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2021 Fiscal Year Research-status Report

分子構造とダイナミクスに立脚したサーモサリエント結晶の創製と機能開拓

Research Project

Project/Area Number 20K05442
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

武田 貴志  東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (80625038)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywordsサーモサリエント効果 / 分子運動 / 結晶構造
Outline of Annual Research Achievements

本研究は外部熱に対して力学的応答を示す「サーモサリエント結晶」の合理的な分子設計指針の確立と機能開拓を目的としている。異方的な運動性を有する分子を適切に集積させることで、サーモサリエント結晶を合理的に創製できることを実験的に示すことを目指している。その実現のためには、どの程度の運動性、およびどのような分子形状・異方性を有する分子がサーモサリエント効果を発現するのか、明らかにする必要がある。研究代表者が見出しているサーモサリエント結晶を研究出発物質として、類似の構造を有しながらも分子の運動自由度や分子の形が異なる化合物を系統的に調査することで、上記の問いを実験的に解明することを計画した。
本年度は昨年度の結果を踏まえ、さらに大きくひずんだ分子構造を有するジブロモメチレン基を有するキノン化合物に着目し検討を行った。この化合物の温度可変単結晶X線構造解析の結果、ユニットセルの異方的な伸縮が確かめられた。これはサーモサリエント効果を示す必要条件を満たしている。今後、この結晶のサーモサリエント効果を詳細に検証する。
研究出発物質と本研究課題でこれまで検証を行ってきた化合物は分子の基本構造や対称性が同じものを用いてきた。分子構造を変え対称性を変化させることで、結晶中の集積や分子運動が変化し結晶の挙動が変わると考えられる。類似の構造を有し、折れ曲がりユニットの数が異なる化合物を合成し、その結晶構造解析、熱物性を調査した。その結果、分子の集積様式が大きく異なる一方で、ユニットセルの異方的な伸縮が確かめられた。このことは分子設計に基づいたサーモサリエント結晶創製の可能性を示す結果といえる。一方で、この系においては加熱で結晶の質が劣化する様子が確かめられた。現在サーモサリエント効果の検証を行っている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究出発物質と比較して「分子の運動自由度」と「分子形状」が異なる分子でサーモサリエント効果を示す物質を複数発見することができた。分子集合構造が異なるものでも異方的なユニットセルの伸縮が観測される物質も発見できている。これらの結果は、分子設計による、サーモサリエント結晶創製の可能性を示す重要な成果といえる。このことより本研究課題が順調に進行していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

これまでに見出している、異方的なユニットセルの伸縮が観測される結晶を用いてサーモサリエント効果を詳細に検証する。これまでに得ている成果を学会・論文発表にて公表する。これまでに検討を行ってきた折れ曲がり分子と異なる構造を有する系についても検討を行っう。

Causes of Carryover

コロナ禍による学会のオンライン化および出張制限により、計画していた成果発表旅費の執行が不可能となった。本年度購入予定としていた物品が、他プロジェクト経費により措置されたことにより購入を見合わせた。このため次年度使用額が生じた。次年度使用額については本研究に係る合成試薬類・測定備品購入および成果発表経費として使用する計画である。

  • Research Products

    (14 results)

All 2022 2021

All Journal Article (10 results) (of which Peer Reviewed: 10 results,  Open Access: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Simple Molecular Ferroelectrics: N,N′-Dialkylterephthalamide Derivatives in the Solid Phase2022

    • Author(s)
      Moeko Kawana, Ryohei Mizoue, Takashi Takeda, Norihisa Hoshino, Tomoyuki Akutagawa
    • Journal Title

      Journal of Materials Chemistry C

      Volume: 10 Pages: 4208~4217

    • DOI

      10.1039/d1tc05001j

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ferroelectrics Coupled with Unidirectional Rotation in Liquid Crystals2022

    • Author(s)
      Jianyun Wu, Takashi Takeda, Norihisa Hoshino, Tomoyuki Akutagawa
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 126 Pages: 3864~3871

