～環境応答性発光に基づく先端光技術の創出に期待～
先導物質化学研究所
友岡 克彦 教授
ポイント
・ホウ素を含む非対称な多環芳香族炭化水素 (PAH)に、分子内ホウ素－酸素配位結合注1）部位を導入することで、中心不斉注2）を有するキラルホウ素π共役分子を創出した。
・励起状態注3）でこの配位結合が解離することで、炭素－ホウ素結合に沿った軸不斉注4）を有する三配位ホウ素注5）π電子系へと変換されることを見出した。
・この変化に伴い、高い量子収率や、赤色〜近赤外領域での発光を伴った二重の円偏光発光が得られることを見出した。
・酸素配位結合部位としてホスフィンオキシドを用いることで、水素結合注6）性溶媒に応答した二重発光特性の変化を実現した。
概要
名古屋大学学際統合物質科学研究機構(IRCCS※)の森 達哉 特任助教、同大学トランスフォーマティブ生命分子研究所（WPI-ITbM※）の山口 茂弘 教授、同大学工学研究科の井改 知幸 教授、九州大学先導物質化学研究所の友岡 克彦 教授らの研究グループは、可逆的に解離する分子内配位結合を有するキラルホウ素π共役分子を開発し、高い量子収率と長波長領域発光を兼ね備えた二重の円偏光発光（CPL）注7）の実現に成功しました。
CPLは、電場と磁場がらせんを描くように伝搬する光であり、3Dディスプレイや暗号通信などの先端技術において注目が高まっています。特に、二重のCPLを示す有機分子は次世代センシング技術への応用が期待されますが、従来の分子設計では実現が難しく、新たな設計指針の確立が必要でした。
本研究では、ホウ素を含む非対称なPAH骨格に、分子内でホウ素への可逆的な配位が可能なホスフィンオキシド部位を導入することで、中心不斉を有するキラルホウ素π共役分子を合成しました。特筆すべき点は、励起状態において配位結合が解離し、炭素－ホウ素結合に沿った軸不斉を有するキラル三配位ホウ素π骨格が生成することです。この二種類のキラリティ注8）が光励起によって切り替わることにより、二重CPLが実現されました。三配位ホウ素を含むπ共役分子の優れた発光特性を反映して、得られた化合物は高い発光量子収率注9）を伴うCPLや、赤色ー近赤外領域に及ぶ長波長CPLを示しました。さらに、この二重CPL挙動は、溶媒との水素結合によって大きく変化する応答性も示しました。
本研究成果は、2025年12月21日にドイツ化学会誌「Angewandte Chemie International Edition」オンライン版に掲載されました。
用語解説
注1）配位結合：電子対をもつ原子が電子不足な原子へ電子対を供与することで形成される結合。Lewi酸ー塩基相互作用。
注2）中心不斉：一つの原子に四つの異なる置換基が結合することで生じるキラリティ。
注3）励起状態：光などのエネルギーを吸収することで至る量子的に高い電子状態。
注4）軸不斉：分子内の結合軸の回転が立体的に妨げられることで生じるキラリティ。
注5）三配位ホウ素：ホウ素原子が三つの置換基と結合した状態。空のp軌道の存在により電子受容性やLewis酸性を有する。
注6）水素結合：水素原子を介した非共有結合性相互作用。
注7）円偏光発光（CPL）：発光した光が右回りまたは左回りのらせん状偏光をもつ現象。
注8）キラリティ：分子が非対称で、鏡像と重ね合わせることができない性質。
注9）発光量子収率（PLQY）：光を吸収して励起状態になった後に、エネルギーを発光として放出する割合。
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