申請者らは、短い笛の音を合図に自由運動分子がマスゲームのように整列を始める、今まで行い得なかった音響照射のみに応答する小分子の集合精密制御が、新しい洗濯バサミ型有機金属分子の設計と合成、それを用いる新しい分子集合重合により行い得ることを明らかにし、これにより流体の新しい流動性制御の手法を初めて見出している。音響照射によってのみ誘起される分子の合理設計のための指針を確立することを目的に、多くの関連化合物の合成とその動的挙動の解明を行った。ペンタメチレン鎖を有するアンチ型2核パラジウム錯体の有機溶媒の溶液は安定で、長期間の保存においても自発的なゲル化等は起こさないが、これに3秒程度の極短時間超音波(0.45W/cm^2,40kHz)を照射すると、瞬時にゲルが形成され流動性を消失する。この際、溶媒にシクロヘキサンを用いた場合光透過性は保持されるが、酢酸エチル、アセトン、トルエン等では光透過性も消失する。本ゲル化はゲル化剤の配座変化のみによって生起するため、ゲルからゾルへの相転移は熱可逆的であり、ゾル-ゲル相転移が完全瞬時自由制御できる初めての例である。本研究では、これら瞬時ゲル化技術による流動性、弾性、光透過性等の物性と、音圧、周波数、ゲル化剤の分子構造、溶媒と添加物の種類などの内的、外的要因との相関を多角的に検討し、安定溶液の瞬時ゲル化および速度可変ゲル化技術を確立することに成功した。
1 0 0 0 音響応答性分子集合による発光制御-超音波で光る分子の開拓-
本課題では、世界初の「超音波を合図に分子集合・発光する分子」の開発に関する研究を行った。分子内π-スタッキングで安定化している洗濯ばさみ形状を有するtrans-ビス(サリチルアルジミナト)2核白金錯体が、超音波照射で分子内、分子間のπ-スタッキングのスイッチングを起こすことによって超音波応答怪の分子集合を起こすことが明らかとなった。さらに、集合現象による白金錯体どうしの著しいネットワーク化によって発光強度が増大することを見出した。例えば、白金錯体の有機溶媒の希薄溶液に数秒程度の短い超音波を照射して瞬時に得られるゲルが、溶液状態ではほとんど観測されない550nm付近での緑色のりん光(λex=420nm)を示すことを明らかにした。環状2核白金錯体の構造について詳細な検討を行った結果、2枚の平面間の距離によって、それぞれが異なる超音波応答性分子集合挙動を示すこと、金属錯体どうしの規則正しい配列制御が可能になることが明らかとなった。量子化学計算による分子論的・構造化学的・電子論的観点から系統的に検討することで、分子集合様式と発光特性の相関を精密に理解した。これによって次世代の発光性機能分子の一分野として、音響応答性発光素子の新たな分子設計指針を確立することができた。
1 0 0 0 OA メカノストレスをトリガーとする分子集合法の開拓と機能性分子素子への応用
クリーンで遠隔操作可能な有機流体の流動性制御や物質配列による機能発現を目的として、メカノストレスを外部刺激として用いる洗濯ばさみ型パラジウムおよび白金錯体の分子集合の精密制御法の開拓を行った。環状二核パラジウム錯体を用いる分子集合において、超音波感受性のコントロール方法を検討し、溶媒、超音波照射時間及び構造異性体の添加等の因子により、ゲル化速度や構造のモルフォロジーを制御できることを明らかにした。さらに、対応する白金錯体の超音波応答性分子集合による発光増大現象において、超音波照射時間に依存する発光強度制御に成功した。