本研究成果のポイント

• 平面構造を持つ人工色素分子の周りに、電子を受け渡しやすいユニット（電子ドナー）8枚が結合した分子を開発。この分子は自発的に2つの分子が合体し、16枚の電子ドナーが環状に並んだ構造を形成することが確認された。
• 複数分子からなる人工的な環状積層構造の中でのトロイダル共役^※を世界で初めて証明。

概要

自然界では、光合成を行う植物中において色素分子が環状に並んだ集合体をアンテナとして、光エネルギーを効率的に集めて利用しています。このような環状に並んだユニットの間を電荷やエネルギーが周回する現象はトロイダル共役と呼ばれ、これまで人工的な物質では1つの分子内の現象としてのみ知られていました。
大阪公立大学大学院理学研究科の酒巻 大輔准教授、藤原秀紀教授、工学研究科の松井康哲准教授、池田浩教授、本学共用設備基盤センターの古川貢准教授、京都大学大学院工学研究科の清水大貴助教らの研究グループは、平面構造を持つ人工色素分子であるフタロシアニンの周りに、電子を受け渡しやすいユニット（電子ドナー）が8枚、柱のように結合した分子を開発しました。そして、この分子2つは自発的に合体し、16枚の電子ドナーが環状に並んでいることをX線結晶構造解析により解明しました。また、電子ドナー同士は、電子やエネルギーのやりとりが可能なほど近い距離に位置し、光や電荷を与えることによりプラスの電荷がこの輪の中を周回していることがわかりました。これにより、人工的に合成された複数分子の環状積層構造においてトロイダル共役が起きたことを世界で初めて示しました。
本研究成果は、2025年3月25日に国際学術誌「Angewandte Chemie International Edition」にオンライン公開されました。

【用語解説】

^※トロイダル共役
複数の原子の間で電子が広がる（＝非局在化する）ことを示す電子共役の一種で、環状に並んだ分子の間を電荷やエネルギーが動き回ること。

研究内容の詳細

複数分子からなる人工的な環状積層構造において電荷やエネルギーが周回する特異な現象を証明（PDF：458KB）

論文情報

【掲載誌】Angewandte Chemie International Edition
【論文タイトル】Intermolecular Toroidal Conjugation: Circularly Stacked 16 π-Planes Formed by Supramolecular Assembly Enabling Cyclic Charge and Energy Delocalization
【著者】Daisuke Sakamaki, Koki Tsubono, Minami Nakamura, Daiki Shimizu, Yasunori Matsui, Hiroshi Ikeda, Ko Furukawa, Hideki Fujiwara
【doi】10.1002/anie.202504353

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