光で変形する分子が”芳香族性”を獲得する瞬間を初観測~超高速計測で明らかにした段階的な平面化プロセス~

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2025-03-12 分子科学研究所

分子科学研究所(IMS)と大阪大学、京都大学の共同研究チームは、光照射によって分子が芳香族性を獲得し、構造が変化する過程を初めて直接観測することに成功しました。 この研究では、フェムト秒時間分解インパルシブ誘導ラマン分光法(TR-ISRS)を用いて、励起状態での分子の超高速構造変化をラマンスペクトルの時間変化として捉えました。対象としたのは、シクロオクタテトラエン(COT)骨格を持つ「羽ばたく分子(FLAP)」で、光照射後に曲がった構造から平面構造へと変化する特徴を持ちます。観測の結果、分子は励起直後に芳香族性を獲得し、その後ピコ秒スケールで段階的に平面化していくことが明らかになりました。この成果は、光機能性材料や光応答性材料の開発に大きく寄与することが期待されます。

<関連情報>

励起状態芳香族化が駆動する非平衡平坦化ダイナミクス Excited-State Aromatization Drives Nonequilibrium Planarization Dynamics

Yusuke Yoneda,Tomoaki Konishi,Kensuke Suga,Shohei Saito,and Hikaru Kuramochi
Journal of the American Chemical Society  Published March 9, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.4c18623

Abstract

光で変形する分子が”芳香族性”を獲得する瞬間を初観測~超高速計測で明らかにした段階的な平面化プロセス~

Excited-state aromaticity is one of the most widely applied concepts in the field of chemistry, often used as a rational guideline for predicting conformational changes of cyclic π-conjugated systems induced by photoexcitation. Yet, the details of the relationship between the corresponding photoinduced electronic and structural dynamics have remained unclear. In this work, we applied femtosecond transient absorption and time-resolved time-domain Raman spectroscopies to track the nonequilibrium planarization dynamics of a cyclooctatetraene (COT) derivative associated with the excited-state aromaticity. In the femtosecond time-resolved Raman data, the bent-to-planar structural change was clearly captured as a continuous peak shift of the marker band, which was unambiguously identified with 13C labeling. Our findings show that the planarization occurs after a significant change in the electronic structure, suggesting that the system first becomes aromatic, followed by a conformational change. This work provides a unique framework for understanding the excited-state aromaticity from a dynamical aspect.

1700応用理学一般
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