| 研究領域 | π造形科学: 電子と構造のダイナミズム制御による新機能創出 |
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| 研究課題/領域番号 |
26102007
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
芥川 智行 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (60271631)
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| 研究分担者 |
帯刀 陽子 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (30435763)
森 寛敏 お茶の水女子大学, 人間文化創成科学研究科, 准教授 (90501825)
松田 真生 熊本大学, 自然科学研究科, 准教授 (80376649)
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| 研究期間 (年度) |
2014-07-10 – 2019-03-31
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| キーワード | 強誘電体 / ピレン / 発光 / オルガノゲル / ナノファイバ / 水素結合 / 電流スイッチング / 強弾性体 |
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| 研究実績の概要 |
ベンゼン環にアルキルアミド基を３つ導入したベンゼントリアミド(3BC)は、πスタック相互作用、アミド基の分子間水素結合、アルキル鎖間の疎水性相互作用を駆動力として自己組織化し、ナノファイバーやゲル化能およびディスコチックヘキサゴナルカラムナー液晶相(Colh)を示すことが知られている。本年度は、上記の知見を元に、π電子骨格をベンゼンからピレンに拡張させ、かつ非隣接アルキルアミド基を導入した分子を新規に合成した。これらの分子はいずれも、溶液中で特異な発光特性を示した。一方、熱物性および電気特性は、大きく異なる結果を与えた。ピレン誘導体分子は、黄色の固体として得られ、固体状態で黄緑色の蛍光を示した。全ての分子で、UV-visスペクトルに濃度依存性が観られなかったのに対して、蛍光スペクトルでは濃度依存性を示した。蛍光スペクトルの結果を示した。濃度の上昇に伴い400 nm付近のピーク強度が減少し(モノマー発光)、500 nm付近のピークが成長した(エキシマー発光)。また、エキシマー発光が出現する最少濃度は、無置換のピレンよりも1/1000薄い濃度であり、濃度の上昇に伴うレッドシフトを示した。以上の結果から、アルキルアミド基を導入したことで無置換ピレンと比べて、よりも強い会合能を有する事が明らかとなった。バルク物性に関しては、P-E測定において強誘電体に特徴的なヒステリシスが示された。また、強誘電体の内部電場に起因する電流スイッチング現象を新たに見いだした。
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| 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
昨年度は、アルキルアミド置換ピレン誘導体を中心に、オルガノゲル・ナノファイバ・液晶性などの多彩な分子集合体の形成と発光特性・強誘電性・電流スイッチング現象などの多重機能性の観点から研究を順調に実施した。本研究成果は、J. Phys. Chem. Lett誌の注目論文として、ACSLive Presentationへの選定が行われ、国際的に高い評価を受けた。また、アルキルアミド鎖の機能性π電子骨格への導入は、普遍的な物質設計のアプローチとして用いることが可能であり、今後のさらなる発展が期待できる点は、高い評価に値する。単純なπ電子骨格が示すintrinsic なπ電子機能に、アルキルアミド鎖のdynamicな反転運動が連動する事で、強誘電性と発光特性が共存した新規な分子システムが実現可能である点は、注目に値する研究成果である。また、強誘電体の内部電場に起因する電流スイッチング現象を新たに見いだした点は、今後のdynamic－πシステムの設計、さらにelastic-πの設計への道しるべの一つと位置づける事ができる。同時に、両親媒性の単純有機塩に着目して、その逐次相転移現象とdynamicな分子コンフォメーション変化の相関に関する検討を実施できたのは、今後のdynamic-πシステムの設計にとり有益な知見が得られた。また、京大関研および名古屋大竹延研との共同研究が、研究成果として論文発表を行った点も評価できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
アルキルアミド鎖を導入した機能性π電子化合物の合成と物性評価を中心に、Intrinsic-πちdynamic-πおよびelastic-πシステムとの融合を模索する。最初に、溶液中の分子会合特性と発光物性制御の観点から、キラルアルキル鎖を置換したピレン誘導体に関して、CDスペクトル測定から螺旋会合体の形成に関する検討を実施する。会合体の濃度に依存した構造変化を検討する事で、エキシマー発光の波長とピレン同士の積層構造に関する検討を実施する。また、キラル誘導体との混晶の作製と誘電物性の相関について検討を実施誌、キラル構造に特徴的な物性発現を探索する。一方向回転を可能とする分子ローターや一方向輸送を可能とするプロトンポンプの創製に関する検討をdynamic-πシステムの開発から検討する。単純な多置換ベンゼン誘導体で得られたカラム内で相関を有する分子回転挙動を元にした分子設計を進める。また、領域内の共同研究として、高エネ研足立研、東工大福島研、大阪大鈴木研、阪大櫻井研、名古屋大志久保研、千葉大矢貝研などを実施中である。
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