シリカが示すキラル光学信号増幅の起源~シロキサン環構造がもたらす自発的キラル光学信号増幅の機構解明~

2025-08-28 京都大学

京都大学の岡﨑豊助教、フランスCNRSのThierry Buffeteau氏、小田玲子氏(兼・東北大学教授)らの国際共同研究グループは、シリカにおけるキラル光学信号増幅の起源を解明しました。従来、非晶質シリカが赤外領域で強いキラル光学信号(VCD信号)を示す理由は不明でしたが、本研究ではゾルゲル法で合成したヘリカルナノシリカを高温処理することで、重量減少を伴わない形状収縮とVCD信号の顕著な増幅が同時に起こる「熱誘起VCD信号増幅」を発見しました。量子化学計算により、シロキサン環構造のキラルな配座異性体が大きなVCD信号の起源であり、平坦な環よりも捻れて収縮した環が安定であることを明らかにしました。これにより、VCD信号の増幅はエンタルピー駆動の自発的な非対称環歪みに由来することが判明しました。この成果は、非晶質材料の構造評価に新たな視点を与えるとともに、キラル光学材料や高分子材料の設計指針への応用が期待されます。研究成果は2025年7月22日付で Journal of the American Chemical Society に掲載されました。

シリカが示すキラル光学信号増幅の起源~シロキサン環構造がもたらす自発的キラル光学信号増幅の機構解明~

<関連情報>

非対称環歪みによるアモルファスシロキサンネットワークにおけるキラル光学信号増幅 Chiroptical Signal Amplification in Amorphous Siloxane Network by Asymmetric Ring Distortion

Yutaka Okazaki,Thierry Buffeteau,Naoya Ryu,Kyohei Yoshida,Ju-Yeon Jo,Kan Hachiya,Takashi Sagawa,and Reiko Oda
Journal of the American Chemical Society  Published: July 22, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.5c05168

Abstract

Understanding the polymorphs and amorphous structures of silicon oxide is an essential issue not only for fundamental science but also for energy and environmental science. In particular, the amplification mechanism of chiroptical signals in amorphous silicon oxide has drawn significant attention. Here, we explore how the chiroptical signal can be amplified in amorphous silicon oxide (silica) having nanoscale helical structures. Our findings reveal that the observed vibrational circular dichroism (VCD) signals originate from the formation of symmetry-broken siloxane ring structures. Furthermore, we demonstrate that the amplification of siloxane VCD signals is driven by an enthalpy-driven asymmetric ring distortion during volumetric shrinkage.

0500化学一般
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