不斉結晶のメカノクロミズム：汎用的刺激応答性材料の設計と新機能の開拓

• 研究領域: 配位アシンメトリー：非対称配位圏設計と異方集積化が拓く新物質科学
• 研究課題/領域番号: 17H05344
• 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: 北海道大学
• 研究代表者: 関 朋宏 北海道大学, 工学研究院, 助教 (50638187)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2018年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2017年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
• キーワード: 配位 / 錯体 / キラル / 相転移 / 結晶 / 発光 / 不斉 / メカノクロミズム / 包接 / 発光性メカノクロミズム / アシンメトリー / キラリティ / 金錯体 / 単結晶

研究実績の概要

我々は、アリール金イソシアニド錯体からなる発光性メカノクロミック分子の研究に取り組んできた。メカノクロミズムとは、固体の発光の色が磨砕や力学適応力により切り替わる現象である。固体をこするというシンプルな外部刺激によって分子の機能（発光）が切り替わる点が興味深く、センサーやディスプレイとして応用が可能とされている。本研究では、発光性メカノクロミズムを示す金錯体に対してキラリティの要素を組み込むことで、新奇刺激応答性材料の開発を試みる。
あるアキラルな金錯体が、機械的刺激を与えることでその発光特性が変化するメカノクロミズムを示すことを見出した。この錯体の機械的刺激を印加する前の結晶構造を調べると、水素結合を介して集合した結晶構造を構築していた。粉末エックス線回折測定により、機械的刺激を印加した後の分子配列を調査したところアモルファスであることがわかり、結晶－アモルファス相転移によって発光変化が起こったことが明らかとなった。水素結合を形成した結晶構造にヒントを得て、この金錯体と水素結合が可能なゲスト分子との共結晶化を行うと、意図したとおり、金錯体とゲスト分子からなる共結晶を形成した。その同定は、X線構造解析とNMR、元素分析により行った。この共結晶は、金錯体のみで結晶化した場合とは発光特性やメカノクロミズム特性が異なることがわかった。今後は、キラリティを持つゲスト分子との複合化を行い、その発光性クロミック特性を評価する。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30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] Dependence of Absorption and Emission Spectra on Polymorphs of Gold(I) Isocyanide Complexes: Theoretical Study with QM/MM Approach (2019)
  • 著者名/発表者名: Aono Shinji、Seki Tomohiro、Ito Hajime、Sakaki Shigeyoshi
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 123 号: 8 ページ: 4773-4794
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b10602
  • 査読あり
• [雑誌論文] Luminescent mechanochromism of gold N-heterocyclic carbene complexes with hypso- and bathochromic spectral shifts (2019)
  • 著者名/発表者名: Seki Tomohiro、Kashiyama Kentaro、Ito Hajime
  • 雑誌名: Dalton Transactions 巻: 印刷中 号: 21 ページ: 7105-7109
  • DOI: 10.1039/c9dt00566h
  • NAID: 120006849864
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anisotropic strain release in a thermosalient crystal: correlation between the microscopic orientation of molecular rearrangements and the macroscopic mechanical motion (2019)
  • 著者名/発表者名: Seki Tomohiro、Mashimo Takaki、Ito Hajime
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: 印刷中 号: 15 ページ: 4185-4191
  • DOI: 10.1039/c8sc05563g
  • 査読あり
• [雑誌論文] A meta-diisocyanide benzene-based aryl gold isocyanide complex exhibiting multiple solid-state molecular arrangements and luminescent mechanochromism (2018)
  • 著者名/発表者名: Seki Tomohiro、Ida Kentaro、Ito Hajime
  • 雑誌名: Materials Chemistry Frontiers 巻: 2 号: 6 ページ: 1195-1200
  • DOI: 10.1039/c8qm00074c
  • NAID: 120006636178
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Spin-orbit coupling dependent energy transfer in luminescent nonanuclear Yb-Gd / Yb-Lu clusters (2018)
  • 著者名/発表者名: Omagari Shun、Nakanishi Takayuki、Kitagawa Yuichi、Seki Tomohiro、Fushimi Koji、Ito Hajime、Meijerink Andries、Hasegawa Yasuchika
  • 雑誌名: Journal of Luminescence 巻: 201 ページ: 170-175
  • DOI: 10.1016/j.jlumin.2018.04.049
  • NAID: 120006882064
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Light-regulated crystal growth of π-conjugated luminophores in an azobenzene matrix (2018)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Takuji、Kitamoto Yuichi、Hirai Yu、Kajitani Takashi、Seki Tomohiro、Yagai Shiki
  • 雑誌名: Communications Chemistry 巻: 1 号: 1 ページ: 58-58
  • DOI: 10.1038/s42004-018-0061-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Spiral Eu(III) coordination polymers with circularly polarized luminescence (2018)
  • 著者名/発表者名: Yasuchika Hasegawa, Yui Miura, Yuichi Kitagawa, Satoshi Wada, Takayuki Nakanishi, Koji Fushimi, Tomohiro Seki, Hajime Ito, Takeshi Iwasa, Tetsuya Taketsugu, Masayuki Gon, Kazuo Tanaka, Yoshiki Chujo, Shingo Hattori, Masanobu Karasawa and Kazuyuki Ishii
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 54 号: 76 ページ: 10695-10697
  • DOI: 10.1039/c8cc05147j
  • NAID: 120006727594
  • 査読あり
• [雑誌論文] A gold isocyanide complex with a pendant carboxy group: orthogonal molecular arrangements and hypsochromically shifted luminescent mechanochromism (2018)
