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2018 年度 実績報告書

光と熱によって自由に動き回るメカニカル結晶の開発

研究課題

研究課題/領域番号 17J10691
研究機関早稲田大学

研究代表者

谷口 卓也  早稲田大学, 先進理工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2019-03-31
キーワード光トリガー相転移 / メカニカル結晶 / 構造相転移 / フォトクロミック結晶
研究実績の概要

当該年度までに、光トリガー相転移という興味深い現象を見出していたため、当該年度はその光トリガー相転移について詳細に調べ、発現機構を明らかにした。光トリガー相転移は、熱的な構造相転移が起きる光反応性結晶において発見された現象である。この結晶は2度の構造相転移が起こり、温度変化に応じてα、β、γ相の間を変化できる。
これまでに-50℃で結晶に光照射すると光トリガー相転移が起きることは見出していた。これはβ相の結晶に光を当てるとγ相の結晶構造に変化することを意味する。新たに、α相およびγ相の結晶に光照射したところ、光トリガー相転移は起こらず、結晶相は変化しなかった。したがって、光トリガー相転移はβ相において特有の現象であることがわかった。
このβ相からγ相への光トリガー相転移の発現機構を考察するため、光異性化による生成物trans-keto体の分子構造を量子化学計算により最適化した。その結果、元のenol体とは二面角が大きく異なり、光異性化による構造変化が大きいことがわかった。この分子構造変化が結晶中で起きると、trans-keto体は周りの分子にひずみを与えると考えられる。実際の結晶において、光照射前は全ての分子がEnol体である。光照射すると、照射面から光異性化が進行し、trans-keto体ができ、ひずみを与え始める。ある程度trans-keto体が生成すると、そのひずみを解消するように結晶全体の構造がドミノ倒しのように進む。これが、光トリガー相転移の発現機構である。この時、β相からγ相へのエネルギー障壁が0.2 kJ/molと小さいことも光トリガー相転移の発現に寄与していると考えられる。
光照射によって、光異性化と光トリガー相転移を起こすことができ、それらを組み合わせた複雑なメカニカル機能を創出することができた。

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

    (12件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Photo-triggered phase transition of a crystal2019

    • 著者名/発表者名
      Takuya Taniguchi, Hiroyasu Sato, Yuki Hagiwara, Toru Asahi, Hideko Koshima
    • 雑誌名

      Communications Chemistry

      巻: 2 ページ: 19

    • DOI

      https://doi.org/10.1038/s42004-019-0121-8

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Two-step photomechanical motion of a dibenzobarrelene crystal2018

    • 著者名/発表者名
      Takuya Taniguchi, Ayumi Kubota, Tatsuya Moritoki, Toru Asahi, Hideko Koshima
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 8 ページ: 34314-34320

    • DOI

      10.1039/C8RA06639F

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Photo-triggered phase transition of a photochromic crystal2019

    • 著者名/発表者名
      Takuya Taniguchi, Hiroyasu Sato, Yuki Hagiwara, Toru Asahi, Hideko Koshima
    • 学会等名
      日本化学会第99春季年会
  • [学会発表] Phase transition and mechanical motion of a salicylideneamine crystal induced by heat and light2019

    • 著者名/発表者名
      Yuki Hagiwara, Takuya Taniguchi, Toru Asahi, Hideko Koshima
    • 学会等名
      日本化学会第99春季年会
  • [学会発表] Thermal phase transition of a photochromic salicylideneaniline crystal2019

    • 著者名/発表者名
      Yuki Hagiwara, Takuya Taniguchi, Toru Asahi, Hideko Koshima
    • 学会等名
      日本化学会第99春季年会
  • [学会発表] サリチリデンナフチルエチルアミン結晶の光トリガー相転移2018

    • 著者名/発表者名
      谷口卓也, 佐藤寛泰, 朝日透, 小島秀子
    • 学会等名
      2018年光化学討論会
  • [学会発表] Photomechanical and Thermomechanical Molecular Crystals2018

    • 著者名/発表者名
      Takuya Taniguchi, Hideko Koshima
    • 学会等名
      31st European Crystallographic Meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Thermal Locomotion of Chiral Crystals by Phase Transition2018

    • 著者名/発表者名
      Takuya Taniguchi, Haruki Sugiyama, Hidehiro Uekusa, Motoo Shiro, Hideko Koshima, Toru Asahi
    • 学会等名
      4th Molecular Chirality Asia
    • 国際学会
  • [学会発表] Mechanical Motion of Photochromic Salicylideneaniline Crystals by Phase Transition2018

    • 著者名/発表者名
      Yuki Hagiwara, Takuya Taniguchi, Toru Asahi, Hideko Koshima
    • 学会等名
      10th Asian Photochemistry Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] サリチリデンアニリン結晶の光異性化と熱相転移によるメカニカルな動き2018

    • 著者名/発表者名
      萩原佑紀, 谷口卓也, 小島秀子, 朝日透
    • 学会等名
      第27回有機結晶シンポジウム
  • [学会発表] Mechanical Motions of Salicylideneaniline Crystals Induced by Light and Heat2018

    • 著者名/発表者名
      Yuki Hagiwara, Takuya Taniguchi, Toru Asahi, Hideko Koshima
    • 学会等名
      2018年光化学討論会
  • [備考]

    • URL

      http://asahi-lab.jp/member/staff/taniguchi.html

URL: 

公開日: 2019-12-27  

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