有機分子材料を用いたマルチカラー蛍光の光スイッチングシステムの構築

利用有机分子材料构建多色荧光光学开关系统

基本信息

批准号：
18J10399
负责人：
中濱龍源
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Osaka City University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、ジアリールエテンを用いた様々な外部刺激に応じて複数の蛍光色と消光状態を自在にスイッチングできるマルチカラー蛍光ON/OFFスイッチングシステムの構築を目指している。昨年度、その一連の研究の過程でジアリールエテンのエテン部位をテトラフルオロベンゼンに置換したジアリールベンゼン誘導体が紫外光照射下で着色し、室温での半減期が130 msという非常に高速な熱退色反応により元の無色の状態へ戻ることを新たに見出した。これを用いることにより、紫外光のみで発光と消光状態を切り替えできる蛍光ON/OFFスイッチング分子を開発できると考えられる。そこで本年度は、蛍光スイッチングに向けたジアリールベンゼン誘導体の設計、合成、および特性評価を行った。ジアリールベンゼンの末端に様々な電子供与性基を導入すると、熱退色反応速度は遅くなった。ハメットの置換基定数を用いた理論的解析の結果、置換基の電子供与能に比例して熱退色反応が遅くなることが明らかとなった。また、ジアリールベンゼン誘導体の設計指針の確立のため、密度汎関数理論を用いた物性予測を試みた。様々な計算手法を検討し、ジアリールベンゼン誘導体の物性をよく再現する計算手法を見出した。その計算手法を用いた量子化学計算によって様々なジアリールベンゼン誘導体の光学および熱特性を予測し、それに基づき新規ジアリールベンゼン誘導体を合成した結果、熱退色特性を維持したまま光学特性のみを変化させることに成功した。さらに、ジアリールベンゼン誘導体のアリール位をチオフェンからチアゾールあるいはオキサゾールに置換することで熱退色反応を抑制するとともに光閉環反応性を向上させ、紫外光照射下でより濃く着色させることに成功した。

在这项研究中，我们旨在构建一个多色荧光开关开关系统，该系统可以自由切换多种荧光颜色和淬灭状态，以响应使用日径乙烯来响应各种外部刺激。去年，在这一系列研究中，将二二元衍生物用四氟苯代替乙烯的乙烯位点，在紫外线光照射下进行着色，并由于在室温下以130毫秒的半寿命为130 ms的紫色淡淡的无色状态，并返回其原始的无色状态。通过使用此功能，可以认为可以开发荧光开/关开关分子，该分子可以仅使用紫外线在发射和淬火状态之间切换。因此，今年我们设计，合成和表征了二丁苯衍生物用于荧光开关。在日二苯苯末端引入各种电子粉状基团的引入减慢了热褪色反应的速度。使用Hammett的取代常数的理论分析表明，与取代基的电子捐赠能力成正比，热褪色反应放慢了速度。此外，为了建立日记丁烯衍生物的设计指南，我们试图使用密度功能理论预测物理性质。研究了各种计算方法，并发现一种计算方法可以很好地重现日二烯衍生物的物理特性。使用这种计算方法通过量子化学计算预测了各种日二丁烯衍生物的光学和热性能，并基于此方法合成了新型日二二元衍生物，因此，仅更改了光学特性，同时维持热褪色性能。此外，通过用硫苯噻唑或羟唑更换二二唑衍生物的芳基位置，抑制了热褪色反应，并提高了光圈闭合反应性，并在紫外线下更黑暗地实现着色素。