柔軟性側鎖を有するかご型シルセスキオキサンを基盤とした刺激応答性発光材料の創成

有機成分のデザイン性と無機成分の高い耐久性を兼ね備えた分子として、かご型シルセスキオキサン(POSS)が注目されている。POSSはSi－O結合を骨格とした剛直な立方体の各頂点に有機側鎖を有する分子である。そのユニークな三次元構造に由来した特異な物性が着目され、発光団を修飾することで蛍光センサーとしての応用が期待される。しかし、骨格の剛直性に起因して刺激応答性が発現した報告は少なく、蛍光センサーへの応用のためには新たな分子設計指針の確立が必要である。本研究では、剛直なPOSSと発光団を柔軟な側鎖で連結することで、刺激応答性の発現と新奇蛍光センサーの開発を検討する。これらの背景を踏まえ、本研究員は側鎖間の高効率な分子内相互作用を積極的に利用することを着想し、種々のアニオンと結合能を示す水素結合ドナー性基を集積したPOSS誘導体の合成と蛍光センサーへの応用に取り組んだ。前年度の研究結果から、水素結合ドナー性基を集積したPOSS誘導体では、単一側鎖と同様の構造を有するモデル化合物と比較して高いアニオン結合能を示すことが明らかとなった。また、発光色素を修飾した場合、アニオンを認識する蛍光センサーとして利用できることを見出した。本年度では、種々の側鎖長を有するかご型シルセスキオキサン誘導体の合成方法を確立し、側鎖長と検出感度の関係性について評価した。その結果、側鎖長が短いPOSS誘導体ほど高感度で検出できることを見出し、低濃度条件下においても定量的な分析が可能であることを示した。本研究の成果は、有害のアニオン種を高感度に検出するための蛍光センサーとして利用できることが期待される。また、水素結合ドナー性基を他種の化学種と結合するリガンドに変えることで様々な検出対象に適用できると考えられる。

有機成分のデザイン性と無機成分の高い耐久性を兼ね備えた分子として、かご型シルセスキオキサン(POSS)が注目されている。POSSはSi－O結合を骨格とした剛直な立方体の各頂点に有機側鎖を有する分子である。そのユニークな三次元構造に由来した特異な物性が着目され、発光団を修飾することで蛍光センサーとしての応用が期待される。しかし、骨格の剛直性に起因して刺激応答性が発現した報告は少なく、蛍光センサーへの応用のためには新たな分子設計指針の確立が必要である。本研究では、剛直なPOSSと発光団を柔軟な側鎖で連結することで、刺激応答性の発現と新奇蛍光センサーの開発を検討する。これらの背景を踏まえ、本研究員は側鎖間の高効率な分子内相互作用を積極的に利用することを着想し、種々のアニオンと結合能を示す水素結合ドナー性基を集積したPOSS誘導体の合成と蛍光センサーへの応用に取り組んだ。前年度の研究結果から、水素結合ドナー性基を集積したPOSS誘導体では、単一側鎖と同様の構造を有するモデル化合物と比較して高いアニオン結合能を示すことが明らかとなった。また、発光色素を修飾した場合、アニオンを認識する蛍光センサーとして利用できることを見出した。本年度では、種々の側鎖長を有するかご型シルセスキオキサン誘導体の合成方法を確立し、側鎖長と検出感度の関係性について評価した。その結果、側鎖長が短いPOSS誘導体ほど高感度で検出できることを見出し、低濃度条件下においても定量的な分析が可能であることを示した。本研究の成果は、有害のアニオン種を高感度に検出するための蛍光センサーとして利用できることが期待される。また、水素結合ドナー性基を他種の化学種と結合するリガンドに変えることで様々な検出対象に適用できると考えられる。