Development of organic chromic materials utilizing the characteristics of heteroatoms

本研究は、Bistricyclic Aromatic Ene (BAE)と呼ばれる骨格にヘテロ原子を導入することで、従来のBAE材料には見られない、元素の特異な反応性に由来するクロミズム特性を有する新材料を開発することが目的である。BAEは2つの三環性骨格を二重結合で連結した構造であり、2つの環骨格間の立体障害のため、二重結合が大きくねじれたtwisted体や、三環性骨格が折れ曲がったfolded体などの様々配座異性体が存在する。これらの配座異性体は二重結合のねじれ角に依存して異なる吸収スペクトルを示すため、熱や摩砕などの外部刺激によって配座が異性化すると色調が変化する。そのため、BAEはサーモクロミズム材料やメカノクロミズム材料などへの応用が検討されている。一方でヘテロ元素は空軌道や非共有電子対を持つため、塩基や酸などに対して反応性を示す。また高周期元素は結合長が長いため、骨格の剛直性などに大きな影響を与える。申請者は以前、チオフェン環をベースとする三環性骨格にホウ素原子を導入したBAEを合成し、その分子がホウ素のp軌道に由来して低いLUMO準位を有することや、n型半導体特性を示すなど、元素の特徴に由来する物性を示すことを明らかにした。本研究ではその骨格をベースに、2つの三環性骨格の片方を様々なユニットに置換することで、配座異性体の熱力学的安定性をコントロールし、ヘテロ原子に由来するクロミック特性を付与することを試みた。２０２２年度には、フルオレンやチオキサンテンなどの三環性骨格を導入した化合物を合成し、光学的特性や光反応性を調査することで、BAEへのヘテロ原子の導入の影響を明らかにした。

本研究は、Bistricyclic Aromatic Ene (BAE)と呼ばれる骨格にヘテロ原子を導入することで、従来のBAE材料には見られない、元素の特異な反応性に由来するクロミズム特性を有する新材料を開発することが目的である。BAEは2つの三環性骨格を二重結合で連結した構造であり、2つの環骨格間の立体障害のため、二重結合が大きくねじれたtwisted体や、三環性骨格が折れ曲がったfolded体などの様々配座異性体が存在する。これらの配座異性体は二重結合のねじれ角に依存して異なる吸収スペクトルを示すため、熱や摩砕などの外部刺激によって配座が異性化すると色調が変化する。そのため、BAEはサーモクロミズム材料やメカノクロミズム材料などへの応用が検討されている。一方でヘテロ元素は空軌道や非共有電子対を持つため、塩基や酸などに対して反応性を示す。また高周期元素は結合長が長いため、骨格の剛直性などに大きな影響を与える。申請者は以前、チオフェン環をベースとする三環性骨格にホウ素原子を導入したBAEを合成し、その分子がホウ素のp軌道に由来して低いLUMO準位を有することや、n型半導体特性を示すなど、元素の特徴に由来する物性を示すことを明らかにした。本研究ではその骨格をベースに、2つの三環性骨格の片方を様々なユニットに置換することで、配座異性体の熱力学的安定性をコントロールし、ヘテロ原子に由来するクロミック特性を付与することを試みた。２０２２年度には、フルオレンやチオキサンテンなどの三環性骨格を導入した化合物を合成し、光学的特性や光反応性を調査することで、BAEへのヘテロ原子の導入の影響を明らかにした。