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擬ロタキサン型超分子カチオンを用いた固相分子機械の機能開拓

研究課題

研究課題/領域番号 21K14691
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分35030:有機機能材料関連
研究機関北海道大学

研究代表者

高橋 仁徳  北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (90812595)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
キーワード超分子化学 / 分子運動 / 固相分子機械 / 擬ロタキサン / リラクサー / 強誘電体 / 分子結晶 / 分子機械 / 結晶内分子運動 / 超分子カチオン / 強誘電性 / 固相分子運動 / 超分子科学 / 分子磁性
研究開始時の研究の概要

これまで多くの分子機械が構築されている一方で、それらを「機械」として動作させ外部に出力をもたらすことは極めて難しい。分子機械同士が向きの揃った高密度な運動を起こすことができれば、分子の運動を“機能”として利用可能だと予想できる。しかし結晶相での報告が少ないのは、結晶中では分子が密に詰まるため、そもそも分子が運動できる空間を確保することが難しいからに他ならない。申請者は、小さな軸状分子が環状分子を貫通した擬ロタキサンを含む結晶に着目し、小さな軸状分子が結晶内で運動可能な系の構築を考案した。得られた擬ロタキサンの結晶中で軸状分子が運動する結果として、強誘電性などの機能に結び付かないか、検討を行う。

研究成果の概要

擬ロタキサン型超分子カチオンを用いた[Ni(dmit)2]塩を作製し、その単結晶構造解析と誘電応答との相関について検討を行った。dibenzo[24]crown-8に対し、dialkylammoniumの炭素鎖長が1-4の擬ロタキサン型超分子カチオンを導入した。炭素鎖長1, 3, 4の塩が作製可能であり、作製した塩のうち炭素鎖長3,4 の塩では、dialkylammoniumが2サイトでディスオーダーしており、結晶内分子運動が示唆された。またbis(chloroethyl)ammoniumを導入した塩では、リラクサー強誘電体類似の誘電応答を示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

リラクサー強誘電体は、結晶内でのナノ分極秩序に基づく。一次元鎖状に配列する擬ロタキサン型超分子カチオン集合体は、嵩高いdibenzo[24]crown-8 によって隣接鎖間の相互作用が無視できるほど小さいことが想定できる。すなわち、単一次元鎖の配列に基づく新奇なリラクサー強誘電性が実現している可能性がある。分子レベルでの低次元秩序に基づく強誘電性システムは類例に乏しく、新しいリラクサー強誘電体としてのポテンシャルを示すことができた。

報告書

(3件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (47件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (40件) (うち国際学会 17件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Multifunctional Triggering by Solid-Phase Molecular Motion: Relaxor Ferroelectricity, Modulation of Magnetic Exchange Interactions, and Enhancement of Negative Thermal Expansion2023

    • 著者名/発表者名
      Li, Simin; Takahashi, Kiyonori; Huang, Rui-Kang; Xue, Chen; Kokado, Kenta; Hoshino, Norihisa; Akutagawa, Tomoyuki; Nishihara, Sadafumi; Nakamura, Takayoshi
    • 雑誌名

      Chemistry of Materials

      巻: 35 号: 6 ページ: 2421-2428

    • DOI

      10.1021/acs.chemmater.2c03552

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Unique Thermal Structural Phase Transitions Exhibited by Unsymmetrical Organometallic Gold(III)‐Dithiolene Complexes with Pentylthio and Hexylthio Groups2023

    • 著者名/発表者名
      Arata Sonomi、Kim Yuna、Hoshino Norihisa、Tahara Keishiro、Takahashi Kiyonori、Kadoya Tomofumi、Inoue Tomonori、Nakamura Takayoshi、Akutagawa Tomoyuki、Yamada Jun‐ichi、Kubo Kazuya
    • 雑誌名

      European Journal of Inorganic Chemistry

      巻: 26 号: 12

    • DOI

      10.1002/ejic.202300017

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Uniaxial negative thermal expansion induced by molecular rotation in a one-dimensional supramolecular assembly with associated peculiar magnetic behavior2023

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Kiyonori、Shirakawa Yuki、Sakai Hiroki、Hisaki Ichiro、Noro Shin-ichiro、Akutagawa Tomoyuki、Nakano Motohiro、Nakamura Takayoshi
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry C

      巻: 11 号: 5 ページ: 1891-1898

    • DOI

      10.1039/d2tc04874d

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystal Structure of a 4,7-Bis(phenylethynyl)-2,1,3-benzothiadiazole-Based Cyclophane and the Mechanoresponsive Luminescence2022

    • 著者名/発表者名
      Hiratsuka Keiko、Salim Fazil Thuluvanchery、Takahashi Kiyonori、Nakamura Takayoshi、Sagara Yoshimitsu
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      巻: 95 号: 10 ページ: 1474-1480

