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可視・近赤外光応答バイフォトクロミック分子の協働光応答機能の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 23K26633
補助金の研究課題番号 23H01940 (2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2023)
応募区分一般
審査区分 小区分32020:機能物性化学関連
研究機関青山学院大学

研究代表者

阿部 二朗  青山学院大学, 理工学部, 教授 (70211703)

研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円)
2025年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2024年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2023年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
キーワード光化学 / フォトクロミズム
研究開始時の研究の概要

準安定状態を含む複数の異性体間を光照射により可逆的に変換できるフォトクロミック分子は、材料科学分野や生命科学分野における光応答システムを構築するための重要な基盤要素であるが、赤色光や近赤外光を励起光として、照射光波長や照射光強度に依存するフォトクロミック分子は未だ開発されておらず、単一の光応答部位を用いて実現することは原理的に困難である。本研究では、可視光や近赤外光に応答する逆フォトクロミズムを示すビナフチル架橋イミダゾール二量体ユニットから構築されるバイフォトクロミック分子を基盤として、単一のフォトクロミックユニットのみでは実現不可能な革新的協働光応答機能の開拓を目指す。

研究実績の概要

本研究では、研究代表者が独自に開発した可視光や近赤外光に応答する逆フォトクロミズムを示すビナフチル架橋イミダゾール二量体(BN-ImD)ユニットや、ビナフチル架橋フェノキシル-イミダゾリルラジカル複合体(BN-PIC)ユニットから構築されるバイフォトクロミック分子を基盤として、単一のフォトクロミックユニットのみでは実現不可能な革新的協働光応答機能の開拓を目指す。令和5年度は、2ユニットのBN-PICを組み込んだ大環状バイフォトクロミック分子を合成し、そのフォトクロミック特性について分光学的および量子化的研究を行なった。研究成果は光化学国際会議、フォトクロミズム国際会議、アジア光化学会議などの国際会議で発表するとともに、国内会議である光化学討論会、基礎有機化学討論会、日本化学会春季年会で発表した。さらに、学術論文としてまとめ、海外の専門学術誌に投稿した。

現在までの達成度 (区分)
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

逆フォトクロミック分子である BN-PIC を2ユニット組み込んだ大環状バイフォトクロミック分子 Macrocyclic-bisBN-PICを合成し、そのフォトクロミック特性を解析した。あわせて環構造を持たない直線状バイフォトクロミック分子Linear-bisBN-PICを合成し、その光異性化挙動と比較することで、異性化に伴い大きな構造変化を伴うBN-PICを環状構造に組み込んだことで、一方の異性化に付随して変化する環構造の歪みが、他方のBN-PIC部位のフォトクロミック特性に大きな影響を与えることを明らかにした 。Macrocyclic-bisBN-PICの1段階目(CC体→CCL体;Cはフォトクロミック部位が着色異性体構造、CLは無色異性体構造を表す)の光異性化反応効率は、2段階目(CCL→CLCL)の光異性化反応効率より3倍程度大きいことがわかり、一方のフォトクロミック部位の光異性化が、他方のフォトクロミック部位の光異性化効率に大きな影響を与えることを見いだした。また、また熱戻り反応についても 2段階目(CCL体→CC体)の速度定数が、1段階目(CLCL体→CCL体)の速度定数より数倍程度大きいことがわかった。このように、Macrocyclic-bisBN-PICは、可視光応答性逆フォトクロミック部位を導入して環歪みの構造干渉を利用した非線形応答を示す初めてのバイフォトクロミック分子であり、 BN-PIC のような異性化によって大きな構造変化を伴うフォトクロミック分子を1分子内に2つ組み込むバイフォ トクロミック分子の設計において、ビナフチル基のような構造変化の自由度が小さい架橋基を用いた大環状構造の形成は非線形的な光スイッチを実現する有用な手法であることがわかった。

