理論と実験の協奏によるNIR-II・III応答性開殻系分子の戦略的創出

本研究では開殻系分子を主な対象とし、A) NIR-II、NIR-III 領域の光吸収能 B) 励起状態緩和過程、基底状態で発現する機能 C) 安定性・溶解性など基礎物性、に関与する構造や電子状態を理論と実験の両面から明らかにした上で、それらを一般化・統合し、求める複数の機能を併せ持つ機能性分子の予測設計を可能にすることを目的としています。昨年度は、当研究室でこれまで開発されたπ共役系分子の骨格を基にした開殻系分子を設計し、励起状態反応経路計算などの理論計算による機能予測を行った上で、1000nm を超える NIR-II 領域における高い光吸収能と、優れた光音響・光線力学療法治療効果を持つ近赤外色素を開発することを目指しました。種々理論計算をもとに近赤外色素の合成を行った結果、 中性分子の状態で 700-1000 nm の NIR-I 領域に高いモル吸光係数の吸収を有し、安定性・溶解性に優れた新たな近赤外色素を開発できました。本色素は理論計算や電気化学的な測定の結果から、容易に一電子酸化を受けて安定な開殻系分子となることが予想されています。また励起状態計算の結果から、一電子酸化された開殻系分子は 1000 nm を超える NIR-II 領域に強い吸収を持つ近赤外色素になることが予測されます。この色素を母骨格とし、吸収波長の長波長化や各種物性の向上を目指して理論設計に基づいた分子修飾を行うことで、優れた光物性と溶解性などの基礎物性を併せ持つ色素の合成が期待できます。

本研究では開殻系分子を主な対象とし、A) NIR-II、NIR-III 領域の光吸収能 B) 励起状態緩和過程、基底状態で発現する機能 C) 安定性・溶解性など基礎物性、に関与する構造や電子状態を理論と実験の両面から明らかにした上で、それらを一般化・統合し、求める複数の機能を併せ持つ機能性分子の予測設計を可能にすることを目的としています。昨年度は、当研究室でこれまで開発されたπ共役系分子の骨格を基にした開殻系分子を設計し、励起状態反応経路計算などの理論計算による機能予測を行った上で、1000nm を超える NIR-II 領域における高い光吸収能と、優れた光音響・光線力学療法治療効果を持つ近赤外色素を開発することを目指しました。種々理論計算をもとに近赤外色素の合成を行った結果、 中性分子の状態で 700-1000 nm の NIR-I 領域に高いモル吸光係数の吸収を有し、安定性・溶解性に優れた新たな近赤外色素を開発できました。本色素は理論計算や電気化学的な測定の結果から、容易に一電子酸化を受けて安定な開殻系分子となることが予想されています。また励起状態計算の結果から、一電子酸化された開殻系分子は 1000 nm を超える NIR-II 領域に強い吸収を持つ近赤外色素になることが予測されます。この色素を母骨格とし、吸収波長の長波長化や各種物性の向上を目指して理論設計に基づいた分子修飾を行うことで、優れた光物性と溶解性などの基礎物性を併せ持つ色素の合成が期待できます。