凝集すると光る分子を計算化学で予測ー官能基配置が決める発光・消光の分子設計指針を発見ー

2026-07-06 東京科学大学

東京科学大学、九州大学、熊本大学、香港中文大学(深圳)の共同研究グループは、凝集誘起発光(AIE)色素の発光特性を量子化学計算によって事前に予測できる新たな分子設計手法を開発した。研究では、30種類の橋かけスチルベン誘導体を解析し、ドナー基とアクセプター基の配置が、励起状態から無輻射失活へ至る**円錐交差(CI)**への到達しやすさを左右し、発光・消光特性を決定することを明らかにした。計算結果に基づいて合成した分子は、予測どおり溶液中ではほとんど発光せず、凝集・固体状態で強く発光するAIE特性を示した。また、超高速分光測定と理論計算により、官能基配置がCIの形状や非断熱遷移を制御し、無輻射失活を変化させることを実証した。本成果は、経験的な試行錯誤に依存していたAIE色素開発を、計算科学に基づく合理的な分子設計へ転換する重要な指針を提供するものであり、有機EL材料、バイオイメージング用蛍光プローブ、化学センサーなど高性能発光材料の開発加速が期待される。

凝集すると光る分子を計算化学で予測ー官能基配置が決める発光・消光の分子設計指針を発見ー
本研究の概要図

<関連情報>

ドナー–アクセプター非対称性による円錐交差アクセシビリティの制御を通じた橋かけスチルベンAIE色素における励起状態失活の計算ガイド型制御 Computation-Guided Control of Excited-State Deactivation through Modulation of Conical-Intersection Accessibility by Donor–Acceptor Asymmetry in Bridged Stilbene AIE Luminogens

Takuya Tanaka, Satoshi Suzuki, Hirosato Koyanagi, Kiyoshi Miyata, Riki Iwai, Kazunobu Igawa, Ken Onda, Ben Zhong Tang, Gen-ichi Konishi
Advanced Science  Published: 18 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/advs.76058

ABSTRACT

A computation-guided investigation of asymmetric donor–acceptor bridged stilbenes reveals structure–property relationships governing conical intersection (CI) accessibility and excited-state deactivation in aggregation-induced emission (AIE) luminogens. Although CIs play a central role in nonradiative decay, the molecular factors governing CI accessibility in AIE systems remain insufficiently understood. Here, we show that asymmetric donor–acceptor placement combined with bridge-controlled structural flexibility strongly influences CI accessibility and excited-state deactivation in push–pull alkylene-bridged stilbenes ([6]/[7]). Quantum-chemical analyses of 30 derivatives reveal substituent-dependent energetic trends associated with CI accessibility that can be rationalized by the relative energetic positions of the Franck–Condon and CI geometries. On the basis of these trends, representative derivatives, including DCBS[6], DCBS[7], DPB[7]C, and DPB[7]N, were synthesized together with reference compounds. Their photophysical properties generally correlate with the computed CI-accessibility trends, indicating that donor–acceptor asymmetry and bridge rigidity cooperatively influence excited-state deactivation and fluorescence suppression in solution. Time-resolved spectroscopy, post-relaxation PES analyses, and CI topology analyses further support the proposed relaxation pathways and suggest that substituent inversion alters CI energetics, topology, and nonadiabatic coupling. These findings provide mechanistic insight into substituent-dependent excited-state deactivation in bridged stilbenes.

0502有機化学製品
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