New material design for peculiar photomechanical phenomena of organic photochromic crystals

有机光致变色晶体奇特光机械现象的新材料设计

• 批准号: 21H02016
• 负责人: 小畠 誠也
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Osaka Metropolitan University (2022-2023)Osaka City University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H02016/
• 关键词: フォトクロミズム; 結晶; フォトメカニカル; ジアリールエテン; 相転移; アントラセン

本研究では、有機フォトクロミック結晶のフォトメカニカル現象のうち、特異な変形挙動の解明とフォトメカニカル現象への新規な材料設計を進めている。これまで研究してきたフォトクロミック結晶のフォトメカニカル挙動には、伸縮、屈曲、ねじれなど単純な動きであった。令和3年度には、これらの単純な動きとは異なり、異常なフォトメカニカル挙動の創出とその現象の解明に着手し、ジアリールエテン双晶における異常な屈曲挙動のメカニズム解明、ジアリールエテン結晶における光誘起高速ピーリング、9-メチルアントラセン結晶における特異な光反応と結晶サイズ変化、ジアリールベンゼンのナノ粒子作成とそのフォトクロミック挙動、ジアリールエテン結晶の特異な光誘起往復運動に取り組んできた。令和4年度には、引き続きジアリールエテン結晶の特異な光誘起往復運動に関する研究に取り組むとともに、新たな光誘起往復運動を起こす結晶が見つかった。これらは相転移を伴うフォトメカニカル挙動であると考えられる。さらに、分子構造の観点から、新しいジアリールエテンの結晶フォトメカニカル挙動についても検討し、屈曲速度と分子構造の関係について検討している。様々な形態の結晶のフォトメカニカル挙動を明らかにすることが本研究のねらいであることから、結晶成長過程の制御も試みている。昇華による結晶化における基板の濡れ性と結晶成長方向の関係を調べることにより、結晶形態の制御に成功している。さらに、2,5-ジスチリルピラジンの結晶固体光重合においてエッジから中心に向かって反応が進行することを見出した。この特異な反応は分子の周りの環境により反応性が異なることを意味しており、反応分子周りがルーズになると反応性が高くなることを明らかにしている。以上のように、特異なフォトメカニカル挙動の創製とそのメカニズムの解明に取り組んだ。

在这项研究中，我们正在阐明有机光致变色晶体中光机械现象的独特变形行为，并设计用于光机械现象的新材料。迄今为止，我们研究的光致变色晶体的光机械行为包括简单的运动，如拉伸、弯曲和扭曲。在2021财年，我们将开始创造与这些简单运动不同的异常光机械行为并阐明其现象，阐明二芳基乙烯孪晶中异常弯曲行为的机制，以及我一直致力于剥离的二芳基乙烯晶体中的光致高速。 9-甲基蒽晶体中独特的光反应和晶体尺寸变化，二芳基苯纳米颗粒的产生及其光致变色行为，以及二芳基乙烯晶体独特的光致往复运动。 2020财年，我们继续研究二芳基乙烯晶体独特的光致往复运动，发现了一种表现出光致往复运动的新晶体。这些被认为是伴随相变的光机械行为。此外，我们还从分子结构的角度研究新型二芳基乙烯的晶体光机械行为，并研究弯曲速度与分子结构之间的关系。由于这项研究的目的是阐明各种形式晶体的光机械行为，我们也试图控制晶体生长过程。通过研究升华结晶过程中基底润湿性和晶体生长方向之间的关系，我们成功地控制了晶体形态。此外，我们发现2,5-二苯乙烯基吡嗪的晶体固态光聚合反应从边缘向中心进行。这种独特的反应意味着反应性根据分子周围的环境而变化，并且已经表明，反应分子的周围环境越松散，反应性越高。如上所述，我们致力于创造独特的光机械行为并阐明其机制。

项目成果

Cooperative Photochemical Reaction Kinetics in Organic Molecular Crystals

有机分子晶体中的协同光化学反应动力学

• DOI: 10.1002/chem.202203291
• 发表时间: 2023
• 作者: Morimoto Kohei;Kitagawa Daichi;Bardeen Christopher J.;Kobatake Seiya
• 通讯作者: Kobatake Seiya

Correlating Reaction Dynamics and Size Change during the Photomechanical Transformation of 9‐Methylanthracene Single Crystals

9-甲基蒽单晶光机械转化过程中反应动力学与尺寸变化的关联

• DOI: 10.1002/anie.202114089
• 发表时间: 2021
• 作者: Morimoto Kohei;Kitagawa Daichi;Tong Fei;Chalek Kevin;Mueller Leonard J.;Bardeen Christopher J.;Kobatake Seiya
• 通讯作者: Kobatake Seiya

フォトクロミック分子を用いた分子センサーとフォトアクチュエーター

使用光致变色分子的分子传感器和光致动器

• 发表时间: 2022
• 作者: 小畠誠也

メトキシ基を有するジアリールベンゼンの熱退色反応におけるプロトン付加の影響

质子加成对甲氧基二芳基苯热褪色反应的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 森本悠介; 北川大地; 小畠誠也
• 通讯作者: 小畠誠也

ジアリールエテン結晶の特異的な光誘起２段階屈曲挙動のメカニズム解明

二芳基乙烯晶体特定光致两步弯曲行为的机理阐明

• 发表时间: 2022
• 作者: 清水啓太; 北川大地; 小畠誠也
• 通讯作者: 小畠誠也