2021 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of Novel N-Confused Metallo-porphyrinoid System
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20H00406
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
古田 弘幸 九州大学, 工学研究院, 教授 (40244157)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石田 真敏 九州大学, 工学研究院, 助教 (60706951)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ポルフィリン異性体 / 光触媒 / 近赤外光 / 金属錯体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、研究代表者が独自に展開している「N-混乱ポルフィリン（NCP)」と呼ぶ反転ピロール環を含有する異種ポルフィリンの化学を基盤として、金属配位可能な多様なN-混乱ポルフィリノイド化合物の基本光・電子・磁気物性などを包括的に検討することで、多機能性（多電子授受能、触媒能、光熱変換能など）の発現を目指した分子材料の開発を目的としている。
研究計画２年度は、前年度に達成した水の光分解触媒のさらなる高効率化を目指して、表面に修飾する光増感色素のさらなる近赤外光の捕集能を有する色素の探索を行い、NCPから波長1000 nm程度まで光吸収するN-フューズポルフィリン（NFP）が光増感機能を示すことを見出した。
光触媒以外にも、光安定性の高いNFP誘導体の金属配位を鍵とする、特異な酸化的環切断反応を見出した。ポルフィリン環の分解機構の理解解明のみならず、NFPを基盤とした新たなπ共役電子材料への展開へとつながる結果である。
さらに、NCPのさらなる環拡張修飾によって得られる二重N-混乱ヘキサフィリンの異方的なπ拡張修飾により、第二近赤外（NIR-II)光吸収帯の波長シフトとともにモル吸光係数の増大を達成し、光音響イメージングにおける信号強度の増強に寄与することを見出した。このほか、NCP誘導体の架橋二量体においてNIR-IIの吸収帯の強度がNCP部位への金属配位によって大きく制御できることも見出した。特に色素含有の水溶性ナノ粒子において、NIR-II光照射によって高い光熱変換能を有することを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、特異な金属配位環境を提供するN-混乱ポルフィリンおよびそれら類縁体を活用する種々の機能性色素・触媒材料の創製を目指しており、計画２年度において、金属NCP誘導体だけなく、さらなる低エネルギー光領域のエネルギー利用を目指した光触媒的水分解系の構築につながる重要な成果が得られたと考えている。またバイオ応用を指向したNIR-II光吸収特性の改善に向けて、独自のπ拡張色素の構造修飾に成功し、自在な光応答波長を制御した色素ライブラリの構築を見越した成果が得られている。これらの豊富なレドックス活性を示す配位子群は新たなスィッチング材料として有望であり、おおむね順調に計画が進展していると評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
計画２年度において、NFPと呼ばれるNIR-II光吸収可能な小分子色素を用いた光触媒的水分解反応や、NIR-II光音響イメージング造影剤のさらなる改良誘導体の開発に成功したため、次年度以降、光安定性の高いNCP・NFP金属錯体類を用いたZ-スキーム型反応機構の解明により、最適色素増感剤の探索を目指す。さらにセラノティクス応用を指向した光音響イメージングと光熱変換治療を達成する生体適合性の高い色素群の開発を行う。特に分子骨格の剛直性および柔軟性と機能との相関解明により、高機能性色素の開発を目指す予定である。これらの特異な配位子群と金属イオンとの組み合わせでできる新たな磁性材料への展開を行う。
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