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.1c10313

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fluorescent Molecular Glass Based on Hexadehydrotribenzo[12]annulene2021

    • Author(s)
      Yotaro Kasahara, Ichiro Hisaki, Tomoyuki Akutagawa, Takashi Takeda
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 57 Pages: 5374~5377

    • DOI

      10.1039/d1cc01356d

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effective Na+ Binding Ability and Molecular Assembly of an Alkylamide-Substituted Penta(ethylene)glycol Derivative2021

    • Author(s)
      Shinya Seto, Takashi Takeda, Norihisa Hoshino, Tomoyuki Akutagawa
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry B

      Volume: 125 Pages: 6349~6358

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.1c03188

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Color-Tunable Arylaminoanthraquinone Dyes through Hydrogen-Bond-Assisted Charge Transfer Interaction2021

    • Author(s)
      Takashi Takeda, Yotaro Kasahara, Tomoyuki Akutagawa
    • Journal Title

      RSC Advances

      Volume: 11 Pages: 24217~24231

    • DOI

      10.1039/d1ra03985g

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Dynamics of Proton, Ion, Molecule, and Crystal Lattice in Functional Molecular Assemblies2021

    • Author(s)
      Tomoyuki Akutagawa, Takashi Takeda, Norihisa Hoshino
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 57 Pages: 8378~8401

    • DOI

      10.1039/d1cc01586a

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ferroelectricity of Hydrogen-Bonded Azobenzene Derivatives2021

    • Author(s)
      Jianyu Wu, Qingyang Zhu, Takashi Takeda, Norihisa Hoshino, Tomoyuki Akutagawa
    • Journal Title

      ACS Applied Electronic Materials

      Volume: 3 Pages: 3521~3529

    • DOI

      10.1021/acsaelm.1c00462

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ion Polarisation-Assisted Hydrogen-Bonded Ferroelectrics in Liquid Crystalline Domains2021

    • Author(s)
      Guohao Yuan, Yuko Kimura, Takayuki Kobayashi, Takashi Takeda, Norihisa Hoshino, Tomoyuki Akutagawa
    • Journal Title

      Chemical Science

      Volume: 12 Pages: 13520~13529

    • DOI

      10.1039/d1sc03301h

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Crystal Structures and Physical Properties of (M+)(Crown Ethers)x(TCNQ)y Salts with M+ = Li+, Na+, K+, Rb+, and Cs+2021

    • Author(s)
      Kohei Sambe, Norihisa Hoshino, Takashi Takeda, Takayoshi Nakamura, Tomoyuki Akutagawa
    • Journal Title

      Crystal Growth & Design

      Volume: 21 Pages: 5928~5942

    • DOI

      10.1021/acs.cgd.1c00812

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electrostatic versus van der Waals Interactions in an n-Type Semiconducting Dianionic Naphthalenediimide Derivative with CnH2n+1NH3+ (n = 1-16)2021

    • Author(s)
      Ayumi Kawasaki, Takashi Takeda, Norihisa Hoshino, Wakana Matsuda, Shu Seki, Tomoyuki Akutagawa
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 125 Pages: 21595~21606

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.1c05176

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] N,N',N''-(ベンゼン-1,3,5-トリイル)-トリペンタデカンアミドの分子集合構造と物性2022

    • Author(s)
      武田 貴志、芥川 智行
    • Organizer
      日本化学会第102春季年会
  • [Presentation] 有機化合物の分子運動に立脚した機能性材料開発2021

    • Author(s)
      武田 貴志
    • Organizer
      第8回慶應有機化学若手シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] Jumping Crystal of a Hydrogen-Bonded Organic Framework Induced by the Collective Molecular Motion of a Twisted pi System2021

    • Author(s)
      Takashi Takeda, Tomoyuki Akutagawa
    • Organizer
      2021 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hydrogen-Bonded Assemblies of Twisted Tetra[3,4]thienylene Tetracarboxylic Acid with Selective Solvent Sorption2021

    • Author(s)
      Takashi Takeda, Tomoyuki Akutagawa
    • Organizer
      2021 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2022-12-28  

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