光体の 合理的設計開発2023

    • Author(s)
      櫻井庸明
    • Organizer
      信大-工繊大研究交流会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 分子分散・凝集の両状態で 高効率発光する有機蛍光体の 合理設計と材料展開2023

    • Author(s)
      櫻井庸明
    • Organizer
      東海支部先端化学セミナー
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Rational Design of Efficient Fluorophores Serving as High Concentration Dopant for Liquid Crystals2023

    • Author(s)
      Tsuneaki Sakurai
    • Organizer
      International CPL and CPEL Conference 2023
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 励起状態プロトン移動型水溶性蛍光体の設計、合成および光物性2023

    • Author(s)
      西口 直輝, 櫻井 庸明, 清水 正毅
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ESIPT型蛍光体の発光効率向上のための分子設計探索と発光性液晶への展開2022

    • Author(s)
      櫻井 庸明
    • Organizer
      第181回東海高分子研究会講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 励起状態分子内プロトン移動型蛍光体の発光効率向上と液晶中での機能開拓2022

    • Author(s)
      櫻井 庸明
    • Organizer
      2022KIPS若手高分子シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited

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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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