光応答性分子結晶中における光反応ナノ形態の解明と制御

光响应分子晶体中光响应纳米形态的阐明和控制

• 批准号: 20J20030
• 负责人: 森本 晃平
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: Osaka Metropolitan University (2022)Osaka City University (2020-2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J20030/
• 关键词: 光応答性分子結晶; 有機結晶; 光反応ナノ形態; 協同的光反応; アントラセン; 固体光反応; [4+4]光二量化反応; 特異的光反応; フォトメカニカル効果

本年度は2,5-ジスチリルピラジン(DSP)単結晶を用いて光反応ナノ形態の形成過程の評価に取り 組んだ。一部の光応答性分子結晶では分子スケールにおいて反応した部分から広がるようにドメ イン形成する光反応ナノ形態を経ながら、協同的に光反応が進行することが報告されている。先 行研究では結晶全体での平均化された状態における協同的光反応の評価がほとんどであったた め、単一の結晶のどこでドメインの核が生成し、どのように成長するのかはあまり評価されてこ なかった。そこで本研究ではDSPの単結晶を用いて分子スケールでの光反応ナノ形態の形成過程 が結晶全体におけるマイクロメートルスケールでの光反応に及ぼす影響を評価した。マイクロメ ートルスケールでの光反応過程を評価するために偏光顕微鏡を用いて紫外光照射時の結晶の色の 変化を観察すると、不均一に結晶の端から変化した。このことからDSP単結晶では紫外光照射に 伴い結晶の端から不均一に光反応が進行することが明らかになった。さらにDSP単結晶の不均一 な光反応を評価するためにプログラムを構築してシミュレーションによる理論的な再現を試み た。周辺に生成物が存在する反応物は反応量子収率が大きいという協同的光反応の要素に加え て、結晶の端の反応物も反応量子収率が大きいという要素も組み込むと、不均一な光反応を定量 的に再現することができた。以上のように光応答性分子結晶の１つであるDSP単結晶における分 子スケールでの光反応ナノ形態の形成過程がマイクロメートルスケールでの光反応に及ぼす影響 の評価に成功した。さらに数値シミュレーションを用いて再現することで不均一な光反応の要因 を推定することに成功した。

今年，我们致力于使用 2,5-二苯乙烯吡嗪 (DSP) 单晶评估光反应纳米形态的形成过程。据报道，在一些光响应分子晶体中，光反应通过光反应纳米形式协同进行，该纳米形式形成从分子尺度上的反应区域扩散的域。之前的大多数研究都是在整个晶体的平均状态下评估协同光反应，因此很少评估单晶中域核的产生位置以及它们如何生长。因此，在本研究中，我们使用DSP单晶来评估分子尺度上光反应纳米形态的形成过程对整个晶体中微米尺度光反应的影响。为了在微米尺度上评估光反应过程，我们使用偏光显微镜观察了紫外线照射下晶体的颜色变化，发现从晶体边缘开始颜色变化不均匀。这表明，在DSP单晶中，当用紫外线照射时，光反应从晶体的边缘开始不均匀地进行。此外，我们构建了一个程序来评估 DSP 单晶的不均匀光反应，并尝试通过模拟从理论上重现它。除了协同光反应的因素（其中反应物与其周围的产物具有高反应量子产率）之外，如果我们还考虑到晶体边缘的反应物也具有高反应量子产率的因素，我们可以看到非-均匀的光我们能够定量地重现该反应。如上所述，我们成功地评估了作为光响应分子晶体之一的DSP单晶中分子尺度光反应纳米形态的形成过程对微米尺度光反应的影响。此外，通过数值模拟再现该现象，我们成功地推测了光反应不均匀的原因。

项目成果

カリフォルニア大学リバーサイド校(米国)

加州大学河滨分校（美国）

カリフォルニア大学リバーサイド校(米国)

加州大学河滨分校（美国）

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

複屈折を利用した2,5-ジスチリルピラジン単結晶における不均一光化学反応の定量的評価

利用双折射定量评价 2,5-二苯乙烯基吡嗪单晶中的异相光化学反应

• 发表时间: 2022
• 作者: 森本晃平; 北川大地; 五月女光; 宮坂博; 小畠誠也
• 通讯作者: 小畠誠也

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