ケイ素－ケイ素結合の特性を利用した外部応答性ソフトクリスタルの開発

• 研究領域: ソフトクリスタル：高秩序で柔軟な応答系の学理と光機能
• 研究課題/領域番号: 17H06369
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 山野井 慶徳 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (20342636)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 39,650千円 (直接経費: 30,500千円、間接経費: 9,150千円); 2021年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円); 2020年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円); 2019年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円); 2018年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円); 2017年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円)
• キーワード: ジシラン結合 / ケイ素 / 外部刺激応答性 / CP/MAS NMR / ジシラン / 発光 / SHG / 結晶構造 / 外部刺激 / 相転移 / サーモサリエント現象 / サーモサリエント / 蛍光

研究成果の概要

芳香族ジシラン類はSi－Si単結合の柔軟性とσ－π共役による共役鎖の拡張により微弱な外部刺激で構造と物性が連動変化すると予測される。本研究では環状芳香族ジシラン（オリゴシラン）と直鎖状芳香族ジシラン（オリゴシラン）の外部刺激による構造と光物性の可逆な変化及び理論的考察に関する研究を行った。具体的にはメカノクロミック発光、レーザー波長変換、サーモサリエント現象などを見い出した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、我々が開発した手法で芳香族オリゴシラン類を効率良く合成し、外部刺激による構造変化や光物性変化を調査した。すでに様々な有機ケイ素化合物の合成と光物性の研究で有用な結果を得ており、研究期間内に当初計画の大半を達成した。様々な共同研究を通し、本研究課題を遂行することによって、ソフトクリスタルの分野で貢献できた。

