我々の生活に役に立つ材料の多くは「固体」です。私たちの研究室では、様々な元素を活用した機能性分子を設計・合成し、それを綺麗に並べた固体である「結晶」を作ることで、新しく豊かな機能をもつ分子結晶を創り出しています。結晶は通常内部の原子や分子が固定されていますが、私たちは結晶外部からの刺激や環境の変化に応答して、「結晶内で分子が動く」ことに着目して研究しています。分子を結晶中でどのように「並べるか」、さらにどのように「動かすか」は分子の合成の研究に比べて研究がまだ進んでおらず、化学の未踏領域です。
私たちは、2008年に「可逆的発光性メカノクロミズム」と呼ばれる特性を持った化合物を世界ではじめて発見しました。この化合物は紫外線照射下では比較的弱い青色の発光を示しますが、この錯体に「こする」などの機械的刺激を与えると、こすった部分のみ鮮やかな黄色発光を示します（下図）。また、この化合物にジクロロメタンなどの有機溶媒を加えるもとの青色発光に戻すことができます。
世界初の可逆性発光性メカノクロミズム
研究さらにを推し進めて、小さな機械的刺激でドミノ倒しのように分子が自発的に変化する「分子ドミノ」を世界ではじめて発見しました。さらに、機械的刺激でジャンプする「サリエント結晶」、強弾性や超弾性を発光性結晶とその性質を利用した「ダンスする結晶」、そして結晶の一部分が高速で回転する「結晶性分子ローター」
発光性分子結晶が示す機械的刺激による分子ドミノ型単結晶-単結晶相転移と発光色変化
結晶中で分子が回転する「結晶性分子ローター」と固体発光
研究紹介記事
- “結晶中の分子の《ドミノ倒し》を世界で初めて観測”
『北海道大学プレスリリース』 (2013/6/14)
- “熱や光によって「ジャンプ」する有機結晶 : アクロバティックな結晶の振る舞い”
『化学と工業』 2015年3月号、254－255ページ。
- “金属間相互作用の増強が鍵となる光誘起結晶相転移とPhotosalient効果”
『日本結晶学会誌』 2015年8月号、226－232ページ。
- “金原子間相互作用の増強が鍵となる光結晶相転移”
『化学と工業』 2017年 70巻 2号、133ページ。
- “多色発光性メカノクロミズムを示す金イソシアニド錯体 :面白い分子ほど手が掛かる”
『化学と工業』 2016年 69巻 7号、588－589ページ。
- “発光性メカノクロミズム : 分子の並び方が色の決め手”
『化学と教育』 2016年 64巻 6号、280－281ページ。
- “様々な発光色を示す刺激応答性センサー材料の開発”
『北海道大学プレスリリース』 2016年5月13日 発表。
代表的な論文
「発光性メカノクロミズム」
- Reversible Mechanochromic Luminescence of [(C6F5Au)2(μ-1,4-diisocyanobenzene)]Ito, H.*; Saito, T.; Oshima, N.; Kitamura, N.; Ishizaka, S.; Hinatsu, Y.; Wakeshima, M.; Kato, M.; Tsuge, K.; Sawamura, M.* J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 10044.
DOI: 10.1021/ja8019356
- Mechano-Responsive Luminescence via Crystal-to-Crystal Phase Transitions between Chiral and Non-Chiral Space GroupsJin, M.; Seki, T.*; Ito, H.* J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 7452 – 7455.
DOI: 10.1021/jacs.7b04073
- Luminescent Mechanochromic 9-Anthryl Gold(I) Isocyanide Complex with an Emission Maximum at 900 nm after Mechanical StimulationSeki, T.*; Tokodai, N.; Omagari, S.; Nakanishi, T. ; Hasegawa, Y.; Iwasa, T.; Taketsugu, T.; Ito, H.* J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 6514 – 6517.
DOI: 10.1021/jacs.7b00587
- A Screening Approach for the Discovery of Mechanochromic Gold(I) Isocyanide Complexes with Crystal-to-Crystal Phase TransitionsSeki, T.*; Takamatsu, Y; Ito, H.* J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 6252 – 6260.
DOI: 10.1021/jacs.6b02409
「分子ドミノ型単結晶―単結晶相転移」
- Mechanical stimulation and solid seeding trigger single-crystal-to-single-crystal molecular
domino transformationsIto, H.;* Muromoto, M.; Kurenuma, S.; Ishizaka, S.; Kitamura, N.; Sato, H.; Seki, T. Nature Commun. 2019, 4, 2009.
DOI: 10.1038/ncomms3009
- Controlling Mechano- and Seeding-Triggered Single-Crystal-to-Single-Crystal Phase Transition: Molecular Domino with a Disconnection of Aurophilic BondsSeki, T.; Sakurada, K.; Ito, H.* Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 12828-12832. VIP paper
DOI: 10.1002/anie.201307672
- Mechanical-Stimulation-Triggered and Solvent-Vapor-Induced Reverse Single-Crystal-to-Single-Crystal Phase Transitions with Alterations of the Luminescence ColorJin, M.; Sumitani, T.; Sato, H.; Seki, T.*; Ito, H.* J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 2875 – 2879.
DOI: 10.1021/jacs.7b12455
「踊る結晶」
- Mechanical deformation and multiple thermal restoration of organic crystals: reversible multi-stage shape-changing effect with luminescence-color changesFeng, C.; Seki, T.*; Sakamoto, S.; Sasaki, T.; Takamizawa, S.*; Ito, H.* Chem. Sci. 2022, Edge Article
DOI: 10.1039/D2SC03414J
「結晶ジャンプ」
- Photoinduced Single-Crystal-to-Single-Crystal Phase Transition and Photosalient Effect of a Gold(I) Isocyanide Complex with Shortening Intermolecular Aurophilic BondsSeki, T.; Sakurada, K.; Muromoto, M.; Ito, H.* Chem. Sci. 2015, 6, 1491 – 1497. Open Access Article.
DOI: 10.1039/C4SC02676D
- Anisotropic strain release in a thermosalient crystal: Correlation between the microscopic orientation of molecular rearrangements and the macroscopic mechanical motionSeki, T.*; Mashimo, T.; Ito, H.* Chem. Sci. 2019, 10, 4185 – 4191.
DOI: 10.1039/C8SC05563G
「発光性結晶分子ローター」
- Encapsulating N-Heterocyclic Carbene Binuclear Transition-Metal Complexes as a New Platform for Molecular Rotation in Crystalline Solid-StateJin, M.*; Ando, R.; Jellen, M. J.; Garcia-Garibay, M. A.; Ito, H.* J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 1144 – 1153.
DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.0c11981
- Anisotropic Thermal Expansion as the Source of Macroscopic and Molecular Scale Motion in Phosphorescent Amphidynamic CrystalsJin, M.; Yamamoto, S.; Seki, T.; Ito, H.*; Garcia-Garibay, M. A.* Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 18003 – 18010.
DOI: 10.1002/anie.201909048
- Phosphorescence Control Mediated by Molecular Rotation and Aurophilic Interactions in Amphidynamic Crystals of 1,4-bis[tri-(p-fluorophenyl)phosphane-gold(I)-ethynyl]benzeneJin, M.; Chung, T. J.; Seki, T.; Ito, H.*; Garcia-Garibay, M. A.* J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 18115–18121.
DOI: 10.1021/jacs.7b11316
