金の軸を有する発光性インターロック化合物の合成と柔軟な多孔質結晶への応用

• 研究課題/領域番号: 23K04709
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分33010:構造有機化学および物理有機化学関連
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 土戸 良高 東京理科大学, 理学部第一部化学科, 助教 (00814344)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2025年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2023年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: インターロック化合物 / 金錯体 / 多孔質結晶

研究開始時の研究の概要

本研究では，金錯体が組み込まれたインターロック化合物（環状分子と軸状分子で構成される超分子化合物）を合成し，これに様々な外部刺激を与えることによって金錯体に由来する蛍光発光が変調するクロミック材料の開発を目指す．さらにインターロック化合物が規則正しく組み上がった多孔質結晶を作製し，その固体中での蛍光発光の制御を目指す．

研究実績の概要

本研究では，Au(I)を有する直線状金属錯体と硫黄を含む大環状化合物から成る発光性インターロック化合物を主骨格とした多孔質材料の作製及び機能発現を主題とする．具体的なインターロック化合物としては，環状分子と軸状分子で構成される超分子化合物であるロタキサンの合成を計画している．ロタキサンの軸分子と環分子の間に化学結合は無く，Au(I)と硫黄が弱く相互作用しているのみであり，これを熱・光・電気化学的刺激によって変調することで，ロタキサンの回転運動やシャトリング運動などの分子運動を制御し，それに起因した光物性（クロミズム）の発現を目指している．
初年度の研究では，本研究を遂行する上で柱となるロタキサンの合成を行った．具体的には，硫黄原子が対向位置に配置されたチアクラウンエーテルを合成し，このクラウンエーテル環の中央にAu+が配位した新規錯体の合成に成功した．この錯体は，単結晶X線構造解析によって構造決定した．次に，この錯体に対してAuに対して配位力の高い反応剤(X)を添加した．反応剤を添加すると，Au-SからAu-Xへの配位子交換が起こることで，環状分子がインターロックされたまま残り，[2]ロタキサンの生成が期待される．現在，種々の反応剤を検討しており，その一部でロタキサンの形成を示唆する結果が得られている．

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究の柱となるロタキサンの前駆体であるチアクラウンエーテルにAuが配位した錯体の単結晶X線構造解析によって構造決定に成功している．この錯体は新規な構造であり，その合成にも時間が掛かることが予想していた．実際に，合成経路の変更や反応条件の精査が必要であったが，初年度において前駆体合成に成功したこと特筆するべきことであると考えている．さらにロタキサンの形成を示唆する結果が得られているため，おおむね順調に進展していると判断した．

今後の研究の推進方策

本年度の研究においては，まずロタキサンの合成・単離と構造決定を行う．初年度の研究において様々な反応剤を検討し，ロタキサンの形成を示唆する結果が得られているので，反応条件を精査するなどすることでロタキサンの収率向上を目指す．さらにロタキサンの単結晶を作製し，単結晶X線構造解析によって，その分子構造を精密に解析する．
その後，本研究の目的であるロタキサンの外部刺激による光物性の変調や固体材料の作製まで研究を展開する．