高性能円偏光発光材料の開発を目的とした不斉ケイ素原子の構築

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15K05604
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 山野井 慶徳 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (20342636)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 円偏光発光 / 不斉ケイ素原子 / 有機ケイ素

研究実績の概要

円偏光発光(CPL)を示す化合物は3次元ディスプレイの発光材料としての利用が期待されている。CPL化合物はこれまでにアトロプ異性体やπ共役高分子などの凝集状態での研究報告が殆どであり、単分子状態で良好な結果を示す例はあまり知られていない。一方
、π共役置換基が結合した有機ケイ素化合物は良好な発光特性を示すものが多い。不斉ケイ素原子にπ共役置換基を結合させれば、不斉ケイ素原子を介してキラルな共役系を構築することができるために、単分子状態で高性能なCPL特性を示すことが期待できる。
平成28年度は平成27年度で行った化合物群のπ共役系をより拡張した化合物の合成と光物性に関する研究を行った。具体的には平成27年度で合成したアントラセン部位をより大きなπ共役系を有する置換基（具体的にはピレン骨格）に置換したものである。合成は我々が開発したパラジウム触媒を用いた2級シランの不斉アリール化反応で行った。収率は50%程度で単離でき、光学的に純粋な化合物は再結晶を繰り返すことで得られた。
予測したように分子のキラル性が大きいほどCPL値は大きくなった。キラル性の大きさは不斉ケイ素原子に結合する各々の置換基の大きさの差に依存するため、ピレン誘導体はアントラセン誘導体と比較し、より大きなCPL値を示した。吸収および発光過程の考察のため、Gaussian 09を用いた理論計算を行った。これらの化合物の吸収及び発光は、アントラセンやピレンの骨格上及びその骨格に結合したケイ素原子上に存在するHOMO-LUMO間の遷移が主である。したがって、これらの化合物CPLの大きさは、1分子内の不斉ケイ素原子の数に依存すると考えられる。ケイ素上のπ共役置換基を変化させることで分子構造と円偏光発光特性の相関を調査し、最大でCPL特性 glum=0.008を示し、単純な有機ケイ素化合物では非常に高い値を示した。

研究成果

• [雑誌論文] Aggregation-Induced Emission Enhancement from Disilane-Bridged Donor-Acceptor-Donor Luminogens Based on the Triarylamine Functionality (2018)
  • 著者名/発表者名: Usuki, Tsukasa; Shimada, Masaki; Yamanoi, Yoshinori; Ohto, Tatsuhiko; Tada, Hirokazu; Kasai, Hidetaka; Nishibori, Eiji; Nishihara, Hiroshi
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 10 ページ: 12164-12172
  • DOI: 10.1021/acsami.7b14802
  • 査読あり
• [雑誌論文] Attachment chemistry of aromatic compounds on a Silicon(100) surface (2018)
  • 著者名/発表者名: Henriksson, Anders; Nishiori, Daiki; Maeda, Hiroaki; Miyachi, Mariko; Yamanoi, Yoshinori; Nishihara, Hiroshi
  • 雑誌名: Surface Science 巻: 669 ページ: 140-144
  • DOI: 10.1016/j.susc.2017.11.017
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Multifunctional Octamethyltetrasila[2.2]cyclophanes: Conformational Variations, Circularly Polarized Luminescence, and Organic Electroluminescence (2017)
  • 著者名/発表者名: Shimada, Masaki; Yamanoi, Yoshinori; Ohto, Tatsuhiko; Pham, Song-Toan; Yamada, Ryo; Tada, Hirokazu; Omoto, Kenichiro; Tashiro, Shohei; Shionoya, Mitsuhiko; Hattori, Mineyuki; Jimura, Keiko; Hayashi, Shigenobu; Koike, Hikaru; Iwamura, Munetaka; Nozaki, Koichi; Nishihara, Hiroshi
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 139 ページ: 11214-11221
  • DOI: 10.1021/jacs.7b05671
  • 査読あり
• [学会発表] The development of tetrasila[2.2]cyclophane derivatives for solid-state emission，electroluminescence，and circularly polarized luminescence (2017)
  • 著者名/発表者名: 島田真樹，山野井慶徳，大戸達彦，山田亮，Pham Song-Toan，夛田博一，小池ひかる，岩村宗高，野崎浩一，西原寛
  • 学会等名: 2017年光化学討論会
• [学会発表] Synthesis and physical properties of tetrasila[2.2]thiophenophane derivatives for the luminescent and chiroptical materials (2017)
  • 著者名/発表者名: Masaki Shimada，Yoshinori Yamanoi，Kenichiro Omoto，Shohei Tashiro，Mitsuhiko Shionoya，Tatsuhiko Ohto，Song-Toan Pham，Ryo Yamada，Hirokazu Tada，Mineyuki Hattori，Keiko Jimura，Shigenobu Hayashi，Hikaru Koike，Munetaka Iwamura，Koichi Nozaki，Hiroshi Nishihara
  • 学会等名: 254th ACS National Meeting & Exposition
  • 国際学会
• [学会発表] 固体発光・円偏光発光を示すオクタメチルテトラシラ[2.2]シクロファンの創製 (2017)
  • 著者名/発表者名: 島田真樹，山野井慶徳，小池ひかる，岩村宗高，野崎浩一，西原寛
  • 学会等名: 第21回ケイ素化学シンポジウム
• [備考] 東京大学大学院理学系研究科化学専攻無機化学研究室
  • URL: https://www.chem.s.u-tokyo.ac.jp/users/inorg/link.html