抖阴旅行射

【本学研究者情报】

〇多元物质科学研究所　教授　芥川智行

【発表のポイント】

• 外部环境に応じた结晶内部のフッ素配向変化を利用して、単一分子のみから结晶化溶媒を変えるだけで诱电応答性が顕着に异なる结晶を作成することに成功
• これまで未解明であったボウル反転运动と结晶化プロセスとの相関に関する知见を初めて提供
• お椀型分子を用いることで省プロセス?省コストでの物性制御が可能な诱电材料への応用に期待

【概要】

大阪大学大学院工学研究科の大学院生のLi Minghongさん（博士后期课程　研究当时）、烧山佑美准教授、樱井英博教授、大阪大学大学院基础工学研究科の松林伸幸教授、东北大学多元物质科学研究所の芥川智行教授らの研究グループは、お椀型分子スマネンのフッ素诱导体であるモノフルオロスマネン(FS)の结晶化プロセスにおいて、ボウル反転运动^※1が周囲の溶媒の影响を受け、结果として结晶内部のフッ素配向が様々に変化することを明らかにしました。こうして得られた结晶は、フッ素配向に応じて顕着に异なる诱电応答性を示しました。

ボウル反転运动は、お椀构造を持つ有机分子に特徴的な挙动であり、反転に伴い双极子モーメントの向きや大きさが変化します。このことから、お椀型分子は诱电材料や电场依存型のスイッチング素子をはじめとして、种々の材料への応用が期待されています。しかしながら、溶液中でこの反転运动を制御することは容易ではなく、お椀型分子の材料応用へ向けての大きな妨げとなっていました。

今回、烧山准教授らの研究グループは、スマネンにフッ素原子を１つ导入したFSを设计?合成しました。FSは溶液中でボウル反転运动により、异なるフッ素配向と双极子モーメントを持つ２种类の异性体FS_endoとFS_exoの混合物として存在します。一方、结晶化の际に用いる溶媒を适切に选択することで、结晶内部のFS_endoとFS_exoの存在比、すなわち结晶内部のフッ素配向を様々に変化させることに成功しました。この存在比は、各分子の构造に加え、それぞれの溶媒中におけるFS_endoとFS_exoの溶媒和自由エネルギー^※2と関连しており、得られた结晶は、FS_endoとFS_exoの存在比に応じて顕着に异なる诱电応答性を示すことがわかりました。本研究成果は、お椀型分子を用いた単一分子系でのエネルギー材料応用へ向けた大きな一歩となるものです。

本研究成果は、米国科学誌「Journal of the American Chemical Society」に、2024年2月20日（火）に公开されました。

図1. スマネンの基本的な性質

【用语解説】

※1　ボウル反転运动
お椀型のπ共役分子が、平面状の迁移状态を経て、ひっくり返った构造に変换する挙动のこと。ほとんどが溶液中で観测される。その反転にかかる活性化エネルギーはお椀の深さが大きく関係しており、浅ければ浅いほど早く、深ければ深いほどゆっくり反転することが知られている。また置换基の位置によっては反転によって镜像体を与える例も知られており、この际に生じる掌性を「ボウルキラリティー」と呼ぶ。

※2　溶媒和自由エネルギー
溶质分子1个を真空中から溶媒内に移动させた时の自由エネルギー変化のこと。値が负に大きいほどその溶媒中で大きく安定化されることを表す。

详细（プレスリリース本文）※2月28日に订正版へ差替え
※4页目の科研费新学术领域研究の课题名と学术変革领域础の课题番号を修正しました。

问い合わせ先

（研究に関すること）
東北大学 多元物質科学研究所
教授　芥川 智行（あくたがわ ともゆき）
電話： 022-217-5653
贰尘补颈濒：补办耻迟补驳补飞补*迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）

（报道に関すること）
東北大学 多元物質科学研究所　広報情報室
電話： 022-217-5198
贰尘补颈濒：辫谤别蝉蝉.迟补驳别苍*驳谤辫.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）