光応答性分子結晶の構造変化による固体物性制御

• 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: 26104537
• 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, 准教授 (70447126)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円); 2015年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2014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高度な分子集積と機能創成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伴う構造変化により固体物性を可逆的に制御できる分子結晶を創出することを目的とした。
応答波長の異なる２種のフォトクロミック分子からなる２成分混晶の光誘起結晶変形を観測した。紫外光照射により青色の異性体を生成する分子（A）および赤色の異性体を生成する分子（B）を含む混晶を合成した。無色の針状結晶に紫外光を照射すると、AとBの両方の構造変化により、結晶は紫色に着色するとともに屈曲変形を示した。そのあと、Aの青色の異性体のみが吸収する750 nm光を照射すると、Aの退色反応が選択的に進行し、結晶の屈曲は一部解消されたが、B由来の屈曲が残った。さらに、500 nm以上の可視光を照射すると、Bの退色反応が起こり、結晶はもとのまっすぐな形に戻った。２種のフォトクロミック分子を同一結晶内で複合化し、照射光の波長を選択することで、２成分の構造変化を反映した結晶変形の制御が可能であることが示唆された。
誘電物性の光制御に向けて、分子間水素結合を有するフォトクロミック分子結晶を合成した。水素結合性のイミダゾールを有するフォトクロミック分子は、結晶中において分子間プロトン移動を示し得る水素結合一次元鎖を形成していることが示唆された。単結晶の電気物性を測定したところ、誘電率の温度依存性・電場周波数依存性が観測された。また、このフォトクロミック分子は結晶中での光異性化反応が可能な立体配座に固定されており、紫外光と可視光の照射による結晶の可逆的なフォトクロミズムが観測された。
フォトクロミック分子の構造変化により高度なメカニカル機能を示す分子結晶を見出し、誘電物性の光制御に向けた水素結合性フォトクロミック分子結晶の設計に関する知見を得た。

現在までの達成度 (段落)

