北大,光/熱の酸化特性分子スイッチを創出

北海道大学の研究グループは,光/熱で酸化特性の完全制御が可能な分子スイッチの創出に世界で初めて成功した(ニュースリリース)。

有機化合物はの化学結合は,物質を創る最も基本的な要素であり,その長さや二つの結合がなす角度は基本的に決まった値を示す。例えば,炭素=炭素二重結合は平面構造をとることが知られている一方,大きな置換基が複数置換することで折れ曲がり構造やねじれ構造といった,通常とは異なる構造をとることも報告されている。

研究グループは,かさの大きな置換基が複数置換することで,折れ曲がり構造をとる分子を新たに設計した。設計した炭化水素は,歪んだ七員環構造を含むことで上下の骨格が外側を向いたアンチ,アンチ(AA)型と一方の骨格が内側を向いたシン,アンチ(SA)型の両方が安定に存在するようにデザインされている。

両者は安定な異性体としてそれぞれ合成され,光によってAA体からSA体へ,熱によってSA体からAA体へと,完全に相互変換可能なことを見出した。

さらに詳細な調査の結果,AA体よりもSA体の方が酸化されやすいことが明らかとなった。これにより,光により構造が変化した分子(SA体)のみを酸化してジカチオン型色素へと導くことが可能となり,前例のない高度な制御性を実現した。さらに,AA体とSA体が混合物として存在した場合でも,SA体のみをジカチオン型色素へと酸化し,AA体をそのまま回収することが可能だという。

今回の研究によって,光によって酸化特性を“オン”へ,そして熱により酸化特性を“オフ”へ制御可能な応答性分子の構築に成功した。この成果は複数の刺激を組み合わせることによって高度な制御を可能にし,新たな機能性材料の創出につながるものと考えられるという。

また,光と酸化によって“書き込み”をした後であっても,還元と熱によって“消去”することが可能であり,実際の応用に向けた研究展開が期待されるとしている。

その他関連ニュース

  • 金沢大ら,有機ホウ素化合物と光で有機合成 2020年05月21日
  • 北大,分子の酸化特性を加熱/冷却で制御 2020年02月26日
  • OIST,応力を検出する発光性ポリマーを開発 2020年01月24日
  • 東工大ら,加熱だけで分子を環状トポロジーに変換 2020年01月16日
  • 市大ら,フェムト秒レーザーで5価陽イオンを生成 2019年10月03日
  • 東大ら,X線でヘリオロドプシンの立体構造を決定 2019年09月26日
  • 早大ら,水素や炭素でスピン流生成 2019年09月24日
  • 上智大ら,X線で銀原子のDNAコーティングを観察 2019年09月18日