Radical Dissociative Fast Photochromism of Imidazole Dimer Bridged by Helical Aromatic Unit

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K14659
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 32020:Functional solid state chemistry-related
• Research Institution: Osaka Metropolitan University
• Principal Investigator: Mutoh Katsuya 大阪公立大学, 大学院理学研究科, 講師 (10760605)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: フォトクロミズム / ラジカル / キラリティ / ヘリセン

Outline of Final Research Achievements

We achieved the fast photochromic reactions and the reversible photo-generation of biradical species using helicene-bridged imidazole dimers. [9]helicene-bridged imidazole dimer exhibits the reversible photochromism upon UV light irradiation. The characteristic fine structure originating from a triplet radical pair was observed by the ESR spectroscopy, indicating the reversible generation of the biradical. The half-life of thermal recombination reaction of the biradical was estimated to be 29 ms at 298 K. In contrast, a large reaction barrier for the intramolecular recombination reaction was suggested for the [7]helicene-bridged imidazole dimer, attributed to the large pitch length of [7]helicene. The temperature dependence of the thermal back reactions indicated the [7]helicene and [9]helicene moieties worked as “soft” and “hard” molecular bridges, respective-ly.

Free Research Field

機能物性化学、光化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

有機ビラジカルは、化学結合の形成や自然界における地磁気の認識に関わっているだけでなく、分子磁性材料を開発する上でも重要である。近年、磁場の向きとキラリティに依存してスピンの選択性を生み出す例として、らせんキラリティが注目されている。しかし、らせん型有機ビラジカルの電子スピン状態については報告例が少なく、適切な分子設計指針は得られていない。本研究では、光照射により可逆的にビラジカルを生成するフォトクロミック分子に、らせんキラリティを有するヘリセンを導入することで、ラジカル解離型フォトクロミック分子を創生し、キラル磁性スイッチの足掛かりとなる分子設計指針を確立することが出来た。