27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

27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] Photochromism of diarylethene derivatives having benzophosphole and benzothiophene groups (2016)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Ichikawa, Masakazu Morimoto, Hikaru Sotome, Syoji Ito, Hiroshi Miyasaka, Masahiro Irie
  • 雑誌名: Dyes and Pigments 巻: 126 ページ: 186-193
  • DOI: 10.1016/j.dyepig.2015.11.023
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fluorescent photochromic diarylethene that turns on with visible light (2015)
  • 著者名/発表者名: Takaki Sumi, Tomohiro Kaburagi, Masakazu Morimoto, Kanako Une, Hikaru Sotome, Syoji Ito, Hiroshi Miyasaka, Masahiro Irie
  • 雑誌名: Organic Letters 巻: 17 号: 19 ページ: 4802-4805
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.5b02361
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Light-driven bending of diarylethene mixed crystals (2015)
  • 著者名/発表者名: Satoko Ohshima, Masakazu Morimoto, Masahiro Irie
  • 雑誌名: Chemical Sciences 巻: 6 号: 10 ページ: 5746-5752
  • DOI: 10.1039/c5sc01994j
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Two-colour fluorescent imaging in organisms using self-assembled nano-systems of upconverting nanoparticles and molecular switches (2015)
  • 著者名/発表者名: Tuoqi Wu, Bob Johnsen, Zhaozhao Qin, Masakazu Morimoto, David Baillie, Masahiro Irie, Neil R. Branda
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 7 号: 26 ページ: 11263-11266
  • DOI: 10.1039/c5nr03058g
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Photo-control of the magnetic properties of Dy(III) and Ho(III) homometal coordination polymers bridged by a diarylethene ligand (2015)
  • 著者名/発表者名: Goulven Cosquer, Masakazu Morimoto, Masahiro Irie, Ahmed Fetoh, Brian K. Breedlove, Masahiro Yamashita
  • 雑誌名: Dalton Transactions 巻: 44 号: 13 ページ: 5996-6002
  • DOI: 10.1039/c4dt03093a
  • 査読あり
• [雑誌論文] A diarylethene as the SO2 gas generator upon UV irradiation (2015)
  • 著者名/発表者名: Ryuhei Kodama, Kimio Sumaru, Kana Morishita, Toshiyuki Kanamori, Kengo Hyodo, Takashi Kamitanaka, Masakazu Morimoto, Satoshi Yokojima, Shinichiro Nakamura and Kingo Uchida
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 51 号: 9 ページ: 1736-1738
  • DOI: 10.1039/c4cc07790c
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Control of the Single-Molecule Magnet Behavior of Lanthanide-Diarylethene Photochromic Assemblies by Irradiation with Light (2014)
  • 著者名/発表者名: Dawid Pinkowicz, Min Ren, Li-Min Zheng, Saki Sato, Miki Hasegawa, Masakazu Morimoto, Masahiro Irie, Brian K. Breedlove, Goulven Cosquer, Keiichi Katoh, Masahiro Yamashita
  • 雑誌名: Chemistry－A European Journal 巻: 39 号: 39 ページ: 12502-12513
  • DOI: 10.1002/chem.201402647
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A photo- and halochromic multicolor switching system consisting of diarylethene and malachite green moieties (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuto Tatsumi, Noriko Fujinaga, Megumi Kasuno, Masakazu Morimoto, Satoshi Yokojima, Shinichiro Nakamura, Kingo Uchida
  • 雑誌名: New Journal of Chemistry 巻: 38 号: 12 ページ: 5706-5714
  • DOI: 10.1039/c4nj00434e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photochromism and fluorescence properties of 1,2-bis(2-alkyl-1-benxothiophene-3-yl)perhydrocyclopentens (2014)
  • 著者名/発表者名: Tadatsugu Yamaguchi, Manabu Hosaka, Keigo Shinohara, Toru Ozeki, Mitsuhiro Fukuda, Shizuka Takami, Yukihide Ishibashi, Tsuyoshi Asahi, Masakazu Morimoto
  • 雑誌名: Journal of Photochemistry and Photobioly A 巻: 285 ページ: 44-51
  • DOI: 10.1016/j.jphotochem.2014.04.007
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Photochromic reaction of diarylethenes having phenol moiety as an aryl ring (2014)
  • 著者名/発表者名: Tadatsugu Yamaguchi, Yusuke Kamihashi, Toru Ozeki, Ayaka Uyama, Jun-ichiro Kitai, Megumi Kasuno, Kimio Sumaru, Yoshiro Kimura, Satoshi Yokojima, Shinichiro Nakamura, Masakazu Morimoto, Kingo Uchida
  • 雑誌名: Bulletin of the Chemical Society of Japan 巻: 87 号: 4 ページ: 528-538
  • DOI: 10.1246/bcsj.20130252
  • NAID: 130004059110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoirradiation wavelength dependence of cycloreversion quantum yields of diarylethenes (2014)
  • 著者名/発表者名: Takaki Sumi, Yuta Takagi, Akira Yagi, Masakazu Morimoto, Masahiro Irie
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 50 号: 30 ページ: 3928-3930
  • DOI: 10.1039/c4cc00396a
  • 査読あり
• [学会発表] Photomechanical performance of diarylethene single crystals (2015)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Morimoto
  • 学会等名: The 2015 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem)
  • 発表場所: Hawaii Convention Center, Hawaii, USA
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会
• [学会発表] Making and breaking bonds with light in crystals: diarylethene crystals that convert light into mechanical work (2015)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Morimoto
  • 学会等名: Gordon Research Conference - Artificial Molecular Switches and Motors
  • 発表場所: Stonehill College, Massachusetts, USA
  • 年月日: 2015-06-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [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合成とフォトクロミック特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 市川智浩、森本正和、入江正浩
  • 学会等名: 日本化学会第95春季年会
  • 発表場所: 日本大学理工学部船橋キャンパス／薬学部（千葉県船橋市）
  • 年月日: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [学会発表] Photochromism of diarylethene single crystals: photoinduced shape change and photomechanical performance (2014)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Morimoto
  • 学会等名: Breaking and Making Bonds with Light Workshop
  • 発表場所: Telluride Intermediate School (Colorado, USA)
  • 年月日: 2014-06-30 – 2014-07-04
  • 招待講演
• [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