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シクロファン型超分子メカノフォアの開拓と高分子材料への応用展開

Research Project

Project/Area Number 18H02024
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 35020:Polymer materials-related
Research InstitutionTokyo Institute of Technology (2020-2021)
Hokkaido University (2018-2019)

Principal Investigator

相良 剛光  東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (60767292)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) キム ユナ  北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (00648131)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2018: ¥10,530,000 (Direct Cost: ¥8,100,000、Indirect Cost: ¥2,430,000)
Keywordsメカノフォア / 超分子 / シクロファン / 刺激応答性発光材料 / エラストマー / 機械的刺激応答性発光材料 / ポリウレタン / 超分子化学
Outline of Annual Research Achievements

本研究では蛍光団と消光団を一つづつ持つシクロファン型メカノフォアの創製を目指した。得られたメカノフォアを高分子に共有結合を介して導入し、機械的刺激に応じて生じる発光特性変化を精査すると共に、新しい機械的刺激応答性発光材料を開発した。
本年度は、前年度までに得られたシクロファン型メカノフォアの蛍光特性を溶液中、およびポリウレタン中で精査した。前年度までは、ポリウレタンに導入して製膜した後に観察されていた黄色~橙色の蛍光色をエキシプレックス蛍光によるものと推定していた。しかし、本年度、詳細に検討を行った結果、観察された初期状態の蛍光はエキシプレックスではなく、電荷移動錯体からの蛍光であることが明らかとなった。さらに、若干のモノマー蛍光が初期状態においても寄与していることが分かった。フィルムを延伸するとモノマー蛍光の強度が上昇し、青色の蛍光が観察されるようになった。すなわち、本メカノフォアの動作機構はCT錯体蛍光⇔モノマー蛍光のスイッチであることが確認できた。この蛍光色変化は瞬時かつ可逆的であり、3Hz以上の比較的早いサイクルでの伸縮試験においても明確な蛍光色変化が観察され、少なくとも100回以上は良好な繰り返し応答性があることが明らかとなり、超分子メカノフォアの長所が改めて示されたと言える。また、応力・ひずみ曲線と蛍光強度比を同時にプロットすると、その蛍光特性変化はフィルムが受ける歪みよりも応力に相関があることが明らかとなった。これは、ひずみとより強い相関を示した、エキシマー⇔モノマー蛍光スイッチを動作機構とするシクロファン型超分子メカノフォアとは大きく異なる点である。加えて、蛍光団を変更しても同様の挙動が観察される一方で、環のサイズを変更すると、CT錯体からの蛍光とモノマー蛍光の強度比が変化することも明らかとなった。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(25 results)

All 2022 2021 2020 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 3 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 5 results) Remarks (2 results)

  • [Int'l Joint Research] Adolphe Merkle Institute(スイス)

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  • [Journal Article] Crystal structure of a 1,6-bis(phenylethynyl)pyrene-based cyclophane that exhibits mechanochromic luminescence2021

    • Author(s)
      Shimizu Shohei、Thazhathethil Shakkeeb、Takahashi Kiyonori、Nakamura Takayoshi、Sagara Yoshimitsu
    • Journal Title

      Molecular Systems Design & Engineering

      Volume: 6 Pages: 1039-1046

    • DOI

      10.1039/d1me00131k

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  • [Journal Article] Rotaxane-Based Dual Function Mechanophores Exhibiting Reversible and Irreversible Responses2021

    • Author(s)
      Muramatsu Tatsuya、Okado Yuji、Traeger Hanna、Schrettl Stephen、Tamaoki Nobuyuki、Weder Christoph、Sagara Yoshimitsu
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 143 Pages: 9884-9892

    • DOI

      10.1021/jacs.1c03790

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      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Mechanically Responsive Luminescent Polymers Based on Supramolecular Cyclophane Mechanophores2021

    • Author(s)
      Sagara Yoshimitsu、Traeger Hanna、Li Jie、Okado Yuji、Schrettl Stephen、Tamaoki Nobuyuki、Weder Christoph
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 143 Pages: 5519-5525

    • DOI

      10.1021/jacs.1c01328

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      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Two-step mechanoresponsive luminescence and mechanical stimuli-induced release of small molecules exhibited by a luminescent cyclophane2021

    • Author(s)
      Sagara Yoshimitsu、Takahashi Kiyonori、Seki Atsushi、Muramatsu Tatsuya、Nakamura Takayoshi、Tamaoki Nobuyuki
    • Journal Title

      Journal of Materials Chemistry C

      Volume: 9 Pages: 1671-1677

    • DOI

      10.1039/d0tc04853d

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      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Crystal structure and thermoresponsive luminescence of a 9,10-bis(phenylethynyl)anthracene-based cyclophane2020

    • Author(s)
      Yoshimitsu Sagara, Kiyonori Takahashi,Takayoshi Nakamura, Nobuyuki Tamaoki
    • Journal Title

      Mol. Syst. Des. Eng.

