Quantitative evaluation of spin-orbit interaction to develop higher-efficient organic room temperature phosphorescence materials

励起三重項状態からの発光（りん光）を利用した高効率材料が開発され、商用利用もされているが、レアメタルを用いるため材料としては高価で、材料設計にも制限が多く、低コストで高効率な次世代りん光性メタルフリー材料の開発が期待されている。重原子を含まない純有機物質は、基本的に室温でりん光を発しないという常識があった中で、研究代表者らはチオフェン環を縮合させたフェナジン系に対し、りん光が室温デバイス中で得られることを見出してきた。しかし、チオフェンやフェナジン単体では室温でりん光を示さず、π共役分子のスピン軌道相互作をどのように評価すべきか自明ではない。また、チオフェン環の向きで、りん光性が劇的に変化する理由も説明できず、スピン軌道相互作用にπ共役連結法がどのように作用するのか理論的説明が必要である。本年はまず、平面性とスピン軌道相互作用の大きさとの相関を明らかにするため、平面構造を有する縮環フェナジン系（市販）のESRならびに発光測定と量子化学計算を行うとともに、ねじれ構造により平面性を下げた系の合成を行った。平面構造を有する縮環フェナジン系の実験等から、室温でりん光を獲得する上で、重原子効果が期待できる硫黄（チオフェン）の導入は必須でないことを明らかにした。一方で、フェナジンの窒素原子上に電子スピン密度が局在したとき、室温りん光が得られた。また、ねじれ構造により平面性を下げた系の合成も順調に進み、ESRならびに発光測定と量子化学計算を行った結果、フェナジン（窒素原子）を含まない系の測定ではりん光を得ることができず、りん光を得るために窒素原子が必須であることも明らかにした。

励起三重項状態からの発光（りん光）を利用した高効率材料が開発され、商用利用もされているが、レアメタルを用いるため材料としては高価で、材料設計にも制限が多く、低コストで高効率な次世代りん光性メタルフリー材料の開発が期待されている。重原子を含まない純有機物質は、基本的に室温でりん光を発しないという常識があった中で、研究代表者らはチオフェン環を縮合させたフェナジン系に対し、りん光が室温デバイス中で得られることを見出してきた。しかし、チオフェンやフェナジン単体では室温でりん光を示さず、π共役分子のスピン軌道相互作をどのように評価すべきか自明ではない。また、チオフェン環の向きで、りん光性が劇的に変化する理由も説明できず、スピン軌道相互作用にπ共役連結法がどのように作用するのか理論的説明が必要である。本年はまず、平面性とスピン軌道相互作用の大きさとの相関を明らかにするため、平面構造を有する縮環フェナジン系（市販）のESRならびに発光測定と量子化学計算を行うとともに、ねじれ構造により平面性を下げた系の合成を行った。平面構造を有する縮環フェナジン系の実験等から、室温でりん光を獲得する上で、重原子効果が期待できる硫黄（チオフェン）の導入は必須でないことを明らかにした。一方で、フェナジンの窒素原子上に電子スピン密度が局在したとき、室温りん光が得られた。また、ねじれ構造により平面性を下げた系の合成も順調に進み、ESRならびに発光測定と量子化学計算を行った結果、フェナジン（窒素原子）を含まない系の測定ではりん光を得ることができず、りん光を得るために窒素原子が必須であることも明らかにした。