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2020 年度 実績報告書

固体NMRによる金属錯体のベイポクロミズム現象の機構解明

公募研究

研究領域ソフトクリスタル:高秩序で柔軟な応答系の学理と光機能
研究課題/領域番号 20H04666
研究機関金沢大学

研究代表者

水野 元博  金沢大学, ナノマテリアル研究所, 教授 (70251915)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
キーワードベイポクロミズム / 白金錯体 / 固体NMR / 分子運動 / 局所構造解析
研究実績の概要

本研究では固体NMR法を用い、ベイポクロミック金属錯体について、蒸気吸着に伴う局所構造の変化、吸着分子の運動状態、金属の電子状態を解析する。分子運動や非晶質状態の局所構造の解析を得意とする固体NMR法にX線構造解析や理論計算を加え、ベイポクロミズムのメカニズムの解明を行うとともに物質設計に役立つ情報を提供する。
ベイポクロミズムが報告されている平面四配位白金(II)錯体 [Pt(CN)2(H2dcbpy)] (H2dcbpy = 4,4’-dicarboxy-2,2’-bipyridine)と[Pt(CN)2(H2dcphen)] (H2dcphen = 4,7-dicarboxy-1,10-phenanthroline)についてエタノール-d6,2-プロパノール-d8をゲスト分子として導入し,固体重水素NMR法を用いて運動状態を解析した。それぞれの試料について,分子内運動(メチル基の3回軸周りの回転)と分子全体の運動(等方回転運動)の情報を得ることができた。2-プロパノールにおいては,細孔径が大きい[Pt(CN)2(H2dcbpy)]でより速い等方回転運動が生じていることが分かった。これに対し,エタノールは[Pt(CN)2(H2dcbpy)]中で,細孔径が小さい[Pt(CN)2(H2dcphen)]中よりも運動が抑えられていることが分かった。
ベイポクロミズムを示す平面四配位白金(II)錯体の多くは、水素結合のような分子間相互作用によって吸着した分子が安定化されている。より強く吸着物質を安定化可能な配位結合を利用することで、蒸気が配位することによるベイポクロミズムを示すのではないかと考え、蒸気の配位サイトとしてカリウムイオンを有する新規白金(II)錯体を合成し、その蒸気応答性を調査した。

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

2-プロパノールにおいては,細孔径が大きい[Pt(CN)2(H2dcbpy)]でより速い等方回転運動が生じていることが分かった。これに対し,エタノールは[Pt(CN)2(H2dcbpy)]中で,細孔径が小さい[Pt(CN)2(H2dcphen)]中よりも運動が抑えられていることが分かった。[Pt(CN)2(H2dcbpy)]中でエタノールは容易に配位子のカルボキシ基と相互作用するが,[Pt(CN)2(H2dcphen)]中では配位子のフェニル基がエタノールとカルボキシ基の相互作用を妨げていることが予想される。このように,ゲスト分子のサイズや形状の違いによって,単に細孔のサイズだけでは説明できないゲスト分子の運動状態が明らかになった。ベイポクロミック金属錯体に吸着した分子の挙動を調べる上で,細孔内の局所構造や相互作用を考慮することが重要であることが分かった。
蒸気の配位サイトとしてカリウムイオンを有する新規白金(II)錯体、K[Pt(CN)2(Cl2ppy)] (Cl2ppy = 2-(3-chlorophenyl)-4-chloropyridine)を新規に合成し、その蒸気応答性を調査した。合成した錯体は有機溶媒蒸気に曝露すると、曝露した物質がカリウムイオンに配位しながらその色や発光色を変化させる、ベイポクロミズムを示すことがわかった。

今後の研究の推進方策

ブタノールなどさらに異方性の大きなゲスト分子についての運動状態の解析を進める。また,ゲスト分子間の相互作用の分子運動への寄与を明らかにするため分子吸着量の測定を行う。
領域内の共同研究により、他の金属錯体における配位子の運動状態の解析を行い物性との関係を明らかにする。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] Thermally Responsive Poly(ethylene oxide)‐Based Polyrotaxanes Bearing Hydrogen‐Bonding Pillar[5]arene Rings**2021

    • 著者名/発表者名
      Kato Kenichi、Onishi Katsuto、Maeda Koki、Yagyu Masafumi、Fa Shixin、Ichikawa Takahiro、Mizuno Motohiro、Kakuta Takahiro、Yamagishi Tada‐aki、Ogoshi Tomoki
    • 雑誌名

      Chemistry A European Journal

      巻: 27 ページ: 6435~6439

    • DOI

      10.1002/chem.202005099

    • 査読あり
  • [学会発表] ハロゲン化フェニルピリジンを有する中性白金(II)錯体の合成と外部刺激応答性2021

    • 著者名/発表者名
      野本竜矢, 栗原拓也, 重田泰宏, 雨森翔悟, 井田朋智, 水野元博
    • 学会等名
      日本化学会第101春季年会
  • [学会発表] 架橋密度の異なるPDMSエラストマー中における電荷移動錯体の会合特性2021

    • 著者名/発表者名
      深田智哉, 水野元博, 井田朋智, 雨森翔悟, 重田泰宏, 栗原拓也
    • 学会等名
      日本化学会第101春季年会
  • [学会発表] ハロゲン化フェニルピリジンを有する中性白金(Ⅱ)錯体の合成と性質2020

    • 著者名/発表者名
      野本竜矢, 重田泰宏, 栗原拓也, 雨森翔悟, 井田朋智, 水野元博
    • 学会等名
      2020年度北陸地区講演会と研究発表会
  • [学会発表] 19F 高速 MAS NMR を用いた金属ー有機構造体の CO2吸着ダイナミクスの解析2020

    • 著者名/発表者名
      栗原拓也,犬飼宗弘,西山裕介,堀毛悟史,水野元博
    • 学会等名
      第59回NMR討論会
  • [学会発表] 固体 NMR によるプロトン伝導性アルギン酸 - ポリアクリル酸 - トリアゾール複合体の解析2020

    • 著者名/発表者名
      邉陵太,栗原拓也, 重田泰宏, 雨森翔悟, 井田朋智, 水野元博
    • 学会等名
      第59回NMR討論会

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公開日: 2021-12-27  

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