      Volume: 1 Pages: 205-211

    • DOI

      10.1039/c9me00105k

    • NAID

      120006950868

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      2019 Annual Research Report
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  • [Journal Article] A 1,6-Diphenylpyrene-Based, Photoluminescent Cyclophane Showing a Nematic Liquid-Crystalline Phase at Room Temperature2019

    • Author(s)
      Sagara Yoshimitsu、Muramatsu Tatsuya、Tamaoki Nobuyuki
    • Journal Title

      Crystals

      Volume: 9 Pages: 92-92

    • DOI

      10.3390/cryst9020092

    • NAID

      120006711963

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  • [Journal Article] Linearly polarized photoluminescence from an asymmetric cyclophane showing thermo- and mechanoresponsive luminescence2018

    • Author(s)
      Sagara Yoshimitsu、Seki Atsushi、Kim Yuna、Tamaoki Nobuyuki
    • Journal Title

      Journal of Materials Chemistry C

      Volume: 6 Pages: 8453-8459

    • DOI

      10.1039/c8tc02919a

    • NAID

      120006713296

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    • Peer Reviewed
  • [Presentation] A Cyclophane-based Supramolecular Mechanophore that Shows Ratiometric Change in Emission Between Monomer and Exciplex2022

    • Author(s)
      Shakkeeb Thazhathethil, Nobuyuki Tamaoki, Yoshimitsu Sagara
    • Organizer
      日本化学会第102春季年会(2022)
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  • [Presentation] Supramolecular Mechanophores Working at Single Molecular Level2022

    • Author(s)
      Yoshimitsu Sagara
    • Organizer
      The 2nd International Workshop on Molecular Engine
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 1分子レベルで力を可視化する 超分子メカノフォア2021

    • Author(s)
      相良剛光
    • Organizer
      日本学術振興会 分子系の複合電子機能第181委員会 第36回研究会「有機材料の力学応答」
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      2021 Annual Research Report
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  • [Presentation] 1分子レベルで機能する超分子メカノフォア2021

    • Author(s)
      相良剛光
    • Organizer
      第42回光化学若手の会
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    • Invited
  • [Presentation] Supramolecular Mechanophores Working at Molecular Level2021

    • Author(s)
      Yoshimitsu Sagara
    • Organizer
      2021 Taiwan-Japan Bilateral Polymer Symposium
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 蛍光特性変化を示す超分子メカノフォア2021

    • Author(s)
      相良剛光
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      第30回ポリマー材料フォーラム
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  • [Presentation] Supramolecular mechanophores that work at single molecular level2021

    • Author(s)
      Yoshimitsu Sagara
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      Pacifichem 2021
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Development of a Cyclophane-based Supramolecular Mechanophore Forming Exciplex2021

    • Author(s)
      Shakkeeb Thazhathethil, Nobuyuki Tamaoki, Yoshimitsu Sagara
    • Organizer
      the 22nd RIES-HOKUDAI International Symposium
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A cyclophane-based supramolecular mechanophore changing the ratio of exciplex to monomer emission intensities2021

    • Author(s)
      THAZHATHETHIL Shakkeeb・SAGARA Yoshimitsu
    • Organizer
      第11回CSJ化学フェスタ2021
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] レシオメトリックな蛍光特性変化を示すシクロファン型超分子メカノフォア.2021

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      サザセティル シャキーブ・相良 剛光
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      第30回ポリマー材料フォーラム
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  • [Presentation] Development of A Cyclophane-based Supramolecular Mechanophore Utilizing Charge-transfer Interaction2021

    • Author(s)
      Shakkeeb Thazhathethil, Yoshimitsu Sagara
    • Organizer
      Pacifichem 2021
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  • [Presentation] 機械的刺激に応答して発光特性が 変化する有機機能性材料2019

    • Author(s)
      相良剛光
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      相良剛光
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      北海道高分子若手研究会
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  • [Remarks] 相良研究室のページ

    • URL

      https://sagara.mat.mac.titech.ac.jp/

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  • [Remarks] 相良剛光の個人ページ

    • URL

      https://ysagara-mechano.wixsite.com/mysite

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Published: 2018-04-23   Modified: 2022-12-28  

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