研究成果

• [雑誌論文] Reversible Transition between Discrete and 1D Infinite Architectures: a Temperature-Responsive Cu(I) Complex with a Flexible Disilane-bridged Bis(pyridine) Ligand (2023)
  • 著者名/発表者名: Zhao, Y.; Nakae, T.; Takeya, S.; Hattori, M.; Saito, D.; Kato, M.; Ohmasa, Y.; Sato, S.; Yamamuro, O.; Galica, T.; Nishibori, E.; Kobayashi, S.; Seki, T.; Yamada, T.; Yamanoi, Y.*
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 29 号: 38
  • DOI: 10.1002/chem.202204002
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 15N CP/MAS NMR as a Tool for the Mechanistic Study of Mechanical Stimuli-Responsive Materials: Evidence for the Conformational Change of an Emissive Dimethylacridane Derivative (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakae, T.; Hattori, M.; Yamanoi, Y.
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 8 ページ: 12922-12927
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Thermosalience in macrocycle-based soft crystals via anisotropic deformation of disilanyl architecture (2020)
  • 著者名/発表者名: Omoto, K.; Nakae, T.; Nishio, M.; Yamanoi, Y.;* Kasai, H.; Nishibori, E.; Mashimo, T.; Seki, T.; Ito, H.; Nakamura, K.; Kobayashi, N.; Nishihara, H.*
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 142 号: 29 ページ: 12651-12657
  • DOI: 10.1021/jacs.0c03643
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effect of Tris(trimethylsilyl)silyl Group on the Fluorescence and Triplet Yields of Oligothiophenes (2020)
  • 著者名/発表者名: Hirata, S.;* Nishio, M.; Uchida, H.; Usuki, T.; Nakae, T.; Miyachi, M.; Yamanoi, Y.;* Nishihara, H.*
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 124 号: 5 ページ: 3277-3286
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.9b10718
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoelectric Conversion System Composed of Gene-Recombined Photosystem I and Platinum Nanoparticle Nanosheet (2020)
  • 著者名/発表者名: Zhu Wenchao、Salles Raphal、Miyachi Mariko、Yamanoi Yoshinori、Tomo Tatsuya、Takahashi Hiromi、Nishihara Hiroshi
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 36 号: 23 ページ: 6429-6435
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.0c00647
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Selective Formation and SHG Intensity of Noncentrosymmetric and Centrosymmetric 1,1,2,2-Tetramethyl-1-(4-(N,N-dimethylamino)phenyl)-2-(2′-cyanophenyl)disilane Crystals under External Stimuli (2020)
  • 著者名/発表者名: Nishio Masaki、Shimada Masaki、Omoto Kenichiro、Nakae Toyotaka、Maeda Hiroaki、Miyachi Mariko、Yamanoi Yoshinori、Nishibori Eiji、Nakayama Naofumi、Goto Hitoshi、Matsushita Tomonori、Kondo Takashi、Hattori Mineyuki、Jimura Keiko、Hayashi Shigenobu、Nishihara Hiroshi
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 124 号: 32 ページ: 17450-17458
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.0c03139
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Photosensing system using photosystem I and gold nanoparticle on graphene field-effect transistor (2019)
  • 著者名/発表者名: Nishiori, D.; Zhu, W.; Salles, R.; Miyachi, M.;* Yamanoi, Y.;* Ikuta, T.; Maehashi, K.; Tomo, T.; Nishihara, H.*
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Inter. 巻: 11 号: 45 ページ: 42773-42779
  • DOI: 10.1021/acsami.9b14771
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Enhancement of Photofunction of Phosphorescent Pt(II) Cyclometalated Complexes Driven by Substituents: Solid-state Luminescence and Circularly Polarized Luminescence (2019)
  • 著者名/発表者名: Usuki, T.; Uchida, H.; Omoto, K.; Yamanoi, Y.;* Yamada, A.; Iwamura, M.; Nozaki, K.; Nishihara, H.*
  • 雑誌名: J. Org. Chem. 巻: 84 号: 17 ページ: 10749-10756
  • DOI: 10.1021/acs.joc.9b01285
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dioxacyclophanes as a Scaffold for Silicon-based Circularly Polarized Luminescent Materials (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamanoi, Y.;* Usuki, T.; Omoto, K.; Shimada, M.; Koike, H.; Iwamura, M.; Nozaki, K.; Saito, D.;
  • 雑誌名: Tetrahedron Lett. 巻: 60 号: 16 ページ: 1108-1112
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2019.03.033
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of Substituents on the Blue Luminescence of Disilane-Linked Donor-Acceptor-Donor Triads (2019)
  • 著者名/発表者名: Usuki Tsukasa、Omoto Kenichiro、Shimada Masaki、Yamanoi Yoshinori、Kasai Hidetaka、Nishibori Eiji、Nishihara Hiroshi
  • 雑誌名: Molecules 巻: 24 号: 3 ページ: 521-521
  • DOI: 10.3390/molecules24030521
  • NAID: 120007128246
