2022 Fiscal Year Annual Research Report
π共役系の切断と劇的な構造変化を引き起こす光応答性材料の開発
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21J20973
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
稲葉 佑哉 北海道大学, 大学院総合化学院, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2024-03-31
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| Keywords | ひずみ分子 / マクロサイクル / 環拡大反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、光刺激によって劇的な構造変化とそれに伴った物性変化を引き起こす光応答性材料の開発を目指している。研究計画に従い、光による構造変化が起こる素子に対して官能基導入を試みたが良好な結果は得られていない。その一方で、昨年度発見した酸による環拡大反応を引き起こすひずんだマクロサイクルについて、類縁体合成を行うことでその反応機構や適用範囲について明らかにすることに成功した。このマクロサイクルはcalix[3]pyrroleと呼ばれるピロール3つが炭素架橋によって環状につながった分子であり、酸によって環サイズが二倍のcalix[6]pyrroleへと変換される。このマクロ最kルウのピロールをフランに置き換えることでひずみの大きさを変化させることができ、反応性を制御することが可能であることを明らかにした。また、マクロサイクルが環開裂を起こした鎖状の分子を単離することにも成功しており、環拡大反応が鎖状の中間体を経由して進行していることも明らかにした。加えて、ピロール、フラン、チオフェンからなる類縁体も同様に環拡大反応を引き起こすが、その際には環サイズが二倍の生成物に加えてより環サイズの大きな生成物がみつかり、最大で四倍の環サイズ（芳香環12個）のマクロサイクルの単離および構造解析にも成功した。
この劇的な分子サイズの変化を起こす反応はひずみを駆動力としており、光応答性素子との組み合わせによってひずみを駆動力に、光の刺激によって劇的な構造変化をおこす材料の開発につながると考えられる。今後は光応答性を有するひずんだマクロサイクル合成とその反応による劇的な構造、物性変化を試みていく。
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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
当初計画していた光応答性素子を用いた材料の開発には至っていないが、その一方で酸によって環サイズを二倍にすることができるマクロサイクルを発見し、その反応性や機構を解明することができた。この環拡大反応においても反応前後で劇的な構造変化が起こっており、それによってアニオン捕捉能などの物性に大きな変化が起こることが見出されている。構造変化や物性変化の機構は当初予定していた反応とは大きく異なるものの、この反応を利用することで劇的な構造、物性の変化を起こす材料の開発に期待が持てる。この観点において、その反応機構や適用範囲などについて詳細に検討を行い、また応用の可能性を示すことができたという点で、おおむね順調に進行していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、これまでに発見、検討してきたひずみを駆動力とした環拡大反応を利用した劇的な物性変化を起こす材料への展開を行なっていく。また、当初用いる予定であった光応答性素子と今回発見したひずんだマクロサイクルの合成法を組み合わせることで、新たな光応答性モチーフの開発にも着手していく。合成法や基本的な反応性、刺激応答性を検討した上で、劇的な構造変化を引き起こす光応答性材料の設計、構築を行なっていく。
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