プロトン結合スピン転移を基盤とする電場・光応答性多核錯体の開発

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K14658
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 中西 匠 九州大学, 先導物質化学研究所, 学術研究員 (40836425)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: プロトン移動 / スピン転移 / 遷移金属錯体 / 電場応答 / 光応答

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、電場による物性制御が可能な分子性物質の開拓を目的に、プロトン移動とスピン転移が連動して発現する錯体（プロトン結合スピン転移錯体）の開発を行った。特に、近年報告された電場により分子間プロトン移動を発現することが示唆されている分子性物質の設計を参考に、分子間水素結合を形成すると共にスピン転移と連動して分子間プロトン移動を発現する鉄二価スピン転移錯体の開発を行った。
プロトンドナー部位を有する三座配位子を開発し、この配位子を用いた鉄二価錯体が熱および光誘起スピン転移現象と光誘起スピン転移状態がトラップされるLIESST現象(Light Induced Excited Spin State Trapping)を発現することを磁化率測定により明らかにした。またこの錯体と種々の有機酸との共結晶化を検討した結果、鉄錯体と有機酸との間で分子間水素結合が形成されることを確認した。さらに有機酸の酸性度を置換基により調整することで錯体と有機酸との間に短い分子間水素結合を形成させ、その錯体の単結晶を作成し単結晶X線構造解析を行った結果、スピン転移に伴う分子間プロトン移動の発現を示唆する特徴的な構造変化および水素由来の電子密度の位置の変化が観測された。
現在、スピン転移に伴うプロトン位置の変化について単結晶中性子回折測定による詳細な解析を行うと共に、光誘起スピン転移と連動した分子間プロトン移動の発現や、分子間水素結合を形成したスピン転移錯体におけるプロトン移動の電場応答性について検討を行う予定である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

分子間水素結合を形成する鉄二価スピン転移錯体を構築可能な新たな配位子を設計することが出来たため。プロトン化状態の電場による制御について報告されている物質は主に分子間水素結合におけるプロトン移動を示していることから、分子間水素結合の形成および分子間プロトン移動を発現するスピン転移錯体の開発はスピン状態の電場応答を実現する上で重要であると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

得られた分子間プロトン移動の発現が示唆される錯体の詳細な構造解析を進めると共に、プロトン化状態およびスピン状態に対する電場応答性の検討を行う。

Causes of Carryover

新たに開発した錯体が低温下および光照射後の磁性および構造に関して興味深い挙動を示したため、それらの詳細な解析に時間を要しており、年度内に予定していた合成および実験を次年度に行う運びとなったため、予算が余る結果となった。この予算は次年度における合成の際に用いる試薬の購入および物質の構造、物性測定の際の消耗品、冷媒の購入に充てる予定である。