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 芳香族ケイ素化合物の新規合成プロセスの開拓と固体光物性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山野井 慶徳
  • 雑誌名: 化学工業 巻: 4 ページ: 12-18
• [雑誌論文] Aggregation-Induced Emission Enhancement from Disilane-Bridged Donor-Acceptor-Donor Luminogens Based on the Triarylamine Functionality (2018)
  • 著者名/発表者名: Usuki Tsukasa、Shimada Masaki、Yamanoi Yoshinori、Ohto Tatsuhiko、Tada Hirokazu、Kasai Hidetaka、Nishibori Eiji、Nishihara Hiroshi
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Interfaces 巻: in press 号: 15 ページ: 12164-12172
  • DOI: 10.1021/acsami.7b14802
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Attachment chemistry of aromatic compounds on a Silicon(100) surface (2018)
  • 著者名/発表者名: Henriksson Anders、Nishiori Daiki、Maeda Hiroaki、Miyachi Mariko、Yamanoi Yoshinori、Nishihara Hiroshi
  • 雑誌名: Surface Science 巻: 669 ページ: 140-144
  • DOI: 10.1016/j.susc.2017.11.017
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 固体状態で強く発光する有機ケイ素化合物 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山野井 慶徳
  • 雑誌名: ケイ素化学協会誌 巻: 35 ページ: 11-17
  • 査読あり
• [雑誌論文] 分子アーキテクトニクスの化学：電子部品と分子構造 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山野井 慶徳，西原 寛
  • 雑誌名: 「CSJカレントレビュー 分子アーキテクトニクス」 巻: 2018 ページ: 22-29
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multifunctional Octamethyltetrasila[2.2]cyclophanes: Conformational Variations, Circularly Polarized Luminescence, and Organic Electroluminescence (2017)
  • 著者名/発表者名: Shimada Masaki、Yamanoi Yoshinori、Ohto Tatsuhiko、Pham Song-Toan、Yamada Ryo、Tada Hirokazu、Omoto Kenichiro、Tashiro Shohei、Shionoya Mitsuhiko、Hattori Mineyuki、Jimura Keiko、Hayashi Shigenobu、Koike Hikaru、Iwamura Munetaka、Nozaki Koichi、Nishihara Hiroshi
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 139 号: 32 ページ: 11214-11221
  • DOI: 10.1021/jacs.7b05671
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modification of Electrode Interfaces with Nanosized Materials for Electronic Applications” (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamanoi, Y.; Miyachi, M.; Nishihara, H.
  • 雑誌名: Molecular Architectonics: The Third Stage of Single Molecule Electronics, 巻: 2017 ページ: 399-416
• [雑誌論文] 光応答素子のための光化学系Iとカーボンナノチューブの複合体形成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 二井 大輔，宮地 麻里子，嶋田 友一郎，野沢 陽佑，伊藤 雅浩，本間 芳和，池平 秀，山野井 慶徳，西原 寛，鞆 達也
  • 雑誌名: 光合成研究 News letter 巻: 27 ページ: 22-31
  • 査読あり
• [学会発表] 山野井 慶徳 (2021)
  • 著者名/発表者名: 外部刺激で光物性が変化する直鎖状芳香族ジシラン分子の開発
  • 学会等名: 新学術領域研究「ソフトクリスタル」 第7回公開シンポジウム
• [学会発表] シアノバクテリアの光化学系Iを活用した電極の作製と物性評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山野井 慶徳，
  • 学会等名: 日本板硝子材料工学助成会 第37回無機材料に関する最近の研究成果発表会－材料研究に新しい風を－
  • 招待講演
• [学会発表] 「ジシラン結合の柔軟性に基づくソフトクリスタル」 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山野井 慶徳
  • 学会等名: 新学術領域研究「ソフトクリスタル」 第5回公開シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 「シアノバクテリアの光化学系Iを活用した電極の作製と物性評価」 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山野井 慶徳
  • 学会等名: 日本板硝子材料工学助成会 第37回無機材料に関する最近の研究成果発表会－材料研究に新しい風を－
  • 招待講演
• [学会発表] 「ケイ素を含む機能性有機結晶」 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山野井 慶徳
  • 学会等名: 柏崎高校SSH高大連携プログラム
  • 招待講演
• [学会発表] ケイ素－ケイ素結合の特性を活用した外部刺激応答性分子の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山野井 慶徳
  • 学会等名: 新学術領域「ソフトクリスタル」 領域会議
• [学会発表] Synthesis and physical properties of tetrasila[2.2]thiophenophane derivatives for the luminescent and chiroptical materials (2017)
  • 著者名/発表者名: Masaki Shimada，Yoshinori Yamanoi，Kenichiro Omoto，Shohei Tashiro，Mitsuhiko Shionoya，Tatsuhiko Ohto，Song-Toan Pham，Ryo Yamada，Hirokazu Tada，Mineyuki Hattori，Keiko Jimura，Shigenobu Hayashi，Hikaru Koike，Munetaka Iwamura，Koichi Nozaki， Hiroshi Nishihara
  • 学会等名: 254th ACS National Meeting & Exposition
  • 国際学会
• [学会発表] 固体発光・円偏光発光を示すオクタメチルテトラシラ[2.2]シクロファンの創製 (2017)
  • 著者名/発表者名: 島田真樹，山野井慶徳，小池ひかる，岩村宗高，野崎浩一，西原寛
  • 学会等名: 第21回ケイ素化学シンポジウム
• [学会発表] The development of tetrasila[2.2]cyclophane derivatives for solid-state emission，electroluminescence，and circularly polarized luminescence (2017)
  • 著者名/発表者名: 島田真樹，山野井慶徳，大戸達彦，山田亮，Pham Song-Toan，夛田博一，小池ひかる，岩村宗高，野崎浩一，西原寛
  • 学会等名: 2017年光化学討論会
• [備考]
  • URL: http://www.chem.s.u-tokyo.ac.jp/users/inorg/index.html
• [備考]
  • URL: http://www.chem.s.u-tokyo.ac.jp/users/inorg/index.html
• [備考]
  • URL: https://www.softcrystal.org/
• [備考] 東京大学 大学院理学系研究科 化学専攻 無機化学研究室
  • URL: http://www.chem.s.u-tokyo.ac.jp/users/inorg/index.html
• [備考] 新学術領域研究「ソフトクリスタル」
  • URL: https://www.softcrystal.org/
• [備考] 東京大学大学院理学系研究科化学専攻無機化学研究室
  • URL: https://www.chem.s.u-tokyo.ac.jp/users/inorg/link.html