2022 Fiscal Year Annual Research 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
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20K05442
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
武田 貴志 東北大学, 多元物質科学研究所, 講師 (80625038)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | サーモサリエント効果 / 折れ曲がり構造 / 分子集合体 / 結晶構造解析 |
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| 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た。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た。
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った。研究代表者がこれまでに見出していた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。
研究出発物質よりさらに大きく折れ曲がっている構造を有するジシアノメチレン基やジブロモメチレン基が導入されたキノン化合物が、サーモサリエント効果を示すことを見出した。温度可変単結晶Ｘ線構造解析の結果、これらの化合物は加熱により、分子の折れ曲がり角が可逆に変化し、それに対応するようにユニットセルの異方的伸縮が起きることが確かめられ、分子の熱運動がサーモサリエント効果を誘起するということが示唆された。サーモサリエント効果を示した分子の中で、対称性の高いキノン化合物では構造相転移が観測されなかった一方で、対称性を低下させたキノン化合物では構造相転移が観測され、異なるメカニズムでサーモサリエント効果が発現されることが示唆された。分子の構造・集積の観点に立ち、サーモサリエント結晶を合理的に創製するための指針を得ることができた。
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