力学的な刺激により励起反応を誘起できる希土類錯体の構築

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H02748
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 北川 裕一 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (90740093)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 希土類錯体 / アントラセン / 多環芳香族化合物 / ユウロピウム / トリボルミネッセンス / 発光 / 酸化反応

研究実績の概要

物質に力学的な力を加えたときにその物質が励起状態を形成し、発光する現象のことをトリボルミネッセンスという。申請者は希土類錯体を基盤としたトリボルミネッセンスの研究を行っており、近年、力学的な刺激で励起状態を形成に基づき強く発光する錯体設計を見出している。本研究ではこの配位子設計に基づき、力学的な刺激で形成する励起状態を利用して「化学反応」を起こせる新しい錯体材料を創成する。本目的を達成するために(1)アントラセン骨格を導入した希土類錯体、(2)触媒活性が生じうる金属種を導入した希土類錯体をそれぞれ合成し、摩擦刺激による反応性を評価した。その結果、(1)の系において摩擦励起反応に成功したので以下にその概要を示す。
アントラセン骨格を導入した二座ホスフィンオキシド配位子とヘキサフルオロアセチルアセトナトから構成されるユウロピウム錯体について合成を行った。単結晶構造解析により、アントラセンが積層した二核ユウロピウム錯体を形成することが分かった。希土類イオンを変えたガドリニウム錯体も同じ配位子を用いることで、積層したアントラセン配位子がガドリニウム間をつないだ二核錯体が形成することが分かった。
それぞれの希土類錯体について摩擦刺激による反応性を比較検討した。具体的には乳鉢で希土類錯体結晶をすり潰して、その反応性について検討した。ユウロピウム二核錯体は刺激による積層したアントラセンの酸化反応が起きることが明らかとなった。一方、ガドリニウム二核錯体は刺激により積層したアントラセンの二量化反応が確認され、金属イオンの種類により摩擦励起による反応性が異なることを初めて見出した。

現在までの達成度 (段落)

