2021 Fiscal Year Annual Research Report
非平衡な[1]ロタキサン型熱/力学センサ分子の開発とそれによる材料内イメージング
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21J14199
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
宮岸 拓路 東京大学, 総合文化研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2023-03-31
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| Keywords | シクロデキストリン / 連結型ロタキサン構造 / 蛍光材料 / 凝集誘起発光増強 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では非平衡な[1]ロタキサン型センサ分子の開発を志向しており、令和3年度の研究計画は超分子構造の変化を発光特性に変換する分子の創製である。この目的を達成するために、凝集誘起発光(AIE)特性を有する色素と、ソルバトフルオロクロミズムを示す色素の包接/非包接体をそれぞれ合成し、その発光特性を議論した。
AIE特性を有することで知られるテトラフェニルエチレン(TPE)は、励起状態における分子運動が原因で無輻射失活が速く、溶液における蛍光量子収率が低いことが知られている。ここでは、蛍光量子収率を向上させるため、TPEに対して完全メチル化αシクロデキストリン(PM α-CD)からなる[1]ロタキサン構造を導入することで分子運動を抑制することを目指した。結果として、[1]ロタキサン構造の導入によりTPE骨格が剛直化することで無輻射失活が遅くなり、蛍光量子収率が最大で15倍程度向上することが明らかとなった。さらに、[1]ロタキサン構造の導入が溶解性や光耐性なども向上させることも合わせて明らかにした。
以上に加えて、ソルバトフルオロクロミズムを示すドナー-ブリッジ-アクセプター分子の包接/非包接体を合成し、その発光波長を比較することで発光特性に対する[1]ロタキサン構造の影響を定量的に評価した。その結果、この分子では超分子構造の変化に伴って発光波長が変化していくことが明らかとなった。また、包接/非包接体間の変換が遅いことを利用してそれぞれの超分子異性体を単離し、その光物性を比較することで励起状態のブリッジ部位に対する溶媒和を定量化することにも成功した。その結果、特にハロゲン系溶媒において強い溶媒和が形成され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
本年度は、完全メチル化αシクロデキストリンとフェニルアセチレンからなる[1]ロタキサン構造の包接/脱包接現象を発光特性変化に繋げることを目標としており、複数の戦略に基づいてこの課題に取り組んだ。まず、包接/脱包接による蛍光のオン-オフを志向して、テトラフェニルエチレン部位を持つ[1]ロタキサンを合成した。結果として当初の狙い通り、この分子は包接によって15倍程度発光効率が向上することが明らかとなった。さらに、包接/脱包接を蛍光色の変化に繋げるためにドナー-ブリッジ-アクセプター構造を有する[1]ロタキサンを合成し、この分子が包接構造の変化に伴って蛍光スペクトルが変化することを明らかにした。以上のように、当初の目標を2つの異なる戦略に基づいて達成することができたため、本研究計画は順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、本年度得られた[1]ロタキサン型色素の包接現象を熱刺激や力学刺激と連動させることで、センサ材料として応用することを目指す。熱刺激に関しては既に予備的なデータが得られているため、まずは熱刺激を記憶するセンサ分子の開発を試みる。力学刺激についても、特に本年度得られたソルバトフルオロクロミズム型の色素を利用して、力学刺激を後から検出する分子の実現を目指す。
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