量子化学計算によるランタノイド発光センサーの機構解明と配位子デザイン

利用量子化学计算阐明稀土发光传感器的机理和配体设计

• 批准号: 15KT0142
• 负责人: 畑中 美穂
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Kindai University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-07-10 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15KT0142/
• 关键词: 希土類発光; 密度汎関数法; 自動反応経路探索

ランタノイド錯体は、周囲環境によって発光波長は変化しないものの、発光強度は大きく変化するという特徴を持つ。例えば、ビピリジンやフェナントロリンの誘導体を配位子に持つランタノイド錯体の発光量子収率は、配位子の側鎖に大きく依存することが知られている。そこで、様々な配位子を持つユウロピウム錯体について、一重項基底状態(S0)、三重項励起状態(T1)の局所安定構造及び、S0とT1のポテンシャルエネルギー曲面(PES)の交差点、T1とランタノイドの励起状態(発光準位)のPESの交差点を求め、発光量子収率の実験値との相関を調べた。その結果、T1の局所安定構造とS0・T1の交差点のエネルギー差と発光量子収率の間に相関関係があることが分かった。さらに、配位子１分子とナトリウムカチオンからなるモデル分子を用い、S0とT1だけでなく、S0と一重項励起状態(S1)の交差点などの関係も調べたところ、T1の局所安定構造とS0・T1の交差点の間のエネルギー差と、S1の局所安定構造とS0・S1の交差点の間のエネルギー差の間にも相関関係があることが分かった。以上のことから、ランタノイド発光錯体の発光量子収率は、(ランタノイドの種類を変えない場合)配位子からの消光の反応障壁によって見積もることが可能であることが分かった。また、配位子からの消光過程は、S1からS0への内部転換を経る過程が主であると考えられるが、この過程の反応障壁は、T1からS0への項間交差を経る過程の障壁と相関しているため、(計算が比較的簡便な)T1とS0の交差点のエネルギー値から見積もることが可能であると分かった。

The wavelength and intensity of the emitted light vary according to the ambient environment. For example, the ligand of the inducer is dependent on the quantum yield of the ligand and the lateral locking of the ligand. The stable structure of the single-term base state (S0) and the triplet excitation state (T1), the intersection point of the PES between S0 and T1, the intersection point of the PES between T1 and the excitation state (emission level), and the correlation of the emission quantum yield. The results show that the correlation between the local stable structure of T1 and the difference between the intersection point of S0 and T1 and the quantum yield of light can be obtained. The relationship between the cross point of the ligand 1 molecule and the cross point of the ligand 1 molecule, the difference between the ligand 1 molecule and the ligand 1 molecule. The light emission quantum yield of the ligand is different from that of the ligand. In addition, the extinction process at the edge of the ligand is the main process of internal conversion between S1 and S0. The reflection barrier of this process is the barrier and correlation between the intersection between T1 and S0.(The calculation is relatively simple) The value of the intersection between T1 and S0 may be increased.

项目成果

ランタノイド発光材料の消光経路のデータベース化と発光特性を決定する因子の抽出

稀土发光材料猝灭途径数据库及发光特性决定因素提取

• 发表时间: 2016
• 作者: M. Hatanaka;K. Morokuma;○畑中美穂;○Miho Hatanaka;○畑中美穂
• 通讯作者: ○畑中美穂

Finding the key to determine the luminescent characteristics from the database of the quenching pathways of lanthanide luminescent materials

从稀土发光材料猝灭途径数据库中寻找确定发光特性的关键

• 发表时间: 2017
• 作者: M. Hatanaka;K. Morokuma;○畑中美穂;○Miho Hatanaka
• 通讯作者: ○Miho Hatanaka

How Can Fluctional Chiral Lanthanide (III) Complexes Achieve a High Stereoselectivity in Aqueous Mukaiyama-Aldol Reaction?

波动手性镧系元素 (III) 配合物如何在水相 Mukaiyama-Aldol 反应中实现高立体选择性？

• DOI: 10.1021/acscatal.5b00438
• 发表时间: 2015
• 期刊: ACS Catal.
• 影响因子: 12.9
• 作者: M. Hatanaka;K. Morokuma
• 通讯作者: K. Morokuma

Computational study of the thermosensitive luminescence of lanthanide materials

镧系材料热敏发光的计算研究

• 发表时间: 2016
• 作者: M. Hatanaka;K. Morokuma;○畑中美穂;○Miho Hatanaka;○畑中美穂;Miho Hatanaka
• 通讯作者: Miho Hatanaka

Theoretical study of lanthanide luminescence for thermo- and biosensors

热传感器和生物传感器中稀土发光的理论研究

• 发表时间: 2015
• 作者: M. Hatanaka;K. Morokuma;○畑中美穂;○Miho Hatanaka;○畑中美穂;Miho Hatanaka;Miho Hatanaka
• 通讯作者: Miho Hatanaka