2018 Fiscal Year Annual Research Report
柔軟な発光団を基盤とした張力プローブ分子群の開発と可視化技術への展開
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18J22477
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
小谷 亮太 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | 蛍光分子 / 可視化技術 / 応力集中 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ポリマー材料の延伸に伴う力学負荷の可視化を行うために、引っ張りに応答する蛍光分子の設計・合成を行なった。
当該年度において、V字型と平面型の間を可逆にコンフォメーション変化し、それに伴って蛍光変化を示す独自の分子群（FLAP）を合成し、それらをポリマーに導入することで、ポリマーの力学的負荷に伴う蛍光変化について調査した。その際、蛍光分子FLAPをポリマーに導入させる位置、つまりポリマーの主鎖（ポリマーを形成する鎖）か架橋点（ポリマー鎖をつなぐ結合点）のいずれかに導入することで、延伸に伴う力学的負荷の違いを評価した。実際にポリマーの引っ張りに伴う力学試験と蛍光スペクトル変化を同時測定することで、当初の狙い通り、蛍光分子FLAPがV字から平面形へと変化した時の蛍光変化に対応するスペクトル変化を示した。この時の変化量からポリマーの延伸に伴う力学的負荷は、架橋点により多く集中することを実験的に始めて実証することに成功し、当該研究独自の蛍光分子FLAPの有用性を示したと言える。
また当該年度において、蛍光分子FLAPのライブラリ化にも取り組んだ。現在上記FLAP分子はV字型で青色、平面型で緑色の蛍光色を示すが、今後様々な環境下における光・力学応答を志向すべく、新たなFLAP分子群の合成を行なった。従来までのFLAP分子はその骨格に炭素８個の八員環からなる柔軟な部位を有しているが、これを炭素6個、酸素１個の七員環へと変換し、それに伴う分子の吸収・蛍光（分子の色）特性を明らかにした。今回合成した7員環を含む分子は従来のFLAPの基本骨格となるだけでなく、合成の容易さから一連の研究をさらに加速させるものになると考えている。
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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
研究実績にも示したように、我々が独自に開発した、V字型と平面型の間を可逆にコンフォメーション変化し、それに伴って蛍光変化を示す分子群（FLAP）を用いることで、ポリマー材料の延伸に伴う負荷を定量化することができたため、当初の研究計画以上に進展したと評価している。特に、ポリマーの構造の違いに着目して力学負荷の違いを実験的に評価できたことは当該研究における分子の有用性を実証できたと考えられる。
現在得られている力学応答分子FLAPは青色と緑色との間で蛍光変化を示し、その時の変化に要するエネルギーは一意に決まっている。このことから分子設計をさらに見直し、様々な環境下に適応したFLAP分子群の合成に着手した。上記研究業績にも示したように、新規七員環を含む化合物群はその合成の容易さ、環境応答性などの観点から優れた機能性材料のプラットフォームとして期待される。このような七員環新規FLAP分子群は力学応答性だけでなく、吸収・蛍光（分子の色）特性や、芳香族性（特定の分子がもつ安定化効果）の観点から研究を展開し、計算化学や理論のアプローチから、その基礎化学的な物性を評価することができた。
このように、一連のFLAP分子群を用いることで、光化学が関与する芳香族性のような基礎化学の面だけでなく、ポリマーの力学負荷の可視化といった材料（応用）化学の観点からも研究を遂行でき、計画が大いに進展した結果といえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで、ポリマーの力学負荷に伴う力の可視化を独自に開発した蛍光分子FLAPを用いることで達成できた。しかし、計算化学や理論の観点からのサポートが不可欠である。これについては、既に共同研究を開始しており、FLAP分子を組み込んだポリマーの延伸シミュレーションを行なっている。一方で、ポリマーのバルク（マクロ）の視点だけでなく、量子化学計算（１分子の計算）を行い、これらを組み合わせることで、ポリマーの力学負荷におけるミクロとマクロとをつなぐ化学の解明に取り掛かる。
新規FLAP分子群の設計・合成に関しては、上述した七員環FLAP分子を中心にさらなる合成検討を重ねることで、従来のFLAP分子の新たなプラットフォームとしての機能を見出す。また芳香族性の観点からも注目を集めている一連の分子群について量子化学計算、光化学特性（吸収・蛍光）、理論を含め、包括的に研究を進めていく予定である。特に理論、計算化学については、海外研究者との共同研究を開始している。
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Research Products
(6 results)
