Creation of photochromic crystals by controlling molecular structure using the template crystal method

使用模板晶体法控制分子结构来创建光致变色晶体

基本信息

批准号：
22K05032
负责人：
植草秀裕
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

クロミズム反応の原理は光など外部刺激による分子内結合生成・開裂、あるいは分子の異性化による変化である。固相クロミズム反応は結晶中での分子配座（コンフォメーション）や分子配列に関係していることが結晶構造解析により観測され、特に反応の可否や生成分子の寿命は分子が結晶中で反応に適切な分子配座を取っていることが重要である。つまり、クロミズム結晶に代表される分子性機能性結晶では、構成分子が特定の配座（コンフォメーション）を取ることが機能発現の条件となる例がある。しかし、結晶中の分子配座を制御することは一般に困難であり、結晶の機能発現の大きな障害である。解決法として本研究は鋳型結晶、つまり「特定の配座を持つが機能を持たない分子による結晶」を用い、その一部を機能分子に置換することで、機能分子に特定の配座を与える制御を行い機能発現する、鋳型結晶法の確立を行う。フォトクロミック化合物であるサリチリデンアニリン(SA)類は分子配座が柔軟であり、結晶中で平面型配座を取るとフォトクロミズムを示さない。しかし、このSA類をゲスト分子とし、非平面型配座を持つテンプレート分子による鋳型結晶との混晶（置換型固溶体結晶）を作成すれば、SA類分子を特定の非平面型配座に精密制御し、フォトクロミズムを示す混晶を作成することができる。この鋳型結晶法による分子配座制御の学理の構築を目指し、鋳型分子系の探索、混晶の作成・結晶構造解明、物性測定を行うことを目的としている。本年は、サリチリデンアニリン(SA)類をゲスト分子として取れるホスト分子の選定と、予備的な混晶作成を行った。ホスト分子としてはベンジリデンアニリン(BA)類をターゲットとした。また、ホスト分子・ゲスト分子が混晶を作る条件を想定し、SA,BAがもつべき置換基を検討した。

变色反应的原理是由于光等外界刺激而导致分子内键的形成和断裂，或者由于分子异构化而发生变化。通过晶体结构分析观察发现，固相变色反应与晶体中的分子构象和分子排列有关，特别是反应的可能性和生成分子的寿命取决于反应的能力。分子在晶体中发生反应，重要的是分子构象合适。换言之，在铬晶体等分子功能性晶体中，存在功能性表现的条件是构成分子采取特定构象的例子。然而，晶体中的分子构象通常难以控制，这是晶体功能表达的主要障碍。作为解决方案，这项研究使用模板晶体，即“由具有特定构象但没有功能的分子组成的晶体”，并通过用功能性分子替换其一部分，使功能性分子具有特定的构象。建立控制并发挥作用的模板结晶方法。水杨基苯胺（SA）是一种光致变色化合物，具有灵活的分子构象，当其在晶体中呈现平面构象时不表现出光致变色性。然而，如果我们使用这些SA作为客体分子创建混合晶体（取代固溶体晶体），并使用具有非平面构象的模板分子创建模板晶体，我们可以将SA分子精确地塑造成特定的非平面构象。可以控制以产生表现出光致变色性的混合晶体。为了建立使用模板晶体方法的分子构象控制理论，我们的目标是探索模板分子系统，创建混合晶体，阐明晶体结构，并测量物理性质。今年，我们选择了可以使用水杨基苯胺（SA）作为客体分子的主体分子，并创建了初步的混合晶体。我们将亚苄基苯胺（BA）作为主体分子。我们还考虑了 SA 和 BA 应该具有的取代基，假设主体和客体分子形成混合晶体的条件。