今後の研究の推進方策

初年度の研究で、当初計画していた逆フォトクロミック部位を2ユニット組み込んだ大環状バイフォトクロミック分子の合成に成功し、非線形的な光スイッチ機能を有することがわかったので、今後は、異なる形状のバイフォトクロミック分子を合成し、光反応効率の向上と光応答速度の高速化を目指す。

報告書

(1件)
  • 2023 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 6件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Nonlinear Photochromic Reaction Based on Sensitizer‐Free Triplet‐Triplet Annihilation in a Perylene‐Substituted Rhodamine Spirolactam2024

    • 著者名/発表者名
      Kawai Genki、Nagai Yuki、Tsuji Kanna、Okayasu Yoshinori、Abe Jiro、Kobayashi Yoichi
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: - 号: 24

    • DOI

      10.1002/anie.202404140

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Unraveling Steric Effects on Ultrafast Bond-Dissociation Processes of Photochromic Radical Complexes2023

    • 著者名/発表者名
      Seri Tomoya、Okayasu Yoshinori、Nagai Yuki、Abe Jiro、Kobayashi Yoichi
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 14 号: 50 ページ: 11474-11479

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.3c03232

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] ビナフチル架橋型イミダゾール二量体の逆フォトクロミック特性の溶媒依存性2024

    • 著者名/発表者名
      小髙慧人、阿部二朗
    • 学会等名
      日本化学会第104春季年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ビナフチル架橋ジベンゾオキセピノイミダゾール二量体の逆フォトクロミズム2023

    • 著者名/発表者名
      八木詩織、阿部二朗
    • 学会等名
      日本化学会第104春季年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Quantitative and selective bidirectional photoisomerization with visible and near-infrared light of 3-phenylperylenyl-bridged imidazole dimer2023

    • 著者名/発表者名
      Jiro Abe
    • 学会等名
      12th Asian Photochemistry Conference (APC2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Photochromism of binaphthyl-bridged asymmetric imidazole dimers2023

    • 著者名/発表者名
      Shiori Yagi, Jiro Abe
    • 学会等名
      12th Asian Photochemistry Conference (APC2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Three-state negative photochromism2023

    • 著者名/発表者名
      Jiro Abe
    • 学会等名
      10th International Symposium on Photochromism (ISOP 2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Solvent dependence of the thermal back reaction rate of binaphthyl-bridged imidazole dimer2023

    • 著者名/発表者名
      Keito Kotaka, Jiro Abe
    • 学会等名
      10th International Symposium on Photochromism (ISOP 2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Binaphthyl-bridged imidazole dimers exhibiting both T-type negative photochromism and P-type photochromism2023

    • 著者名/発表者名
      Shiori Yagi, Jiro Abe
    • 学会等名
      10th International Symposium on Photochromism (ISOP 2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 逆フォトクロミズムを示すビアリール架橋イミダゾール二量体2023

    • 著者名/発表者名
      阿部二朗
    • 学会等名
      第33回基礎有機化学討論会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ジフェニルジアセチレンで架橋した大環状ビスビナフチル架橋型イミダゾール二量体の逆フォトクロミズム2023

    • 著者名/発表者名
      小髙慧人、阿部二朗
    • 学会等名
      第33回基礎有機化学討論会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ビナフチル架橋非対称イミダゾール二量体のフォトクロミック特性2023

    • 著者名/発表者名
      八木詩織、阿部二朗
    • 学会等名
      第33回基礎有機化学討論会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ビアリール架橋イミダゾール二量体の逆フォトクロミズムと構造化学2023

    • 著者名/発表者名
      阿部二朗
    • 学会等名
      2023年光化学討論会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ビナフチル架橋非対称イミダゾール二量体の合成と逆フォトクロミズム2023

    • 著者名/発表者名
      八木詩織、阿部二朗
    • 学会等名
      2023年光化学討論会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Three-state negative photochromism with a single photochromic unit2023

    • 著者名/発表者名
      Jiro Abe
    • 学会等名
      31st International Conference on Photochemistry (ICP2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2023-04-18   更新日: 2024-12-25  

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