プロトン移動現象と光異性化反応の融合による光応答性有機強誘電体の創出

• 研究領域: 理論と実験の協奏による柔らかな分子系の機能の科学
• 研究課題/領域番号: 16H00851
• 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: 立教大学
• 研究代表者: 森本 正和 立教大学, 理学部, 教授 (70447126)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2017年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2016年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
• キーワード: 超分子化学 / 分子性固体 / 誘電体物性 / フォトクロミズム / 水素結合

研究実績の概要

外部刺激に柔軟に応答する柔らかな分子系における新現象・新機能の発掘に関する研究として、フォトクロミック分子の光異性化反応により強誘電物性を可逆的に変化させる有機分子結晶を創出することを目的とした。分子間プロトン移動機構により強誘電性を発現し得る水素結合性フォトクロミック分子結晶を合成し、それらの結晶相光反応、ならびに結晶構造と誘電物性との関係について検討した。
水素結合性のイミダゾールを有する様々なフォトクロミック分子を合成した。これらの分子結晶の多くは紫外光と可視光の照射により可逆的な光異性化反応を起こし、フォトクロミズムを示した。その一部の誘導体の結晶において、一次元水素結合ネットワークに関与するイミダゾールのN-H水素原子がディスオーダーしていた。これは、互いに等価であるがN-H水素原子の配向の異なる水素結合構造が結晶中において混在しているためと考えられる。この単結晶の電気物性を測定したところ、分子間プロトン移動に由来すると考えられる誘電率の温度依存性・電場周波数依存性が観測された。水素原子のディスオーダーと誘電応答の有無は、結晶構造の対称性に依存することが分かった。100～300 Kにおいて分極-電場ヒステリシスを測定したが、ヒステリシスループの開きは観測されず、この単結晶について強誘電性の発現は認められなかった。強誘電性の発現のためには、結晶中での水素結合一次元鎖同士を接近させることで鎖間の電気的相関を強くするなどの結晶構造設計が必要と考えている。本研究で設計・合成した水素結合性フォトクロミック分子を用いることで、プロトン移動に由来する誘電応答と光化学反応性とを併せもつ複合機能有機分子結晶を構築できることが分かった。

