2021 Fiscal Year Research-status Report
Novel liquid crystalline compounds: the phase transition mechanism of calamitic-discotic bimesomorphism
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19K05630
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
清水 洋 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 特任教授 (40357223)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
河合 壯 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (40221197)
内田 欣吾 龍谷大学, 理工学部, 教授 (70213436)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | π-π相互作用 / 異方的分子間力 / カラムナー相 / スメクチック相 / 双液晶性 / 光誘起双液晶性 / アゾベンゼン / トリフェニレン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和２年度までは、我々が見出した世界初のカラミチック液晶性とディスコチック液晶性を単一化合物種で示すトリフェニレンのヘキサテトラデシロキシアゾベンゼンエステル誘導体についてSmA相とColr相間の相転移メカニズムの概要を明らかにするとともに、そのアルキル同族体についても配向セルを用いた高輝度X線散乱測定によりスメクチック層状構造形成を担うアルコキシアゾベンゼンユニットとカラム構造形成を担うトリフェニレンユニットのそれぞれの分子間相互作用のバランスがこの双液晶性発現にとって重要であり、それに基づきアルキル鎖長依存性のメカニズムも考察できた。一方、この化合物のもう一つの特徴である等温光相転移での双液晶性の発現については、配向試料を用いた紫外光照射下でのGI-SAXS測定により、紫外光照射により生成する微量のアゾベンゼンユニットのcis体がスメクチック層状構造を明確に不安定化させることを見出した。これらの結果を踏まえて、令和３年度はエステル誘導体の双液晶性の相転移メカニズムの再現性を確認するとともに、DFT法を用いた分子コンフォーメーションのエネルギー的検討を実施し、理論的にもそのメカニズムが正しいことの示唆的結果を得た。しかし、一方で、実験に基づくスメクチック層状構造中の分子コンフォーメーションの解釈に二通りが可能なことが示された。また、紫外光照射下のGI-SAXS測定の結果を基にさらに等温光誘起双液晶性相転移の実態解明へと進めるために重要な異方的な散乱パターンを得る条件を確立できた。一方、エステル結合をエーテル結合に変えた誘導体の液晶相転移については、その多くが多様な液晶相を示すことを明らかにしてきたが、令和３年度はその詳細について配向セルを用いた高輝度X線散乱測定を実施した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
昨年度に引き続きコロナ禍にあって、SPring-8等での共同実験に関する研究分担者との十分な打合せが難しい時期があったこと、本研究に関係する学生諸君の実験、討論における動態にも変化が見られ平素の研究実施ペースは鈍化した状況のまま推移せざるを得なかった。その結果として当初計画していた双液晶性のメカニズム解明は現在完結できておらず、いくつかの課題を残している。この現状から、当初計画では本課題の実施最終年度を令和３年度としていたところ一年の延長を申請し、承認されたのでさらに令和４年度も引き続き本課題の研究を実施する。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和４年度は、（１）エステル誘導体についてはスメクチック相における分子の真のコンフォーメーションを、DFT計算を中心に検討しX線散乱の結果との整合性を基に確定する。また、可能であれば高速AFMを用いたナノスケールでの相転移の実際を動画データとして得ることを実施したい。（２）エステル誘導体の等温光誘起双液晶性相転移の実態解明を光強度可変条件でGI-SAXS法を用いて解明し、熱相転移とメカニズム上の相違を明らかにする。（３）エーテル誘導体の多様な液晶相発現についてさらに良質の配向試料作成法の確立を行い、多様性の実態を解明、トリフェニレン部位とアゾベンゼン部位の結合基の液晶相転移における役割を明らかにする。以上を通して、金属ナノロッド等のナノサイズオブジェクトとの混合系での新たな相転移制御とその機能物性応用に向けた研究に着手、最終的には新規機能材料としてのポテンシャル解明に繋げたい。
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| Causes of Carryover |
国際会議等での成果発表がコロナ禍の影響で大会延期となるなど、それらを通して得られる最新の関連情報の入手等も含めて十分に活動できておらず計画予算の有効執行が十分にできなかった。これにより研究進捗の遅れにも対応すべく一年の期間延長申請を行い、承認されたところとなっている。残予算については、令和４年度予定されている少なくとも２回のSPring-8での実験に係る旅費やその際に用いる配向セル材料の購入に加え、量的に不足している測定用の化合物の追加合成を行う費用、世界最大の液晶に関する国際会議が対面で欧州開催されるのでその参加費、渡航費等旅費並びに準備している少なくとも３報の論文発表の英文校閲の費用に用いる予定にしている。
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