紫外線に迅速応答するフォトクロミック分子

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化学者のつぶやき

紫外線に迅速応答するフォトクロミック分子

2009/5/11
化学者のつぶやき, 論文
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投稿者: cosine

“A Fast Photochromic Molecule That Colors Only under UV Light”

Kishimoto, Y.; Abe, J. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 4227. doi:10.1021/ja810032t

既にあちこちで話題になって久しいですが、青山学院大学・阿部二郎准教授らによって開発された分子です。この分子は紫外線（UV）を照射することで呈色し、照射を止めると色が消えるというフォトクロミズム現象を示します。原理は1960年に報告されていた分子^[1]、ヘキサアリールビイミダゾール（hexaarylbiimidazole;HABI）が、2,4,5-トリフェニルイミダゾリル（2,4,5-triphenylimidazolyl; TPI）ラジカルへと変換する過程でおきるフォトクロミズムに基づいています。すなわちUV照射によりHABIの結合が切断され、2分子のTPIラジカルが生成し、溶液中で紫色を示します。これらは熱的条件で逆反応を起こし、もとのHABIに戻ることができます。しかしこの再結合過程は相当に遅い（t_1/2 ～数分）ことが知られています。立体反発ゆえ反応点同士が近づきにくいためです。結局ラジカルという高反応性化学種が引き起こす分解過程がメインとなってしまい、繰り返し用いることは困難とされていました。

阿部らはナフタレン骨格にHABI分子を縛り付けた冒頭のような1st generation分子を設計し、再結合過程を加速させる（t_1/2 = 179 msec）ことに成功しました。またこれにより、繰り返しのＵＶ照射にも耐える分子にもなりました。
この1st generation分子は、2008年にOrg. Lett.誌に報告^[2]されてすぐさま、多方面から大変な反響を呼びおこしました。その火付けとなったのが以下の動画です。分子溶液が紫外線照射によって緑色に変化し、照射を止めると即座に無色になる様子がクリアに分かります。ビジュアル的に相当なインパクトのある、分野内外・研究者かどうかを問わずに目を引くムービーです。

最近になって彼らは、更なるチューニングを施した2nd generation分子をJ. Am. Chem. Soc.誌に報告しました。今度はナフタレン骨格ではなく、より強固なシクロファン骨格にHABIを縛り付けてあります。これにより再結合過程がさらに加速され（t_1/2 = 33 msec）、1st generation分子での実験時に見えていた残像が、全く見えなくなりました。動画を見れば分かりますが、かなりくっきりとした形でスポットが観測されており、明らかに改善されていることが見てとれます。

彼らはさらに実験を重ね、この分子が固体状態、ポリマーフィルムにドープした状態、結晶状態でもフォトクロミズム挙動を示すことを明らかにしています。フィルム状にしたものは10000回の光照射を経た後でも変わらず機能したそうで、この分子が優れた安定性を誇ることが実証されています。こういった化合物は、ディスプレイや光学ストレージデバイス、太陽光に応答して色が変わるサングラス、カーテンなどへの塗布による自動調光家具など、無数の応用範囲が期待されています。この日本発の画期的技術が、今後どういう進展を見せていくのか、期待は膨らむばかりですね。

【追記2010.7.2】新たなデモムービーが阿部研究室より先日公開されました。フィルムドープ型の光応答は必見です！さらに最近、関東化学より本化合物の市販が始まったそうです。(カタログPDF)

cosine

博士(薬学)。Chem-Station副代表。現在国立大学教員として勤務中。専門は有機合成化学、主に触媒開発研究。関心ある学問領域は三つ。すなわち、世界を創造する化学、世界を拡張させる情報科学、世界を世界たらしめる認知科学。素晴らしければ何でも良い。どうでも良いことは心底どうでも良い。興味・趣味は様々だが、そのほとんどがメジャー地位を獲得してなさそうなのは仕様。