2016 Fiscal Year Annual Research Report
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16J03265
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
姉帯 勇人 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | 発光特性 / 強誘電性 / 超分子 / 水素結合 / ピレン / 円偏光発光 / キラリティー / 液晶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
直鎖のテトラデジルアミド基を導入したピレン誘導体(1)が、液晶性・特異な発光特性・強誘電性を発現する事を見いだしている。これらの物性は、水素結合性の超分子構造に依存すると考えられるが、その詳細な検討は行われていない。そこで、「光を用いた強誘電体から半導体への制御」を念頭に、「光物性・強誘電性と超分子構造」間の相関を明らかする事を目的とし、螺旋構造の形成が期待できる、キラル分岐鎖を有する3,7-ジメチルオクチルアミド基を導入したピレン誘導体(S-2, R-2)を合成し、これらの形成する水素結合性螺旋超分子構造に着目し、溶液中における発光特性とバルク強誘電物性の制御を試みた。
分子S-2およびR-2は、濃度・溶媒の種類(メチルシクロヘキサン(MCH), CHCl3, THF)に依存した吸収－発光スペクトルを示した。次に、基底および励起状態におけるらせん分子会合状態を、円偏光二色性(CD)と円偏光発光(CPL)スペクトル測定により評価したところ、いずれの測定でもらせん会合体の形成に由来するスペクトル活性が見られた。また、MCH中ではg = 10-2オーダーの非常に高いCPL活性が、また、CHCl3中では他の溶媒と逆向きのCPL活性が確認された。よって、濃度や溶媒に依存した吸収－発光スペクトルの変化は、基底状態と励起状態の水素結合性らせん超分子構造に起因する事が示された。発光特性とCPL活性を、溶媒による超分子構造の制御により実現した初めての研究例である。
バルク状態の分子S-2およびR-2は、液晶性と強誘電性を示さなかった。そこで、 (1)(S-2)混晶の作製を試み、そのミクロな強誘電物性に関する検討を試みた。混晶は、分子1の割合が30%以上で液晶性を発現し、一方、強誘電性は分子1が97%以上でのみ観測された。よって、分子S-2の僅かな添加が分子1の強誘電性を消失させ、分子1のある閾値以上の会合体を形成が強誘電性の発現に重要である事が判明し、会合数の制御による強誘電性の制御に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
「光を用いた強誘電体から半導体への制御」に係わる本研究は、当初の計画以上に進展している。本年度は、ピレン誘導体の光物性に関する研究に主眼を置き、報告者自身のアイデアで分子設計を行った、キラル分岐アルキルアミド置換ピレン誘導体を新規に合成し、これらの発光特性と超分子構造に関する研究を展開した。円偏光発光測定・蛍光寿命測定・CDスペクトク測定・蒸気圧式絶対分子量測定装置などの共同研究を展開し、らせん超分子構造の制御によるエキシマー発光や円偏光発光(CPL)などの制御に成功している。以上の研究から、発光特性と超分子構造の相関を解明し、水素結合型超分子構造に起因する強誘電性を光によって制御できる可能性を見出した。
バルク状態における物性評価では、超分子構造の会合数が強誘電性の発現に大きな影響を及ぼす事を見出し、会合数の制御による強誘電性の制御に成功している。超分子の会合数と強誘電性の相関に言及した研究は皆無であり、今後、ミクロとマクロを繋ぐ物性の理解に重要な結果を与えると期待できる。
また、上記の研究は、分子科学討論会・日本化学会春季年会・日本化学会「低次元系光機能材料研究会」第５回サマーセミナーなどの国内学会で5件、ICSM2016・ICCC2016などの国際学会で6件の発表を行った。また、日本化学会「低次元系光機能材料研究会」第５回サマーセミナーにおいて優秀講演賞を受賞している。
以上の理由から、研究は大きく進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度の研究では、本年度の研究成果を元に、発光特性と強誘電性を併せ持つ超分子構造に着目し、「光を用いた強誘電体から半導体への制御」を可能とする新規化合物の分子設計および合成を試みる。初めに、ベンゼンやピレンの様な、剛直かつ対称性の高いπ電子系にアルキルアミド基を導入した場合でのみ、アルキルアミド基の回転に由来する強誘電性が発現するかを調査する。剛直性や対称性を欠いた分子にアルキルアミド基を導入した新規化合物を設計し、それらの強誘電物性の発現などに関する評価を行う。具体的には、ヘリセンの様な非平面π電子化合物に、アルキルアミド基を導入し、これの相転移現象・液晶性および強誘電性の評価を行う。また、ヘリセン誘導体は発光特性を示すと考えられる、強誘電性との相関についての研究も展開する。これらの研究から、導電性発現に必要となるπ電子骨格の選択肢が拡張し、今後の分子系の発展が期待できる。上記の検討を元に、光伝導性の発現が期待できるπ電子系化合物にアルキルアミド基を導入することで、「光を用いた強誘電体から半導体への制御」を可能とする新規化合物の作製を試みる。また、国際学会および国内学会に積極的に参加し、情報収集および成果発表を行う。
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