令和5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

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Current Development of Lanthanide Complexes for Biomedical Applications (2024)
  • 著者名/発表者名: Wang Mengfei、Kitagawa Yuichi、Hasegawa Yasuchika
  • 雑誌名: Chemistry An Asian Journal 巻: 19 ページ: e202400038
  • DOI: 10.1002/asia.202400038
• [雑誌論文] Characteristic stacked structures and luminescent properties of dinuclear lanthanide complexes with pyrene units (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakai Takuma、Shima Kaori、Shoji Sunao、Fushimi Koji、Hasegawa Yasuchika、Kitagawa Yuichi
  • 雑誌名: Frontiers in Chemistry 巻: 11 ページ: 1-8
  • DOI: 10.3389/fchem.2023.1154012
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Bright LanthanideIII Triboluminescence despite Low Photoluminescence, and Dual Triboluminescence and Mechano‐Responsive Photoluminescence (2023)
  • 著者名/発表者名: Hirai Yuichi、Van Baaren Stann、Ohmura Takahito、Nakanishi Takayuki、Takeda Takashi、Kitagawa Yuichi、Hasegawa Yasuchika、Metivier Remi、Allain Clemence
  • 雑誌名: Advanced Optical Materials 巻: 11 ページ: 2203139
  • DOI: 10.1002/adom.202203139
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Highly efficient light harvesting of a EuIII complex in a host-guest film by triplet sensitization (2023)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki Shiori、Goushi Kenichi、Kitagawa Yuichi、Hasegawa Yasuchika、Adachi Chihaya、Miyata Kiyoshi、Onda Ken
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: 14 ページ: 6867～6875
  • DOI: 10.1039/d3sc01817b
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Luminescent Lanthanide Complexes for Effective Oxygen‐Sensing and Singlet Oxygen Generation (2023)
  • 著者名/発表者名: Kitagawa Yuichi、Nakai Takuma、Hosoya Shota、Shoji Sunao、Hasegawa Yasuchika
  • 雑誌名: ChemPlusChem 巻: 88 ページ: e202200445
  • DOI: 10.1002/cplu.202200445
• [雑誌論文] Thermally-assisted photosensitized emission in a trivalent terbium complex (2023)
  • 著者名/発表者名: Kitagawa Yuichi、Shima Kaori、Nakai Takuma、Kumagai Marina、Omagari Shun、Ferreira da Rosa Pedro Paulo、Shoji Sunao、Fushimi Koji、Hasegawa Yasuchika
  • 雑誌名: Communications Chemistry 巻: 6 ページ: 122
  • DOI: 10.1038/s42004-023-00922-5
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Enhanced circularly polarized luminescence of chiral Eu(iii) coordination polymers with structural strain (2023)
  • 著者名/発表者名: Tsurui Makoto、Kitagawa Yuichi、Shoji Sunao、Fushimi Koji、Hasegawa Yasuchika
  • 雑誌名: Dalton Transactions 巻: 52 ページ: 796～805
  • DOI: 10.1039/D2DT03422K
• [雑誌論文] Size-Control Synthesis and Luminescence Properties of Eu(III) Coordination Particles (2023)
  • 著者名/発表者名: Enokido Masaki、Sasaki Kensei、Shoji Sunao、Wang Mengfei、Fushimi Koji、Kitagawa Yuichi、Hasegawa Yasuchika
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 127 ページ: 23785～23791
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.3c06499
• [学会発表] Photofunctional lanthanide complexes with π-conjugated polycyclic aromatic ligands (2024)
  • 著者名/発表者名: Y. Kitagawa
  • 学会等名: 9th Asian Conference on Coordination Chemistry
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] β-ジケトナート配位子を有するセリウム錯体の電荷移動発光 (2023)
  • 著者名/発表者名: 富川虎乃輔, 庄司淳, 赤間知子, 小林正人, 伏見公志, 中西貴之, 武次徹也, 長谷川靖哉, 北川裕一
  • 学会等名: 第39回希土類討論会
• [学会発表] Circularly polarized luminescence of chiral Eu(III) coordination polymers with ligand field strain (2023)
  • 著者名/発表者名: M. Tsurui, Y. Kitagawa, M. Wang, S. Shoji, K. Fushimi, Y. Hasegawa
  • 学会等名: The 31st International conference on Photochemistry (ICP2023)
  • 国際学会
• [学会発表] 静電気励起に基づく希土類錯体の発光機能創出 (2023)
  • 著者名/発表者名: 稲毛康太, 平井悠一, 中西貴之, 王夢菲, 長谷川靖哉, 北川裕一
  • 学会等名: 第34回配位化合物の光化学討論会
• [学会発表] ヘキサフルオロアセトルアセトナートを有するセリウム錯体の電荷移動発光 (2023)
  • 著者名/発表者名: 富川虎乃輔, 王夢菲, 庄司淳, 赤間知子, 小林正人, 伏見公志, 中西貴之, 武次徹也, 長谷川靖哉, 北川裕一
  • 学会等名: 第34回配位化合物の光化学討論会
• [学会発表] Ultra-highly sensitive oxygen sensing properties of mixed Yb(III)-Lu(III) crystals through intermolecular energy transfer (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Nakai, M. Wang, S. Shoji, T. Nakanishi, M. Wang, Y. Hasegawa, Y. Kitagawa
  • 学会等名: 2023 年光化学討論会
• [学会発表] Emission properties of lanthanide complexes with β-diketonate ligands excited by static electricity (2023)
  • 著者名/発表者名: K. Inage, Y. Hirai, T. Nakanishi, K. Fushimi, Y. Hasegawa, Y. Kitagawa
  • 学会等名: 2023 年光化学討論会
• [学会発表] Molecular recognition system based on NIR luminescent metal-organic-cage with Yb(III) and porphyrin (2023)
  • 著者名/発表者名: S. Hosoya, S. Shoji, T. Nakanishi, M. Kobayashi, K. Fushimi, Y. Kitagawa, T. Taketsugu, Y. Hasegawa
  • 学会等名: 錯体化学会第73回討論会
• [学会発表] An f-π* charge transfer emission of β-diketonate cerium(III) complexes (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Tomikawa, M. Wang, S. Shoji, T. Akama, K. Saita, M. Kobayashi, K. Fushimi, T. Nakanishi, T. Taketsugu, Y. Hasegawa, Y. Kitagawa
  • 学会等名: 錯体化学会第73回討論会
• [学会発表] 新奇な励起源「静電気」による希土類錯体の発光現象 (2023)
  • 著者名/発表者名: 稲毛康太, 平井悠一, 中西貴之, Wang Mengfei, 長谷川靖哉, 北川裕一
  • 学会等名: 第13回 CSJ化学フェスタ2023
• [学会発表] Yb(III)とポルフィリンで構成された近赤外発光性Metal-Organic-Cageによる分子認識 (2023)
  • 著者名/発表者名: 細谷祥太, 庄司淳, 伏見公志, 小林正人, 中西貴之, 北川裕一, 武次徹也, 長谷川靖哉
  • 学会等名: 第13回 CSJ化学フェスタ2023
• [学会発表] 希土類錯体のf軌道に基づく新しい発光機能の探索 (2023)
  • 著者名/発表者名: 富川虎乃輔, 相川航汰, Wang Mengfei, 庄司淳, 赤間知子, 小林正人, 伏見公志, 中西貴之, 武次徹也, 長谷川靖哉, 北川裕一
  • 学会等名: 第13回 CSJ化学フェスタ2023
• [備考]
  • URL: https://www.eng.hokudai.ac.jp/labo/amc/