熱応答性メカニカル結晶の合理的設計と機能スイッチ

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Soft Crystals: Science and Photofunctions of Easy-Responsive Systems with Felxibility and Higher-Ordering
• Project/Area Number: 18H04505
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 金原 数 東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (30282578)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 相転移 / 結晶多形 / メカニカル応答 / ポリエチレングリコール / 大環状化合物

Outline of Annual Research Achievements

これまで熱メカニカル応答を示す単結晶を与えた分子をもとに，その分子構造を単純化した大環状両親媒性分子，para-1, meta-1を設計・合成し、その熱応答挙動を調べた。まずpara-1については，昇温，降温のいずれの過程においても，単一の相転移を示すことが分かった。さらに詳細な検討の結果，para-2は結晶相とネマチック液晶相との間での熱相転移を起こし，比較的単純な熱応答性を示すことがわかった。また，X線結晶構造解析により分子のコンホメーションを調べたところ，二つの芳香環部は分子内でほぼ直交した位置関係にあり，熱メカニカル機能を示した化合物とは異なるコンホメーションをとっていることがわかった。一方，meta-2については，等方相の状態から得られる球晶を加熱すると，99 ℃付近で発熱的に相転移することが分かった。さらに加熱を続けたところ，吸熱的に結晶相からネマチック相へ相転移することが分かった。さらに加熱を続けたところ，181℃において等方相へと相転移した。さらに高温側の結晶相を冷却すると，そのまま構造が保持されるというヒステリシス的な相転移挙動を示すことがわかった。これらの結果から，熱メカニカル応答を示す分子構造としては，単分散オリゴエチレングリコールを主骨格に含む大環状構造であることに加え，ある程度対称性の低いものの方が適していることが示唆された。今後の分子設計指針となる知見を得ることができた。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。