プロトン移動現象と光異性化反応の融合による光応答性有機強誘電体の創出

2017 年度 実績報告書

• 研究領域: 理論と実験の協奏による柔らかな分子系の機能の科学
• 研究課題/領域番号: 16H00851
• 研究機関: 立教大学
• 研究代表者: 森本 正和 立教大学, 理学部, 教授 (70447126)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 超分子化学 / 分子性固体 / 誘電体物性 / フォトクロミズム / 水素結合

研究実績の概要

外部刺激に柔軟に応答する柔らかな分子系における新現象・新機能の発掘に関する研究として、フォトクロミック分子の光異性化反応により強誘電物性を可逆的に変化させる有機分子結晶を創出することを目的とした。分子間プロトン移動機構により強誘電性を発現し得る水素結合性フォトクロミック分子結晶を合成し、それらの結晶相光反応、ならびに結晶構造と誘電物性との関係について検討した。
水素結合性のイミダゾールを有する様々なフォトクロミック分子を合成した。これらの分子結晶の多くは紫外光と可視光の照射により可逆的な光異性化反応を起こし、フォトクロミズムを示した。その一部の誘導体の結晶において、一次元水素結合ネットワークに関与するイミダゾールのN-H水素原子がディスオーダーしていた。これは、互いに等価であるがN-H水素原子の配向の異なる水素結合構造が結晶中において混在しているためと考えられる。この単結晶の電気物性を測定したところ、分子間プロトン移動に由来すると考えられる誘電率の温度依存性・電場周波数依存性が観測された。水素原子のディスオーダーと誘電応答の有無は、結晶構造の対称性に依存することが分かった。100～300 Kにおいて分極-電場ヒステリシスを測定したが、ヒステリシスループの開きは観測されず、この単結晶について強誘電性の発現は認められなかった。強誘電性の発現のためには、結晶中での水素結合一次元鎖同士を接近させることで鎖間の電気的相関を強くするなどの結晶構造設計が必要と考えている。本研究で設計・合成した水素結合性フォトクロミック分子を用いることで、プロトン移動に由来する誘電応答と光化学反応性とを併せもつ複合機能有機分子結晶を構築できることが分かった。

現在までの達成度 (段落)

29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

29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] A turn-on mode fluorescent diarylethene: Solvatochromism of fluorescence (2018)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Morimoto, Yuta Takagi, Karina Hioki, Tatsuhiro Nagasaka, Hikaru Sotome, Syoji Ito, Hiroshi Miyasaka, Masahiro Irie
  • 雑誌名: Dyes and Pigments 巻: 153 ページ: 144～149
  • DOI: 10.1016/j.dyepig.2018.02.016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoswitchable Turn-on Mode Fluorescent Diarylethenes: Strategies for Controlling the Switching Response (2018)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Irie, Masakazu Morimoto
  • 雑誌名: Bulletin of the Chemical Society of Japan 巻: 91 ページ: 237～250
  • DOI: 10.1246/bcsj.20170365
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fluorescence Photoswitching of a Diarylethene by Irradiation with Single-Wavelength Visible Light (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryota Kashihara, Masakazu Morimoto, Syoji Ito, Hiroshi Miyasaka, Masahiro Irie
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 139 ページ: 16498～16501
  • DOI: 10.1021/jacs.7b10697
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal decomposition product of 1,2-bis(2-methyl-1-benzofuran-3-yl)perfluorocyclopentene (2017)
  • 著者名/発表者名: Tadatsugu Yamaguchi, Tsuyoshi Nakagawa, Toru Ozeki, Mitsuhiro Fukuda, Masakazu Morimoto, Shizuka Takami
  • 雑誌名: Tetrahedron Letters 巻: 58 ページ: 4447～4449
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2017.10.017
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photosalient Phenomena that Mimic Impatiens Are Observed in Hollow Crystals of Diarylethene with a Perfluorocyclohexene Ring (2017)
  • 著者名/発表者名: Eri Hatano, Masakazu Morimoto, Takahito Imai, Kengo Hyodo, Ayako Fujimoto, Ryo Nishimura, Akiko Sekine, Nobuhiro Yasuda, Satoshi Yokojima, Shinichiro Nakamura, Kingo Uchida
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 56 ページ: 12576～12580
  • DOI: 10.1002/anie.201706684
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoswitchable Fluorescent Diarylethene Derivatives with Thiophene 1,1-Dioxide Groups: Effect of Alkyl Substituents at the Reactive Carbons (2017)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Morimoto, Takaki Sumi, Masahiro Irie
  • 雑誌名: Materials 巻: 10 ページ: 1021
  • DOI: 10.3390/ma10091021
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Photoregulation of Retro-Diels-Alder Reaction at the Center of Polymer Chains (2017)
  • 著者名/発表者名: Jumpei Kida, Keiichi Imato, Raita Goseki, Masakazu Morimoto, Hideyuki Otsuka
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 46 ページ: 992～994
  • DOI: 10.1246/cl.170251
  • 査読あり
• [学会発表] Photochromism and mechanical performance of diarylethene single crystals (2017)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Morimoto
  • 学会等名: The 39th Progress In Electromagnetics Research Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] フォトクロミック分子・分子結晶の光反応と物性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 森本正和
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
  • 招待講演
• [備考] 立教大学森本正和研究室ホームページ
  • URL: http://www2.rikkyo.ac.jp/web/m-morimoto/index.html