弱い分子間水素結合を利用して構築する多孔質構造体の構造と機能の解明

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分子を水素結合により自己集合させた多孔質構造体をHOFと呼ぶ。本研究では、種々の弱い水素結合を利用して新規HOFを構築し、その構造と機能との関係を明らかにすることを主目的としている。研究初年度となる2022年度の主要な成果として、ある亜鉛錯体を基盤とするHOFが、構造変化を伴うゲスト交換機能を単結晶性を維持したまま示すことを見出した点が挙げられる。単結晶性を維持したままこの機能を発揮できるHOFは先例がない。単結晶X線構造解析により、構造変化を伴うゲスト交換が、HOF骨格を構成する分子間水素結合の一部の切断と、ゲスト分子との新たな水素結合の形成により起こることを明らかにした。水素結合の切断は、骨格構築に従来に比べて弱い水素結合を使用したため起こった、と捉えられる。よって、この成果はHOFの構築に弱い水素結合を利用することの意義の一つを示したものといえる。本年度には、極性のある揮発性有機化合物を選択的に合成できるニッケル錯体を基盤とするHOFが、ピリジンやアンモニア、メタノールの蒸気を吸着した場合に色を変化させることも見出した。この色変化挙動は、これまでに明らかにしてきたカルボニル化合物やエーテル類、クロロアルカン類の吸着挙動（色変化を示さない）とは対照的である。粉末X線回折や拡散反射スペクトルを測定することにより、この色変化が、配位子置換反応により生じていることを明らかにした。この配位子置換反応による色変化は当初予期していなかった成果である。これまでの研究に用いてきたものよりも弱い水素結合を利用したHOF構築にも取り組み、合成法やスケールに課題は残すものの、HOFを構築できることを見出した。今後、合成法を確立させることにより、より多様な基質に適応可能な吸着材料となる可能性が期待できる。