【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.01】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24NM5109
利用課題名 / Title
動的なπ共役分子および分子集合体の構築と特性評価に関する研究
利用した実施機関 / Support Institute
物質・材料研究機構 / NIMS
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マテリアルの高度循環のための技術/Advanced materials recycling technologies（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
NMR, ソフトマテリアル, π共役分子,資源循環技術/ Resource circulation technology,核磁気共鳴/ Nuclear magnetic resonance
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
竹内 正之
所属名 / Affiliation
物質・材料研究機構
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
中西 和嘉,高井 淳朗,HOLSTEIN Lara Rae,ZHONG XinHao,JIN Zhehui,濱田 拓実,鷲田 いつか,佐藤 直子,松永 いづみ,HOU Yan,ANDERSSON Caroline Victoria Irene
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
NM-001：NMR
NM-006：卓上走査型電子顕微鏡装置群
NM-215：卓上型X線回折計_Cu_SMF
NM-016：接触角計
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
π共役分子、およびその集合体は、π共役分子固有の優れた光・電子機能に加え、自己修復性や光・電子物性スイッチングなど動的機能も発現し得る。そのため、緻密に配向制御されたπ電子系分子集合体は、従来型のポリマーやバルク材料を補完する新たなソフトマテリアルとして注目されている。そこで本課題では新たなπ電子系分子集合体の合成、緻密な配列制御法の開発、動的機能の評価を目的として研究を遂行した。合成したπ電子系分子性材料の同定・機能の評価に際し、ARIM登録装置を利用した（詳細は、実験欄を参照）。その結果、得られた新奇なπ電子系分子集合体が興味深い反応性、ナノ〜メゾスケールの分子配向、化学−運動エネルギー変換機能などを有することが明らかになった。
実験 / Experimental
目的物のπ共役分子および前駆体の同定、分子認識能、反応の経時変化を測定するため、NMR（NM-001）を利用した。実験では、重水素化した水や有機溶媒中に化合物を溶解したサンプルを準備し、主に1H NMRおよび13C NMRを測定した。溶媒・化合物の濃度・測定温度などを変化させることで、分子構造や立体配座に関する様々な情報が得られた。また、π共役分子集合体の基板上におけるモルフォロジーや分子配向を精査するため、卓上SEM（NM-006）やX線回折計（NM-215）を利用した。化合物を薄膜化した際の界面物性について探索するため、接触角計（NM-016）も利用した。
結果と考察 / Results and Discussion
ARIM登録装置等を利用し新奇なπ共役分子集合体を精査した結果、種々のユニークな構造体やそれらの動的機能を見出すことができた。例えば、一連の親水性ペリレンジイミド固体を気水界面で還元すると、センチメートルスケールの自発的なリズム運動性を発現することを発見し、その運動性を分子構造・分子配向・化学反応速度によって制御可能であることを見出した（図１）。これは、化学エネルギーを運動エネルギーへと自発的に変換するソフトマター設計の基盤となる成果であり、生物のような自律駆動性を備えた新奇ソフトロボットの開発につながる。また、π共役分子の金(111)基板上における特異な自己集合による配位ポリマーの創成と、その動的挙動についても明らかにした。このように、未発表の化合物データも含めて独自の分子設計に基づくπ共役分子集合体の動的機能を生かしたソフトマター創成の道筋を示した。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図１
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
利用に際し、装置の維持管理や測定補助で竹村 太郎博士、服部 晋也博士ほか、材料創製・評価プラットフォーム バイオ分析ユニットの皆様に大変お世話になりました。この場をお借りして、御礼申し上げます。
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文：
1. 中西 和嘉, "場を利用した分子配座・運動制御" 分子・ロボット融合研究会 (東京), 2024年1月27日
2. 中西 和嘉, "分子配座制御による分子集合と運動" NIMS-京都大学若手研究者交流ワークショップ (つくば), 2024年12月16日～17日
3. Waka Nakanishi, "Chiral shape induced assembly of flexible pi-structure" ISSS-10 (Kita-Kyushu), 2024年10月20日～24日
4. 竹内 正之, "共役系分子・高分子の精密集積制御にむけたアプローチ" 日本化学会第104春季年会 (千葉), 2024年3月18日～21日
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
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Lara Rae Holstein, Reduction‐Induced Self‐Propelled Oscillatory Motion of Perylenediimides on Water, Angewandte Chemie International Edition, 63, (2024).
DOI: 10.1002/anie.202410671
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- Atsuro Takai, "Spatiotemporal Dynamics of Supramolecular Polymers Incorporating Click Reactivity" Catalysis and Sensing 2024 at NIMS (Tsukuba), 2024年4月11日
- Atsuro Takai, Lara Rae Holstein, Nobuhiko J. Suematsu "Design of Marangoni Surfers in Rhythmic Motion Based on π-Systems" Gordon Research Conference; Oscillations and Dynamic Instabilities in Chemical Systems (Les Diablerets Conference Center, Switzerland), 2024年7月14日～19日
- Lara Rae Holstein, Masayuki Takeuchi, Nobuhiko J. Suematsu, Atsuro Takai, "Molecularly Designed Self-Propelled Motion of Perylenediimide Dianions" International Conference on Self-organization in Life and Matter 2024 (Tokyo), 2024年9月9日～11日
- Lara Rae Holstein, Masayuki Takeuchi, Nobuhiko J. Suematsu, Atsuro Takai, "Oscillatory Self-Propelled Motion Induced by the Reduction of Perylenediimides" 第75回コロイドおよび界面化学討論会 (仙台), 2024年9月17日～20日
- Atsuro Takai, Lara Rae Holstein, Nobuhiko J. Suematsu, "マランゴニ流による⾃⼰駆動システムの分⼦化学的設計" 第34回非線形反応と協同現象研究会 (神戸), 2024年11月30日
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件