| 研究課題/領域番号 |
18J21819
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
久保 拓夢 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| キーワード | ヘリセン / 円偏光発光 / 蛍光量子収率 / 量子化学計算 / 分子軌道 / キラル光学特性 / らせん構造 / 多環芳香族化合物 |
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| 研究実績の概要 |
強い円偏光発光を示すらせん状芳香族炭化水素の創出をめざし、１つめに、昨年度から引き続いて、蛍光量子収率が非常に低い[7]ヘリセンについて、分子軌道エネルギー準位の制御に基づく円偏光発光特性の向上について研究を実施した。量子化学計算により、[7]ヘリセンの蛍光量子収率の低さは蛍光発光に伴う電子遷移が対称禁制になっていることが原因であることが分かった。置換基導入により電気遷移、磁気遷移がともに許容である電子遷移を作り出すことで、高い蛍光量子収率かつ高い円偏光非対称因子と、優れたキラル発光特性を示すことが明らかになった。
2つめに、[5]ヘリセンのらせん骨格に由来するキラル空間を拡張することによるキラル発光特性の変化と、集積化に伴う吸収・円二色性の変化について調査を行った。電子供与性を持つフェニル基を導入した化合物は、これまで報告されているヘリセン誘導体の中で最も高い蛍光量子収率を示した。量子化学計算の結果、蛍光発光に伴う電子遷移が対称禁制から対称許容へと変化したことが高い蛍光量子収率の原因であると示唆された。キラル空間の拡張に伴う立体障害の増加により、[5]ヘリセンと比較してエナンチオマーの半減期が室温にて2500倍にまで増加し、キラル発光特性の測定が容易となった。合成した化合物の円偏光非対称因子は高く、優れたキラル発光特性を示すことが明らかとなった。
また、置換フェニル基の極性を向上させた[5]ヘリセン誘導体について、水溶液を加熱すると吸収、円二色性スペクトルともにスペクトル形状や強度の変化が確認された。キラル光学特性については現在調査中である。
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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
本年度は、まず[7]ヘリセン誘導体について、置換基導入による分子軌道の制御に基づいて設計することで、蛍光量子収率、円偏光発光非対称因子がともに高い、優れた円偏光発光特性の実現を達成した。
また、らせんに由来するキラル空間を拡張した[5]ヘリセン誘導体に関して、量子化学計算により分子軌道の観点から設計することで、ヘリセン誘導体において最も高い蛍光量子収率を達成し、優れた円偏光発光特性の実現を達成した。加えて、置換基の極性を検討することで、ヘリセンの集積化に伴う円偏光発光特性の制御に関しての新しい手法の手掛かりを得た。
以上の成果より、本研究はおおむね順調に進展していると評価できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度の研究により、らせん状多環芳香族炭化水素の蛍光量子収率の向上に関しては達成できたと考えられる。優れたキラル光学特性の達成には円偏光非対称因子の向上が必須であるため、今後は強発光性らせん状芳香族化合物の集積化や、分子の対称性や形状と円偏光非対称因子との関係性に着目して、優れたキラル発光特性の実現を目指す。
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