    • DOI

      10.1246/bcsj.20220216

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fluoride-bridged dinuclear dysprosium complex showing single-molecule magnetic behavior: supramolecular approach to isolate magnetic molecules2022

    • 著者名/発表者名
      Wu Dong-Fang、Takahashi Kiyonori、Fujibayashi Masaru、Tsuchiya Naoto、Cosquer Goulven、Huang Rui-Kang、Xue Chen、Nishihara Sadafumi、Nakamura Takayoshi
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 12 号: 33 ページ: 21280-21286

    • DOI

      10.1039/d2ra04119g

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Solvent dependence of crystal structure and dielectric relaxation in ferromagnetic [MnCr(oxalate)3]- salt2022

    • 著者名/発表者名
      Wu Jia-bing、Huang Rui-Kang、Takahashi Kiyonori、Nakamura Takayoshi
    • 雑誌名

      Dalton Transactions

      巻: 51 号: 27 ページ: 10595-10600

    • DOI

      10.1039/d2dt01615j

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dipole fluctuation and structural phase transition in hydrogen-bonding molecular assemblies of mononuclear CuII complexes with polar fluorobenzoate ligands2021

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Kiyonori、Miyazaki Yuji、Noro Shin-ichiro、Nakano Motohiro、Nakamura Takayoshi、Akutagawa Tomoyuki
    • 雑誌名

      Dalton Transactions

      巻: 50 号: 39 ページ: 13680-13685

    • DOI

      10.1039/d1dt02118d

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 2-ハロエチルアンモニウムとベンゾ[18]クラウン-6からなる超分子カチオンを導入した[Ni(dmit)2] 塩の構造と誘電物性2023

    • 著者名/発表者名
      高橋 仁徳*,蓮尾 直洋,金丸 和矢,黄 瑞康,薛 晨,中村 貴義
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] (CH3CH2CH2)2NH2+)x((ClCH2CH2)2NH2+)1-x(dibenzo[24]crown-8) 擬ポリロタキサン超分子構造の誘電応答2023

    • 著者名/発表者名
      堀川 真実子*,高橋 仁徳,広瀬 昂生,黄 瑞康,薛 晨,中村 貴義
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] (x-fluoroanilinium)(benzo[18]crown-6)[FeCr(oxalate)3]結晶の構造と物性2023

    • 著者名/発表者名
      リュウ キヨウ*,高橋 仁徳,黄 瑞康,薛 晨,中村 貴義
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] (2,2'-Oxybis(ethylaminium))(benzo[18]crown-6)[Ni(dmit)2]結晶における分子運動と連動した熱膨張変化2023

    • 著者名/発表者名
      羽田 将人*,高橋 仁徳,黄 瑞康,薛 晨,中村 貴義
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 2-ヒドロキシ-2-メチルプロパン-1-アンモニウム/ジベンゾ[18]クラウン-6超分子カチオンを導入した[Ni(dmit)2]塩の結晶溶媒脱離にともなう構造変化と磁性2023

    • 著者名/発表者名
      金丸 和矢*,高橋 仁徳,黄 瑞康,薛 晨,中村 貴義
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 一次元的な強誘電応答を示す{((ClCH2CH2)2NH2+)(dibenzo[24]crown-8)}n超分子集合体の構築と単一次元鎖磁石とのハイブリッド化の試み2023

    • 著者名/発表者名
      京谷 悠里*,高橋 仁徳,広瀬 昂生,黄 瑞康,薛 晨,中村 貴義
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Towards molecular multiferroics by supramolecular rotors and ferromagnetic [MnCr(oxalate)3]- salts2023

    • 著者名/発表者名
      R. Huang*,J. Wu,K. Takahashi,T. Nakamura
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 超分子カチオンを導入した[Ni(dmit)2]塩における分子再配列と連動した負の熱膨張と特異な磁気特性2023

    • 著者名/発表者名
      高橋 仁徳*
    • 学会等名
      分子系の複合電子機能 第 181 委員会 最終研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] "Unusual magnetic response associated with negative thermal expansion of [Ni(dmit)2] crystals2022

    • 著者名/発表者名
      K. Takahashi*,R. Huang,C. Xue,T. Nakamura
    • 学会等名
      The 73rd Yamada Conference
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Relaxor-like dielectric response of [Ni(dmit)2] crystals containing pseudo-rotaxane supramolecular cations2022

    • 著者名/発表者名
      M. Horikawa*,K. Hirose,K. Takahashi,R. Huang,C. Xue,T. Nakamura
    • 学会等名
      The 73rd Yamada Conference
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] An Attempt to Develop One-Dimensional Molecular Electret Coexisting with Low-Dimensional Magnetism Using Supramolecular Structures2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Kyoya*,K. Hirose,K. Takahashi,R. Huang,C. Xue,T. Nakamura
    • 学会等名
      The 73rd Yamada Conference
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] "Synthesis of [FeIICrIII(oxalate)3]- complexes with supramolecular cation structures2022

