分子の折りたたみが導く多様なメゾスコピック有機素材 〜立体的に複雑な分子の自己組織化によるチューブ構造構築を実現〜

2026-04-20 千葉大学

千葉大学を中心とする研究チームは、タンパク質の「折りたたみ」に着想を得て、有機分子の折りたたみによる自己組織化からメゾスコピックなチューブ構造を形成する仕組みを解明した。π電子系の大きさに応じて分子の折りたたみ方と集合構造が変化し、特にアントラセン分子では中空ナノチューブが形成されることを確認。さらに、この構造内では励起エネルギーが軸方向だけでなく円周方向にも高速伝播することが明らかとなった。これにより、三次元的なエネルギー輸送が可能な新しい有機材料設計指針が提示された。本成果は人工光合成や高効率発光材料など、光エネルギー利用技術への応用が期待される。

分子の折りたたみが導く多様なメゾスコピック有機素材 〜立体的に複雑な分子の自己組織化によるチューブ構造構築を実現〜

<関連情報>

立体的にかさ高いπ発光体ダイアドの折り畳みを介した自己組織化による多方向励起子輸送を示すナノチューブの形成 Folding-Mediated Self-Assembly of Sterically Demanding π-Luminophore Dyads into Nanotubes Exhibiting Multidirectional Exciton Transport

Takumi Aizawa,Hironari Arima,Sota Mihara,Takahiro Ueno,Shotaroh Yoshii,Takuho Saito,Hiroki Itabashi,Sougata Datta,Hiroki Hanayama,Akira Sakamoto,Rintaro Shimada,Sarah E. Rogers,Martin J. Hollamby,Takashi Kajitani,Yoshiki Ishii,Go Watanabe,Koji Harano,Takuma Matsumoto,Nithin Pathoor,Martin Vacha,Hikaru Sotome,and Shiki Yagai
Journal of the American Chemical Society  Published: April 1, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.6c00854

Abstract

The hierarchical self-assembly of folded proteins into functional nanostructures has long served as a conceptual foundation for designing synthetic polymer systems. However, the efficacy of folding-based strategies in small-molecule assemblies remains largely unproven. Here we show that sterically demanding, highly emissive diphenylanthracene derivatives, previously considered aggregation-incompetent, can be programmed to form highly ordered supramolecular nanotubes through conformational preorganization via scissor-shaped dimerization. Stepwise π-core expansion from terphenylene to diphenylnaphthalene to diphenylanthracene in the foldable supramolecular synthons induces a morphological progression from twisted ribbons to helical coils and, ultimately, to hollow nanotubes. This structural evolution is driven by folding-assisted directional π–π stacking and cooperative hydrogen bonding. Structural analyses and all-atom molecular dynamics simulations of nanotubes reveal a herringbone-like chromophore wall that reconciles dense π-stacking with curvature. Strikingly, time-resolved fluorescence anisotropy measurements demonstrate exciton migration along the tube axis (≈55 nm) and around the circumference (≈11 nm). These findings demonstrate that intramolecular folding preorganizes the spatial arrangement of intermolecular interaction sites, thereby directing curved supramolecular assembly and enabling the emergence of complex nanostructures with advanced optoelectronic function in π-systems.

0502有機化学製品
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