公大ら,光反応性分子結晶に特異な伝播型光反応発見

大阪公立大学と大阪大学は,光反応性分子である2,5-ジスチリルピラジン(DSP)からなる結晶では,光を均一に照射すると光反応が結晶の端から中心に向かって伝播することを発見した(ニュースリリース)。

光や熱などの外部刺激に応答して物性が変化する刺激応答性材料は,次世代機能材料として広く研究が行なわれている。研究グループでは特に,光によって分子構造が変化する分子(光反応性分子)からなる光反応性分子結晶に注目して研究を行なっている。

溶液中のように分子が独立して存在する場合とは違い,結晶中では分子同士が密に規則的に並んでいるため,結晶中特有の光反応を考えなければならない。しかし,これまでの光反応性分子結晶材料に関する研究では,結晶中の光反応を溶液中の光反応のように進行すると仮定して考えるものばかりであり,結晶中の光反応速度論に基づいた物性変化の理解が課題となっていた。

そのような背景のもと,研究グループは,様々な光反応性分子の微結晶を用いて光照射による物性変化を観察していたところ,2,5-ジスチリルピラジン(DSP)の結晶に対して均一に光を照射しているにもかかわらず,結晶の色が端から中心に向かって変わっていくこと,すなわち,光反応が結晶の端から中心に向かって伝播していくことを見出した。

様々な検討の結果,“結晶の端では光反応性が非常に高い”という「表面効果」と,“反応した分子の周囲は反応性が高くなる”という「協働効果」によって,このような特異的な光反応が起こることを明らかにした。

この研究は,均一照射下においても,結晶中で光反応を不均一に進行させることができるという可能性を見出したものであり,光化学分野の基礎研究として大きく貢献する成果だとする。

詳細な原理がわかれば,一様に光を照射しても反応を空間選択的に進行させ,目的の箇所のみで光反応を引き起こすことができるようになり,光を外部刺激とするさまざまな光機能性結晶材料に応用可能な技術になると考えられるという。

研究グループは今後,どのような光反応性分子の結晶でこのような特異な光反応挙動が起こるかを明らかにし,それを利用した機能材料の創生を目指すとしている。

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