    • 著者名/発表者名
      X. Liu*,Z. Diao,R. Huang,K. Takahashi,C. Xue,T. Nakamura
    • 学会等名
      The 73rd Yamada Conference
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Cooperative Supramolecular Motion in Magnetic Crystals for Multifunctional Materials2022

    • 著者名/発表者名
      K. Takahashi,J. Wu,S. Li,R. Huang,C. Xue,T. Nakamura*
    • 学会等名
      The 14th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Towards molecular multi-ferroelectrics by supramolecular rotor and ferromagnetic [MnCr(oxalate)3]- salts2022

    • 著者名/発表者名
      R. Huang*,J. Wu,K. Takahashi,T. Nakamura
    • 学会等名
      The 14th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Molecular machine acts as waterwheel in artificial water channel and isotope effect on water adsorption kinetics2022

    • 著者名/発表者名
      S. Li*,K. Takahashi,R. Huang,J. Wu,X. Zheng,C. Xue,S. Noro,I. Hisaki,K. Kokado,T. Nakamura
    • 学会等名
      The 14th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Solvent Dependence of Molecular Motion in Ferromagnetic [Mn(II)Cr(III)(oxalate)3]- Salt2022

    • 著者名/発表者名
      J. Wu*,R. Huang,K. Takahashi,T. Nakamura
    • 学会等名
      The 14th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Equilateral and symmetry breaking rare-earth triangles in sandwich-type polyoxometalates regulated by simple organic cations2022

    • 著者名/発表者名
      D. Wu*,K. Takahashi,R. Huang,C. Xue,T. Nakamura
    • 学会等名
      The 14th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 2,2'-Oxybis(ethylaminium)と[18]crown-6誘導体からなる超分子カチオンを導入した[Ni(dmit)2]塩の結晶構造と負の熱膨張2022

    • 著者名/発表者名
      羽田 将人*,高橋 仁徳,蓮尾 直洋,黄 瑞康,薛 晨,中村 貴義
    • 学会等名
      第16回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 分岐鎖アルキルアンモニウム/[18]crown-6誘導体からなる結晶における協同的分子運動と誘電応答2022

    • 著者名/発表者名
      金丸 和矢*,高橋 仁徳,黄 瑞康,薛 晨,中村 貴義
    • 学会等名
      第16回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Enhancement of Negative Thermal Expansion and Perturbation of Magnetic Exchange Interaction in [Ni(dmit)2] Salts by Solid-State Molecular Motion2022

    • 著者名/発表者名
      K. Takahashi*,C. Xue,R. Huang,T. Nakamura
    • 学会等名
      the 44th International Conference on Coordination Chemistry
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Peculiar Magnetic Response and Negative Thermal Expansion of a Nickel Dithiolate Crystal2022

    • 著者名/発表者名
      K. Takahashi*,R. Huang,C. Xue,T. Nakamura
    • 学会等名
      8th Asian Conference on Coordination Chemistry (ACCC)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Cooperative motion of supramolecular cation composed of branched-chain alkylammonium and dibenzo[18]crown-6 in [Ni(dmit)2] salts induced by removal of crystallized solvent2022

    • 著者名/発表者名
      K. Kanamaru*,K. Takahashi,R. Huang,C. Xue,T. Nakamura
    • 学会等名
      8th Asian Conference on Coordination Chemistry (ACCC)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Crystal Structure and Thermal Expansion of Monovalent [Ni(dmit)2] Salts with Supramolecular Cation structure Composed of 2,2'-oxybis(ethylaminium+) and [18]crown-62022

    • 著者名/発表者名
      M. Haneda*,K. Takahashi,N. Hasuo,R. Huang,C. Xue,T. Nakamura
    • 学会等名
      8th Asian Conference on Coordination Chemistry (ACCC)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 2,2’-Oxybis(ethylaminium)([18]crown-6)2[Ni(dmit)2]2の結晶構造と負の熱膨張2022

    • 著者名/発表者名
      羽田 将人*,高橋 仁徳,蓮尾 直洋,黄 瑞康,薛 晨,中村 貴義
    • 学会等名
      日本化学会北海道支部2022年夏季研究発表会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 2-methylpropylammonium / dibenzo[18]crown-6超分子カチオンを導入した[Ni(dmit)2]塩の結晶溶媒脱離に伴う構造変化と誘電応答2022

    • 著者名/発表者名
      金丸 和矢*,高橋 仁徳,黄 瑞康,薛 晨,中村 貴義
    • 学会等名
      日本化学会北海道支部2022年夏季研究発表会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Negative Thermal Expansion and Magnetic Properties of [Ni(dmit)2] Crystals with One-Dimensional Column of Supramolecular Cation2022