  • 著者名/発表者名: Seki Tomohiro、Kobayashi Koh、Mashimo Takaki、Ito Hajime
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 54 号: 79 ページ: 11136-11139
  • DOI: 10.1039/c8cc06490c
  • NAID: 120006729573
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and Evaluation of 1,3a,6a-triazapentalene (TAP)-bonded system (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Ito, A. Mera, T. Mashita, T. Seki, J. Nakayama, E. Ohashi, K. Sangit, T. Hamura, H. Ito, K. Nanba
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 24 号: 67 ページ: 17727-17730
  • DOI: 10.1002/chem.201804733
  • NAID: 120006768206
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Manipulation of Triboluminescent Lanthanide Coordination Polymers by Side-Group Alteration (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirai Yuichi、Ferreira da Rosa Pedro Paulo、Nakanishi Takayuki、Kitagawa Yuichi、Fushimi Koji、Seki Tomohiro、Ito Hajime、Hasegawa Yasuchika
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 57 号: 23 ページ: 14653-14659
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.8b02367
  • 査読あり
• [雑誌論文] Soft Crystal Force Field for Reproducing the Crystal Structures of Aryl Gold Isocyanide Complexes (2018)
  • 著者名/発表者名: NAKAYAMA Naofumi、OBATA Shigeaki、HORI Yoshikazu、GOTO Hitoshi、SEKI Tomohiro、ITO Hajime
  • 雑誌名: Journal of Computer Chemistry, Japan 巻: 17 号: 3 ページ: 155-157
  • DOI: 10.2477/jccj.2018-0031
  • NAID: 130007503976
  • ISSN: 1347-1767, 1347-3824
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Synthesis and Photophysical Properties of Eu(III) Complexes with Phosphine Oxide Ligands Including Metal Ions (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Yamamoto, T. Nakanishi, Y. Kitagawa, T. Seki, H. Ito, K. Fushimi, Y. Hasegawa
  • 雑誌名: Bulletin of the Chemical Society of Japan 巻: 91 号: 1 ページ: 6-11
  • DOI: 10.1246/bcsj.20170241
  • NAID: 130006309063
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Luminescent Dinuclear EuIII/TbIII Complex with LMCT Band as a Single-Molecular Thermosensor (2018)
  • 著者名/発表者名: Yanagisawa Kei、Kitagawa Yuichi、Nakanishi Takayuki、Seki Tomohiro、Fushimi Koji、Ito Hajime、Hasegawa Yasuchika
  • 雑誌名: Chemistry - A European Journal 巻: 24 号: 8 ページ: 1956-1961
  • DOI: 10.1002/chem.201705021
  • NAID: 120006552868
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanical-Stimulation-Triggered and Solvent-Vapor-Induced Reverse Single-Crystal-to-Single-Crystal Phase Transitions with Alterations of the Luminescence Color (2018)
  • 著者名/発表者名: Jin Mingoo、Sumitani Toshiki、Sato Hiroyasu、Seki Tomohiro、Ito Hajime
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 140 号: 8 ページ: 2875-2879
  • DOI: 10.1021/jacs.7b12455
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Triboluminescence of Lanthanide Coordination Polymers with Face-to-Face Arranged Substituents (2017)
  • 著者名/発表者名: Hirai Yuichi、Nakanishi Takayuki、Kitagawa Yuichi、Fushimi Koji、Seki Tomohiro、Ito Hajime、Hasegawa Yasuchika
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 56 号: 25 ページ: 7171-7175
  • DOI: 10.1002/anie.201703638
  • NAID: 120006473599
  • 査読あり
• [雑誌論文] Luminescent Mechanochromic 9-Anthryl Gold(I) Isocyanide Complex with an Emission Maximum at 900 nm after Mechanical Stimulation (2017)
  • 著者名/発表者名: Seki Tomohiro、Tokodai Noriaki、Omagari Shun、Nakanishi Takayuki、Hasegawa Yasuchika、Iwasa Takeshi、Taketsugu Tetsuya、Ito Hajime
  • 雑誌名: Journal of The American Chemical Society 巻: 139 号: 19 ページ: 6514-6517
  • DOI: 10.1021/jacs.7b00587
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-temperature-selective luminescent mechanochromism of a thienyl gold isocyanide complex (2017)
  • 著者名/発表者名: Seki Tomohiro、Kobayashi Koh、Ito Hajime
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 53 号: 50 ページ: 6700-6703
  • DOI: 10.1039/c7cc03190d
  • NAID: 120006482567
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechano-Responsive Luminescence via Crystal-to-Crystal Phase Transitions between Chiral and Non-Chiral Space Groups (2017)
  • 著者名/発表者名: Jin Mingoo、Seki Tomohiro、Ito Hajime
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 139 号: 22 ページ: 7452-7455
