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らせん状多環芳香族炭化水素の分子軌道デザインに基づく強い円偏光発光の創出

研究課題

研究課題/領域番号 18J21819
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 機能物性化学
研究機関京都大学

研究代表者

久保 拓夢  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
2020年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2019年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2018年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワードヘリセン / 円偏光発光 / 量子化学計算 / 蛍光量子収率 / キラル光学特性 / らせん構造 / 多環芳香族化合物 / ソルバトフルオロクロミズム / 分子軌道
研究実績の概要

本年度は、昨年度合成した高い円偏光発光非対称因子を示す8の字型ヘリセン二量体に関して、円偏光発光非対称因子が計算値と比較して小さいという問題の解明に取り組んだ。また、過去3年間の研究に対して考察を深め、学術誌への論文投稿を行った。
昨年度合成したフェニレン架橋8の字型ヘリセン二量体の円偏光発光非対称因子は一般的な有機小分子と比較すると一桁程度大きい値を示していた。一方でTD-DFT法を用いた計算では非常に大きく、実測値との乖離があった。この理由を明らかにすることでより高い円偏光発光非対称因子を持つ分子設計指針が得られると考え、取り組んだ。まず計算による安定構造が、実際の構造と異なっていると想定し、構造安定化計算の初期値を変えて計算をし直した。しかし、別の安定構造は得られなかった。さらに、準安定構造由来の発光が見られると考え、低温での円偏光発光を測定したが、円偏光発光非対称因子に大きな違いは見られなかった。異なる計算手法にてTD-DFT法を試したが、同様に実測値との乖離が生じた。架橋をフェニレンからアセチレンに変更した化合物を合成したところ、フェニレン架橋分子と同様に高い円偏光発光非対称因子を示したが、同様に計算では実測値よりも高い円偏光発光非対称因子が算出された。以上より、実測と計算の乖離の原因を明らかにできなかった。
過去に行った、優れた円偏光発光を示す[7]ヘリセン誘導体と、フェニレン架橋8の字型ヘリセン二量体に関して、遷移双極子モーメント密度マッピング解析を行った。これにより、円偏光発光非対称因子に関わる遷移電気・磁気双極子モーメントが分子骨格のどの部分に由来するかを明らかにできた。また、ドナー・アクセプター型強発光性[5]ヘリセン誘導体の、円偏光発光の溶媒依存性を明らかにした。以上の結果をまとめ、学会誌へと発表した。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Donor-Acceptor Type [5]Helicene Derivative with Strong Circularly Polarized Luminescence2021

    • 著者名/発表者名
      Kubo Hiromu、Hirose Takashi、Shimizu Daiki、Matsuda Kenji
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 50 号: 4 ページ: 804-807

    • DOI

      10.1246/cl.200913

    • NAID

      130008025830

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Tuning Transition Electric and Magnetic Dipole Moments: [7]Helicenes Showing Intense Circularly Polarized Luminescence2021

    • 著者名/発表者名
      Kubo Hiromu、Hirose Takashi、Nakashima Takuya、Kawai Tsuyoshi、Hasegawa Jun-ya、Matsuda Kenji
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 12 号: 1 ページ: 686-695

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.0c03174

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Circularly Polarized Luminescence Designed from Molecular Orbitals: A Figure-Eight-Shaped [5]Helicene Dimer with D2 Symmetry2020

    • 著者名/発表者名
      Kubo Hiromu、Shimizu Daiki、Hirose Takashi、Matsuda Kenji
    • 雑誌名

      Organic Letters

      巻: 22 号: 23 ページ: 9276-9281

    • DOI

      10.1021/acs.orglett.0c03506

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Synthesis of a Figure-of-Eight Shaped Helicene Dimer Showing an Excellent CPL2020

    • 著者名/発表者名
      Hiromu Kubo, Takashi Hirose, Kenji Matsuda
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Control of Chiroptical Property of [5]helicene Derivative Based on Controlling Chiral Space and Electronic Transitions2019

    • 著者名/発表者名
      Hiromu Kubo, Takashi Hirose, Kenji Matsuda
    • 学会等名
      18th International Symposium on Novel Aromatic Compounds (ISNA-18)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Improvement of CPL properties of [5]helicenes based on expansion of chiral space2019

    • 著者名/発表者名
      久保拓夢、廣瀬崇至、松田建児
    • 学会等名
      2019年光化学討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Improvement of CPL properties of [5]helicene derivatives based on expansion of chiral space2019

    • 著者名/発表者名
      Hiromu Kubo, Takashi Hirose, Kenji Matsuda
    • 学会等名
      Final International Symposium on Photosynergetics
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] フロンティア軌道の対称性と形状に基づく[7]ヘリセンの円偏光発光特性の制御2019

    • 著者名/発表者名
      久保拓夢、廣瀬崇至、松田建児
    • 学会等名
      高次複合光応答分子システムの開拓と学理の構築 第9回若手セミナー
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Control of Chiroptical Property of [5]helicene Derivative Based on Expansion of Chiral Space and Controlling Electronic Transitions2019

    • 著者名/発表者名
      Hiromu Kubo, Takashi Hirose, Kenji Matsuda
    • 学会等名
      日本化学会第99春季年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 大きな旋光強度を持つ電子遷移の制御によるヘリセンの円偏光発光の制御2018

    • 著者名/発表者名
      久保拓夢
    • 学会等名
      第50回構造有機化学若手の会 夏の学校
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] フロンティア軌道の対称性と形状に基づく[7]ヘリセン誘導体の円偏光発光特性の制御2018

    • 著者名/発表者名
      久保拓夢、廣瀬崇至、松田建児
    • 学会等名
      第29回基礎有機化学討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Enhancement of CPL Intensity of [7]Helicenes Based on a Frontier Orbital Approach2018

    • 著者名/発表者名
      Hiromu Kubo, Takashi Hirose, Kenji Matsuda
    • 学会等名
      The 14th International Kyoto Conference on New Aspect of Organic Chemistry (IKCOC-14)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2018-05-01   更新日: 2024-03-26  

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