    • 著者名/発表者名
      K. Takahashi,R. Huang,C. Xue,T. Nakamura*
    • 学会等名
      International Conference on Science & Technology of Synthetic Metals 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Oxalate-Bridged Bimetallic Ferromagnetic Hybrid Complexes: Crystal Structures2022

    • 著者名/発表者名
      J. Wu*,K. Takahashi,Y. Suzuki,S. Nishihara,R. Tsunashima,J. Kawamata,T. Akutagawa,T. Nakamura
    • 学会等名
      International Conference on Science & Technology of Synthetic Metals 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Cooperative molecular motion and dielectric response in crystals composed of branched-chain alkylammonium/Dibenzo [18] crown-62022

    • 著者名/発表者名
      K. Kanamaru*,K. Takahashi,R. Huang,C. Xue,T. Nakamura
    • 学会等名
      23rd RIES-HOKUDAI International Symposium
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Crystal Structure and Negative thermal expansion of [Ni(dmit)2] Salts with 2,2’-Oxybis(ethylaminium)- [18] crown-6 Supramolecular cation2022

    • 著者名/発表者名
      M. Haneda*,K. Takahashi,N. Hasuo,R. Huang,C. Xue,T. Nakamura
    • 学会等名
      23rd RIES-HOKUDAI International Symposium
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 4-aminopyridinium 分子水車に基づく結晶内水分子輸送2022

    • 著者名/発表者名
      高橋 仁徳*,李 思敏,黄 瑞康,薛 晨,野呂 真一郎,中村 貴義
    • 学会等名
      第30回有機結晶シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Towards molecular multiferroelectrics by supramolecular rotor and ferromagnetic [MnCr(oxalate)3]- salts2022

    • 著者名/発表者名
      R. Huang*,W. Jiabing,K. Takahashi,T. Nakamura
    • 学会等名
      第30回有機結晶シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 結晶内で回転するカチオンのアルキル鎖修飾による熱膨張制御と磁性2022

    • 著者名/発表者名
      高橋 仁徳、小門 憲太、黄 瑞康、薛 晨、中村 貴義
    • 学会等名
      日本化学会 第102春季年会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 分岐鎖アルキルアンモニウム/dibenzo[18]crown-6超分子カチオンを導入した[Ni(dmit)2]塩の構造と物性2022

    • 著者名/発表者名
      金丸和矢、高橋 仁徳、小門 憲太、黄 瑞康、薛 晨、中村 貴義
    • 学会等名
      日本化学会 第102春季年会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Deformation of Supramolecular Cation and Physical Properties of Nickel Dithiolate Magnetic Crystals2021

    • 著者名/発表者名
      Kiyonori Takahashi, Takayoshi Nakamura
    • 学会等名
      International Symposium on Thermal and Entropic Science for young Thermodynamicists
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 擬ロタキサン型超分子カチオンの結晶内分子運動と誘電応答2021

    • 著者名/発表者名
      広瀬 昂生、高橋 仁徳、小門 憲太、黄 瑞康、薛 晨、中村 貴義
    • 学会等名
      第15回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] [Ni(dmit)2]塩の特異な磁気挙動と超分子カチオンの固相運動によって促進される負の熱膨張2021

    • 著者名/発表者名
      高橋 仁徳、白川 祐基、小門 憲太、黄 瑞康、薛 晨、中村 貴義
    • 学会等名
      第15回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] [Ni(dmit)2]塩の2つの多形における超分子カチオンの分子運動からの大きなリラクサー型誘電応答2021

    • 著者名/発表者名
      Simin Li, Kiyonori Takahashi, Rui-Kang Huang, Chen Xue, Takayoshi Nakamura
    • 学会等名
      第15回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 分鎖アルキルアンモニウム/ dibenzo[18]crown-6超分子カチオンの結晶内分子回転2021

    • 著者名/発表者名
      金丸 和矢、高橋 仁徳、小門 憲太、黄 瑞康、薛 晨、中村 貴義
    • 学会等名
      第15回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Dibenzo[24]crown-8が形成するチャンネル構造内におけるヘテロ5員環カチオンの運動と誘電性2021

    • 著者名/発表者名
      堺 博紀、高橋 仁徳、小門 憲太、黄 瑞康、薛 晨、中村 貴義
    • 学会等名
      第15回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Solid-state molecular rotation and magnetic properties of nickel dithiolate salts with one-dimensional columnar arrangement of supramolecular cation2021

    • 著者名/発表者名
      Kiyonori Takahashi, Ichiro Hisaki, Takayoshi Nakamura
    • 学会等名
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-01-30  

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