双安定性金属錯体をもちいたプロトン－電子連動物性の探索

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K05800
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 志賀 拓也 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (00375411)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 双安定性 / 磁性 / プロトン / 電子 / 誘電性 / 分子エレクトロニクス / 鉄錯体 / 水素結合

研究実績の概要

複数の安定状態を持つ双安定性金属錯体は、配位子の修飾や分子集合構造の制御によって、多彩な電子状態を精密に設計することができる。双安定性化合物は、熱・光・圧力などの外場に応答し、複数の安定な電子状態間を可逆に変換できることから、分子をもちいたナノサイズの新しいエレクトロニクス材料としての応用が期待されている。このような分子は記録材料や表示素子などの機能性分子としての応用が期待されているが、電場に対する応答性の検討や誘電性の観点から物性探索した研究はほとんどなく、精密な分子設計によって新しい物性変換を行うことは、分子性機能材料としての可能性を広げると考えられる。本研究では、プロトン応答性を双安定性金属錯体に導入し、電場による磁性変換や磁場による誘電性の制御を分子レベルでの精密設計によって達成することを目的として研究を進めた。具体的には水素結合可能な部位として解離性プロトンを導入した双安定性分子を合成し、効果的な分子間相互作用をもたせてネットワーク構造を構築し、各種物性と外場応答性を調べ、プロトンと電子が連動した新しい物性変換機構を探索することを目標として研究を進めた。２種類の解離性プロトンを持つ平面性の高い３座配位子をもちいて、鉄単核錯体を合成した。合成条件に応じて、プロトン化状態とスピン状態が異なる５種類の鉄単核錯体を得、各種測定からそれぞれの電子状態を詳細に調べた。固体状態で酸・塩基蒸気応答性を示すことも明らかとなった。いくつかのプロトンドナー・アクセプター分子との複合化を行い、多彩な水素結合ネットワークを持つ高次集積体の構築にも成功した。熱や光による物性変換は数多く報告されているが、プロトンに起因した双安定性の発現や電場応答性の研究は皆無であり、本研究の成果をもとに適切な分子選択・分子修飾を行うことで、プロトンの変位と連動した新しい双安定性を発現できると考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Synthesis of novel Cl2Co4L6 clusterusing 1-hydroxymethyl-3,5-dimethylpyrazole (LH) ligand: Crystal structure, spectral, thermal, Hirschfeld surface analysis and catalytic oxidation evaluation (2020)
  • 著者名/発表者名: Titi Abderrahim、Shiga Takuya、Oshio Hiroki、Touzani Rachid、Hammouti Belkheir、Mouslim Messali、Warad Ismail
  • 雑誌名: Journal of Molecular Structure 巻: 1199 ページ: 126995～126995
  • DOI: 10.1016/j.molstruc.2019.126995
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Synthesis, characterization, X-Ray crystal study and bioctivities of pyrazole derivatives: Identification of antitumor, antifungal and antibacterial pharmacophore sites (2020)
  • 著者名/発表者名: Titi Abderrahim、Messali Mouslim、Alqurashy Bakhet A.、Touzani Rachid、Shiga Takuya、Oshio Hiroki、Fettouhi Mohammed、Rajabi Mehdi、Almalki Faisal A.、Ben Hadda Taibi
  • 雑誌名: Journal of Molecular Structure 巻: 1205 ページ: 127625～127625
  • DOI: 10.1016/j.molstruc.2019.127625
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Heteroleptic iron(ii) complexes with naphthoquinone-type ligands (2020)
  • 著者名/発表者名: Shiga Takuya、Kumamaru Rina、Newton Graham N.、Oshio Hiroki
  • 雑誌名: Dalton Transactions 巻: 49 ページ: 1485～1491
  • DOI: 10.1039/c9dt03946e
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A Ferromagnetically Coupled Octanuclear Manganese(III) Cluster: A Single-Molecule Magnet with a Spin Ground State of S = 16 (2020)
  • 著者名/発表者名: Shiga Takuya、Nojiri Hiroyuki、Oshio Hiroki
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 59 ページ: 4163～4166
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03343
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin crossover behavior of a tetranuclear iron(II) grid complex with a hydroxyl-group functionalized multidentate ligand (2019)
  • 著者名/発表者名: Shiga Takuya、Ishikawa Daisuke、Tachibana Minami、Saiki Ryo、Newton Graham N.、Oshio Hiroki
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 巻: 485 ページ: 16～20
  • DOI: 10.1016/j.jmmm.2019.03.101
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A triple-triangle cluster derived from a simple tridentate ligand (2019)
  • 著者名/発表者名: Shiga Takuya、Okawa Natsumi、Oshio Hiroki
  • 雑誌名: Dalton Transactions 巻: 48 ページ: 17437～17440
  • DOI: 10.1039/C9DT03232K
  • 査読あり
• [学会発表] Self-assembly of polynuclear clusters with rigid multidentate bridging ligands (2020)
  • 著者名/発表者名: Takuya Shiga, Graham N. Newton, and Hiroki Oshio
  • 学会等名: The 1st Asian Conference on Molecular Magnetism (ACMM 2020)
• [備考] 筑波大学 大学院数理物質科学研究科 化学専攻 無機合成化学研究室 (二瓶研究室)
  • URL: http://www.chem.tsukuba.ac.jp/~nihei_lab/