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。

在本研究中，我们的目标是使用二芳基乙烯构建多色荧光ON/OFF切换系统，该系统可以响应各种外部刺激在多种荧光颜色和猝灭状态之间自由切换。去年，在一系列研究过程中，二芳基乙烯的乙烯部分被四氟苯取代的二芳基苯衍生物在紫外光照射下着色，并通过极快的热褪色反应将其恢复，半衰期为室温下130毫秒有了一个新的发现，即无色状态。通过利用这一点，人们认为将有可能开发出仅使用紫外光即可在发射状态和猝灭状态之间切换的荧光ON/OFF切换分子。因此，今年，我们设计、合成并评估了二芳基苯衍生物的荧光开关性能。在二芳基苯末端引入各种给电子基团可以减缓热褪色反应速率。使用哈米特取代基常数的理论分析表明，热褪色反应的减慢与取代基的电子供给能力成正比。此外，为了建立二芳基苯衍生物的设计指南，我们尝试使用密度泛函理论预测物理性质。在研究了各种计算方法后，我们找到了一种能够很好地再现二芳基苯衍生物物理性质的计算方法。我们使用这种计算方法通过量子化学计算预测了各种二芳基苯衍生物的光学和热性能，并在此基础上我们合成了新的二芳基苯衍生物，结果我们能够在保持热褪色性能的同时仅改变光学性能。成功了。此外，通过用噻唑或恶唑取代噻吩二芳基苯衍生物的芳基位置，我们成功地抑制了热褪色反应并提高了光闭环反应性，从而在紫外线照射下呈现更深的颜色。