Development and Theoretical Design of Stimuli-Responsive Conjugated Polymers Based on Dynamic Hypervalent Bonds

本年度の研究では、まず結合力を理論的に予測する手法の確立を行った。超原子価ビスマス化合物の合成に新たに成功したため、以前から合成されていた超原子価スズ化合物とルイス酸性を比較した。その結果、超原子価ビスマス化合物の方がルイス酸性が強いという実験結果を得たため、理論的考察を行うことで定量的に評価かつ予測可能なパラメータの算出を行った。加えて、加えて超原子価ゲルマニウム化合物の合成にも成功した。ビスマス化合物やスズ化合物と異なり、ゲルマニウム化合物は水に対して感度が良く、分解挙動を示すことが分かった。一方で、共役系高分子化することで化合物の水に対する安定性が増し、高効率近赤外発光材料として応用可能であることを明らかにした。超原子価スズ化合物を含む共役系高分子を合成し、薄膜を作製し求核剤に曝露することで5配位→6配位化に起因する刺激応答性を確認した。その結果、高分子においてもジメチルスルホキシドなどの求核剤で色変化を示す傾向を確認した。薄膜では、スズ上の置換基がメチル基では応答せず、フェニル基では応答する挙動を確認できた。スズ上の置換基がフェニル基の方がスズ原子の結合力が高く、置換基の選択が重要であるという結果を得た。これらの結果は、共役系高分子を用いた刺激応答性の薄膜を設計・作製する際に重要な知見であり、ヘテロ元素を起点とした様々な化学物質への応答性が期待できる。以上、本年度の研究では元素に依存した動的超原子価結合の評価を行い、その中でも最も高分子への応用が容易であったスズ化合物について、刺激応答性薄膜を得る際に重要な基本的情報を収集することに努めた。本結果が、元素の性質を利用した新材料の開発につながることを期待する。

本年度の研究では、まず結合力を理論的に予測する手法の確立を行った。超原子価ビスマス化合物の合成に新たに成功したため、以前から合成されていた超原子価スズ化合物とルイス酸性を比較した。その結果、超原子価ビスマス化合物の方がルイス酸性が強いという実験結果を得たため、理論的考察を行うことで定量的に評価かつ予測可能なパラメータの算出を行った。加えて、加えて超原子価ゲルマニウム化合物の合成にも成功した。ビスマス化合物やスズ化合物と異なり、ゲルマニウム化合物は水に対して感度が良く、分解挙動を示すことが分かった。一方で、共役系高分子化することで化合物の水に対する安定性が増し、高効率近赤外発光材料として応用可能であることを明らかにした。超原子価スズ化合物を含む共役系高分子を合成し、薄膜を作製し求核剤に曝露することで5配位→6配位化に起因する刺激応答性を確認した。その結果、高分子においてもジメチルスルホキシドなどの求核剤で色変化を示す傾向を確認した。薄膜では、スズ上の置換基がメチル基では応答せず、フェニル基では応答する挙動を確認できた。スズ上の置換基がフェニル基の方がスズ原子の結合力が高く、置換基の選択が重要であるという結果を得た。これらの結果は、共役系高分子を用いた刺激応答性の薄膜を設計・作製する際に重要な知見であり、ヘテロ元素を起点とした様々な化学物質への応答性が期待できる。以上、本年度の研究では元素に依存した動的超原子価結合の評価を行い、その中でも最も高分子への応用が容易であったスズ化合物について、刺激応答性薄膜を得る際に重要な基本的情報を収集することに努めた。本結果が、元素の性質を利用した新材料の開発につながることを期待する。