応力感知材料を指向したポルフィセン複合化ポリマーの創成

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本研究では、機能性色素「ポルフィセン」を発光団として用いた新規メカノクロミックポリマーの創成を目的とした。ポルフィセンは一般に強い赤色蛍光を示す色素であるが、置換基修飾によって分子内のNH-N水素結合が強くなるような立体効果を生じさせると溶液の蛍光発光が消光する、特異な化合物である。本研究では、引っ張り・圧縮等の応力によってポルフィセンの分子内NH-N水素結合の強さが変化した際に、ポルフィセンの発光ON・OFFが変化することを期待し、メカノクロミック特性を示すポルフィセン複合化高分子の創成を目標とした。種々検討の結果、世界で初めて共重合によってポルフィセンをシリコンゴム、ウレタンゴムなどの高分子に導入することに成功したが、引っ張り等の外部応力によって発光強度変化の大きな変化を観測することは現時点ではできていない。今後は異なる置換基修飾による構造の改善、複合化する高分子の種類や調製条件などの検討が必要である。一方でポルフィセンの分子内水素結合と発光消光に関する新たな学術的な知見を得ることに成功した。具体的には、ポルフィセンにシクロアルキル基修飾を施すことでポルフィセン骨格の歪みを精密に制御し、骨格中心N-N間距離を0.01Å(ピコメートル)オーダーで変化させることに成功した。このピコメートルオーダーの僅かな分子構造の歪みがポルフィセンの分子内水素結合の強さに顕著に影響し、発光強度の違いとして「見える」ことを実験的に確認した。本成果から、ピコスケールの僅かな骨格歪みを外部応力で誘起することでポルフィセンの発光強度が変化すると期待している。