  • DOI: 10.1021/jacs.7b04073
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Tuning the Lifetime of Transient Phases of Mechanochromic Gold Isocyanide Complexes through Functionalization of the Terminal Moieties of Flexible Side Chains (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Seki, Kentaro Kashiyama, Shiki Yagai, Hajime Ito
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 46 号: 9 ページ: 1415-1418
  • DOI: 10.1246/cl.170482
  • NAID: 130006067887
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Enhanced Luminescence of Asymmetrical Seven-Coordinate EuIII Complexes Including LMCT Perturbation (2017)
  • 著者名/発表者名: Yanagisawa Kei、Kitagawa Yuichi、Nakanishi Takayuki、Akama Tomoko、Kobayashi Masato、Seki Tomohiro、Fushimi Koji、Ito Hajime、Taketsugu Tetsuya、Hasegawa Yasuchika
  • 雑誌名: European Journal of Inorganic Chemistry 巻: 2017 号: 32 ページ: 3843-3848
  • DOI: 10.1002/ejic.201700815
  • NAID: 120006502496
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tris(trimethylsilyl)silylboronate Esters: Novel Bulky, Air- and Moisture-Stable Silylboronate Ester Reagents for Boryl Substitution and Silaboration Reactions (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Eiji、Shishido Ryosuke、Seki Tomohiro、Ito Hajime
  • 雑誌名: Organometallics 巻: 36 号: 16 ページ: 3019-3022
  • DOI: 10.1021/acs.organomet.7b00476
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phosphorescence Control Mediated by Molecular Rotation and Aurophilic Interactions in Amphidynamic Crystals of 1,4-Bis[tri-(p-fluorophenyl)phosphane-gold(I)-ethynyl]benzene (2017)
  • 著者名/発表者名: Jin Mingoo、Chung Tim S.、Seki Tomohiro、Ito Hajime、Garcia-Garibay Miguel A.
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 139 号: 49 ページ: 18115-18121
  • DOI: 10.1021/jacs.7b11316
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Origin of Concentration Quenching in Ytterbium Coordination Polymers: Phonon-Assisted Energy Transfer (2017)
  • 著者名/発表者名: Omagari Shun、Nakanishi Takayuki、Hirai Yuichi、Kitagawa Yuichi、Seki Tomohiro、Fushimi Koji、Ito Hajime、Hasegawa Yasuchika
  • 雑誌名: European Journal of Inorganic Chemistry 巻: 2018 号: 5 ページ: 561-567
  • DOI: 10.1002/ejic.201701040
  • 査読あり
• [学会発表] アルケニル金イソシアニド錯体のサーモサリエント効果とそのメカニズム調査 (2019)
  • 著者名/発表者名: 関 朋宏 眞下 峻希 伊藤 肇
  • 学会等名: 日本化学会第99春季年会(1D7-30)
• [学会発表] Luminescent Mechanochromic Gold Complex Exhibiting Phase Transition between Crystalline Phases (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Seki
  • 学会等名: 233rd ECS Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Reversible Single-Crystal-to-Single-Crystal Phase Transformations with Emission Color Changes Initiated by Mechanical Stimulation and Solvent Vapor (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Seki, Jin Mingoo, Toshiki Sumitani, Hajime Ito
  • 学会等名: the 43rd International Conference on Coordination Chemistry
  • 国際学会
• [学会発表] 芳香族金イソシアニド錯体の外部刺激応答特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 関 朋宏
  • 学会等名: 2018年度北海道高分子若手研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Gold Complexes Exhibiting Luminescent Mechanochomism (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Seki
  • 学会等名: 3rd International Caparica Conference on Chromogenic and Emissive Materials (IC3EM 2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 発光色変化や機械的応答を示す外部刺激応答性金錯体 (2018)
  • 著者名/発表者名: 関 朋宏
  • 学会等名: 若手研究者のための有機合成化学札幌セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Reversible phase transition between single crystals of luminescent gold complex (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Seki
  • 学会等名: 15th International Conference of the Asian Crystallographic Association (AsCA 2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Infrared-Emissive Luminescent Mechanochromism of Anthryl Gold Isocyanide Complex (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Seki
  • 学会等名: International Congress on Pure & Applied Chemistry (ICPAC) 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 機械的刺激と溶媒蒸気により誘起される発光性金錯体の可逆的単結晶－単結晶相転移 (2018)
  • 著者名/発表者名: 関 朋宏 墨谷 俊輝 陳 旻究 伊藤 肇
  • 学会等名: 日本化学会第98春季年会