光応答性分子結晶の構造変化による固体物性制御

• Project Area: Science on Function of Soft Molecular Systems by Cooperation of Theory and Experiment
• Project/Area Number: 26104537
• 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): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000); Fiscal Year 2015: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2014: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
• Keywords: 超分子化学 / 分子性固体 / 誘電体物性 / フォトクロミズム / 水素結合

Outline of Annual Research Achievements

外部刺激に柔軟に応答する柔らかな分子系における高度な分子集積と機能創成に関する研究として、フォトクロミック分子の光異性化反応に伴う構造変化により固体物性を可逆的に制御できる分子結晶を創出することを目的とした。
応答波長の異なる２種のフォトクロミック分子からなる２成分混晶の光誘起結晶変形を観測した。紫外光照射により青色の異性体を生成する分子（A）および赤色の異性体を生成する分子（B）を含む混晶を合成した。無色の針状結晶に紫外光を照射すると、AとBの両方の構造変化により、結晶は紫色に着色するとともに屈曲変形を示した。そのあと、Aの青色の異性体のみが吸収する750 nm光を照射すると、Aの退色反応が選択的に進行し、結晶の屈曲は一部解消されたが、B由来の屈曲が残った。さらに、500 nm以上の可視光を照射すると、Bの退色反応が起こり、結晶はもとのまっすぐな形に戻った。２種のフォトクロミック分子を同一結晶内で複合化し、照射光の波長を選択することで、２成分の構造変化を反映した結晶変形の制御が可能であることが示唆された。
誘電物性の光制御に向けて、分子間水素結合を有するフォトクロミック分子結晶を合成した。水素結合性のイミダゾールを有するフォトクロミック分子は、結晶中において分子間プロトン移動を示し得る水素結合一次元鎖を形成していることが示唆された。単結晶の電気物性を測定したところ、誘電率の温度依存性・電場周波数依存性が観測された。また、このフォトクロミック分子は結晶中での光異性化反応が可能な立体配座に固定されており、紫外光と可視光の照射による結晶の可逆的なフォトクロミズムが観測された。
フォトクロミック分子の構造変化により高度なメカニカル機能を示す分子結晶を見出し、誘電物性の光制御に向けた水素結合性フォトクロミック分子結晶の設計に関する知見を得た。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [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
• [Journal Article] Photo-control of the magnetic properties of Dy(III) and Ho(III) homometal coordination polymers bridged by a diarylethene ligand (2015)
  • Author(s): Goulven Cosquer, Masakazu Morimoto, Masahiro Irie, Ahmed Fetoh, Brian K. Breedlove, Masahiro Yamashita
  • Journal Title: Dalton Transactions Volume: 44 Issue: 13 Pages: 5996-6002
  • DOI: 10.1039/c4dt03093a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A diarylethene as the SO2 gas generator upon UV irradiation (2015)
  • Author(s): Ryuhei Kodama, Kimio Sumaru, Kana Morishita, Toshiyuki Kanamori, Kengo Hyodo, Takashi Kamitanaka, Masakazu Morimoto, Satoshi Yokojima, Shinichiro Nakamura and Kingo Uchida
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 51 Issue: 9 Pages: 1736-1738
  • DOI: 10.1039/c4cc07790c
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Control of the Single-Molecule Magnet Behavior of Lanthanide-Diarylethene Photochromic Assemblies by Irradiation with Light (2014)
  • Author(s): Dawid Pinkowicz, Min Ren, Li-Min Zheng, Saki Sato, Miki Hasegawa, Masakazu Morimoto, Masahiro Irie, Brian K. Breedlove, Goulven Cosquer, Keiichi Katoh, Masahiro Yamashita
  • Journal Title: Chemistry－A European Journal Volume: 39 Issue: 39 Pages: 12502-12513
  • DOI: 10.1002/chem.201402647
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A photo- and halochromic multicolor switching system consisting of diarylethene and malachite green moieties (2014)
  • Author(s): Yuto Tatsumi, Noriko Fujinaga, Megumi Kasuno, Masakazu Morimoto, Satoshi Yokojima, Shinichiro Nakamura, Kingo Uchida
  • Journal Title: New Journal of Chemistry Volume: 38 Issue: 12 Pages: 5706-5714
  • DOI: 10.1039/c4nj00434e
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photochromism and fluorescence properties of 1,2-bis(2-alkyl-1-benxothiophene-3-yl)perhydrocyclopentens (2014)
  • Author(s): Tadatsugu Yamaguchi, Manabu Hosaka, Keigo Shinohara, Toru Ozeki, Mitsuhiro Fukuda, Shizuka Takami, Yukihide Ishibashi, Tsuyoshi Asahi, Masakazu Morimoto
  • Journal Title: Journal of Photochemistry and Photobioly A Volume: 285 Pages: 44-51
  • DOI: 10.1016/j.jphotochem.2014.04.007
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Photochromic reaction of diarylethenes having phenol moiety as an aryl ring (2014)
  • Author(s): Tadatsugu Yamaguchi, Yusuke Kamihashi, Toru Ozeki, Ayaka Uyama, Jun-ichiro Kitai, Megumi Kasuno, Kimio Sumaru, Yoshiro Kimura, Satoshi Yokojima, Shinichiro Nakamura, Masakazu Morimoto, Kingo Uchida
  • Journal Title: Bulletin of the Chemical Society of Japan Volume: 87 Issue: 4 Pages: 528-538
  • DOI: 10.1246/bcsj.20130252
  • NAID: 130004059110
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photoirradiation wavelength dependence of cycloreversion quantum yields of diarylethenes (2014)
  • Author(s): Takaki Sumi, Yuta Takagi, Akira Yagi, Masakazu Morimoto, Masahiro Irie
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 50 Issue: 30 Pages: 3928-3930
  • DOI: 10.1039/c4cc00396a
  • Peer Reviewed
• [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] 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
• [Presentation] ベンゾホスホール基を有するジアリールエテンの合成とフォトクロミック特性 (2015)
  • Author(s): 市川智浩、森本正和、入江正浩
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学理工学部船橋キャンパス／薬学部（千葉県船橋市）
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] Photochromism of diarylethene single crystals: photoinduced shape change and photomechanical performance (2014)
  • Author(s): Masakazu Morimoto
  • Organizer: Breaking and Making Bonds with Light Workshop
  • Place of Presentation: Telluride Intermediate School (Colorado, USA)
  • Year and Date: 2014-06-30 – 2014-07-04
  • 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