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] A turn-on mode fluorescent diarylethene: Solvatochromism of fluorescence (2018)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Morimoto, Yuta Takagi, Karina Hioki, Tatsuhiro Nagasaka, Hikaru Sotome, Syoji Ito, Hiroshi Miyasaka, Masahiro Irie
  • 雑誌名: Dyes and Pigments 巻: 153 ページ: 144-149
  • DOI: 10.1016/j.dyepig.2018.02.016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoswitchable Turn-on Mode Fluorescent Diarylethenes: Strategies for Controlling the Switching Response (2018)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Irie, Masakazu Morimoto
  • 雑誌名: Bulletin of the Chemical Society of Japan 巻: 91 号: 2 ページ: 237-250
  • DOI: 10.1246/bcsj.20170365
  • NAID: 130006350252
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fluorescence Photoswitching of a Diarylethene by Irradiation with Single-Wavelength Visible Light (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryota Kashihara, Masakazu Morimoto, Syoji Ito, Hiroshi Miyasaka, Masahiro Irie
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 139 号: 46 ページ: 16498-16501
  • DOI: 10.1021/jacs.7b10697
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal decomposition product of 1,2-bis(2-methyl-1-benzofuran-3-yl)perfluorocyclopentene (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Yamaguchi, T. Nakagawa, T. Ozeki, M. Fukuda, M. Morimoto, S. Takami
  • 雑誌名: Tetrahedron Letters 巻: 58 号: 47 ページ: 4447-4449
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2017.10.017
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photosalient Phenomena that Mimic Impatiens Are Observed in Hollow Crystals of Diarylethene with a Perfluorocyclohexene Ring (2017)
  • 著者名/発表者名: Eri Hatano, Masakazu Morimoto, Takahito Imai, Kengo Hyodo, Ayako Fujimoto, Ryo Nishimura, Akiko Sekine, Nobuhiro Yasuda, Satoshi Yokojima, Shinichiro Nakamura, Kingo Uchida
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 56 号: 41 ページ: 12576-12580
  • DOI: 10.1002/anie.201706684
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoswitchable Fluorescent Diarylethene Derivatives with Thiophene 1,1-Dioxide Groups: Effect of Alkyl Substituents at the Reactive Carbons (2017)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Morimoto, Takaki Sumi, Masahiro Irie
  • 雑誌名: Materials 巻: 10 号: 9 ページ: 1021-1021
  • DOI: 10.3390/ma10091021
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Photoregulation of Retro-Diels-Alder Reaction at the Center of Polymer Chains (2017)
  • 著者名/発表者名: Jumpei Kida, Keiichi Imato, Raita Goseki, Masakazu Morimoto, Hideyuki Otsuka
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 46 号: 7 ページ: 992-994
  • DOI: 10.1246/cl.170251
  • NAID: 130005709480
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diastereoselective photocyclization of a photochromic diarylethene having a benzo[b]phosphole P-oxide group (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Ichikawa, Masakazu Morimoto, Masahiro Irie
  • 雑誌名: Dyes and Pigments 巻: 137 ページ: 214-220
  • DOI: 10.1016/j.dyepig.2016.10.010
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 光駆動分子結晶アクチュエーター：分子マシンをめざす1つの試み (2016)
  • 著者名/発表者名: 森本正和、入江正浩
  • 雑誌名: 有機合成化学協会誌 巻: 74 号: 12 ページ: 1217-1224
  • DOI: 10.5059/yukigoseikyokaishi.74.1217
  • NAID: 130005251194
  • ISSN: 0037-9980, 1883-6526
  • 査読あり
• [雑誌論文] Turn-on mode fluorescence photoswitching of diarylethene single crystals (2016)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Morimoto, Ryota Kashihara, Katsuya Mutoh, Yoichi Kobayashi, Jiro Abe, Hikaru Sotome, Syoji Ito, Hiroshi Miyasaka, Masahiro Irie
  • 雑誌名: CrystEngComm 巻: 18 号: 38 ページ: 7241-7248
  • DOI: 10.1039/c6ce00725b
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Photoinduced topographical changes on microcrystalline surfaces of diarylethenes (2016)
  • 著者名/発表者名: Noriko Fujinaga, Naoki Nishikawa, Ryo Nishimura, Kengo Hyodo, Seiji Yamazoe, Yuko Kojima, Kazuki Yamamoto, Tsuyoshi Tsujioka, Masakazu Morimoto, Satoshi Yokojima, Shinichiro Nakamura, Kingo Uchida
  • 雑誌名: CrystEngComm 巻: 18 号: 38 ページ: 7229-7235
  • DOI: 10.1039/c6ce00718j
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Photosalient effect of a diarylethene with a perfluorocyclohexene ring (2016)
  • 著者名/発表者名: Eri Hatano, Masakazu Morimoto, Kengo Hyodo, Nobuhiro Yasuda, Satoshi Yokojima, Shinichiro Nakamura, Kingo Uchida
  • 雑誌名: Chemistry-A European Journal 巻: 22 号: 36 ページ: 12680-12683
  • DOI: 10.1002/chem.201603020
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Emission color tuning and white-light generation based on photochromic control of energy transfer reactions in polymer micelles (2016)
  • 著者名/発表者名: Magnus Balter, Shiming Li, Masakazu Morimoto, Sicheng Tang, Jordi Hernando, Gonzalo Guirado, Masahiro Irie, Francisco M. Raymo, Joakim Andreasson
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: 7 号: 9 ページ: 5867-5871
  • DOI: 10.1039/c6sc01623e
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Photoinduced reversible formation of a superhydrophilic surface by crystal growth of diarylethene (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Takase, Kengo Hyodo, Masakazu Morimoto, Yuko Kojima, Hiroyuki Mayama, Satoshi Yokojima, Shinichiro Nakamura and Kingo Uchida
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 52 号: 42 ページ: 6885-6887
  • DOI: 10.1039/c6cc01638c
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 1D chains of lanthanoid ions and a dithienylethene ligand showing slow relaxation of the magnetization (2016)
  • 著者名/発表者名: Mudasir Ahmad Yatoo, Goulven Cosquer, Masakazu Morimoto, Masahiro Irie, Brian K. Breedlove, Masahiro Yamashita
  • 雑誌名: Magnetochemistry 巻: 2 号: 2 ページ: 21-21
  • DOI: 10.3390/magnetochemistry2020021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Photo-activation of single molecule magnet behavior in a manganese-based complex (2016)
  • 著者名/発表者名: Ahmed Fetoh, Goulven Cosquer, Masakazu Morimoto, Masahiro Irie, Ola El-Gammal, Gaber Abu El-Reash, Brian K. Breedlove, Masahiro Yamashita
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1
  • DOI: 10.1038/srep23785
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Photomechanical Performance of Diarylethene Single Crystals (2017)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Morimoto
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会 Asian International Symposium -Organic Crystals-
  • 発表場所: 慶應義塾大学日吉キャンパス（神奈川県横浜市港北区日吉）
  • 年月日: 2017-03-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Photochromism and mechanical performance of diarylethene single crystals (2017)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Morimoto
  • 学会等名: The 39th Progress In Electromagnetics Research Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] フォトクロミック分子・分子結晶の光反応と物性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 森本正和
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
  • 招待講演
• [学会発表] Turn-on mode fluorescence photoswitching of diarylethene single crystals (2016)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Morimoto, Ryota Kashihara, Katsuya Mutoh, Yoichi Kobayashi, Jiro Abe, Hikaru Sotome, Syoji Ito, Hiroshi Miyasaka, Masahiro Irie
  • 学会等名: International Symposium on Photochromism 2016 (ISOP 2016)
  • 発表場所: East China University of Science and Technology (ECUST), Shanghai, China
  • 年月日: 2016-11-04
  • 国際学会
• [学会発表] ベンゾホスホール基を有するジアリールエテンの不斉光反応 (2016)
  • 著者名/発表者名: 市川智浩、森本正和、入江正浩
  • 学会等名: 2016年光化学討論会
  • 発表場所: 東京大学駒場第一キャンパス（東京都目黒区駒場）
  • 年月日: 2016-09-06
• [備考] 立教大学森本正和研究室ホームページ
  • URL: http://www2.rikkyo.ac.jp/web/m-morimoto/index.html
• [備考] 立教大学森本研究室ホームページ
  • URL: http://www2.rikkyo.ac.jp/web/m-morimoto/index.html