分子の「長さ」で光の性質を制御~世界最長クラスのキラル発光ヘリセン分子の系統的合成に成功~

2026-01-30 早稲田大学

阿南高専と早稲田大学の研究グループは、キラルならせん状分子ヘリセンを分子長を揃えて系統合成できる新しい2段階合成法を確立し、窒素原子を含むテトラアザ[7]〜[15]ヘリセンの合成に成功した。得られた分子は有機溶媒への良好な溶解性と高い熱安定性を示し、とくに15環体は光学分割されたヘリセンとして世界最長クラスに相当する。光学特性評価(吸収・蛍光、CD、円偏光発光CPL)と理論計算から、分子長が11環付近までの赤色移動とglum増大に対し、それ以上で変化様式が切り替わる「臨界長」を発見した。分子が十分長くなると電子状態が三次元的に再編成され、遷移双極子モーメントの配向が整いCPLに有利になることが示唆される。分子の「長さ」を設計変数としてCPLを制御する指針を提示し、ディスプレイ光源、光通信、量子・スピンエレクトロニクス、セキュリティ材料などへの展開が期待される。

分子の「長さ」で光の性質を制御~世界最長クラスのキラル発光ヘリセン分子の系統的合成に成功~
図1.(a) テトラアザ[11]ヘリセンを例とした本研究で開発した2段階合成法と(b)ヘリセンの鏡像異性体の構造

<関連情報>

二段階戦略によるテトラアザ[7]-[15]ヘリセンの合成:増幅円偏光発光を示す長さ制御キラルπ-システム Tetraaza[7]–[15]helicenes Synthesized by Two-Step Strategy: Length-Controlled Chiral π-Systems Exhibiting Amplified Circularly Polarized Luminescence

Prof. Dr. Takashi Otani, Yuchen Wu, Prof. Dr. Kohei Ueda, Yuki Ikeda, Yuna Tada, Natsuna Kinoshita, Prof. Dr. Takanori Shibata
Angewandte Chemie International Edition  Published:published: 09 January 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/anie.202524463

Abstract

Helicenes are chiral π-conjugated molecules whose properties strongly depend on their lengths. Systematic studies of these compounds have been limited by synthetic challenges. Here we report a concise two-step strategy (defined as the helicene-forming sequence from aminohelicene precursors) to access a homologous series of tetraaza[7]–[15]helicenes. Optical spectra converge beyond [11]H, defining a conjugation ceiling, while chiroptical responses amplify sharply, yielding |glum| up to 0.028. Fluorescence quantum yields show a nonmonotonic dependence, with [7]H and [15]H maintaining both high ΦF (0.39 and 0.36) and large |glum|, resulting in outstanding, albeit semi-quantitative, CPL performance, with figures of merit reaching 0.010 and CPL brightness values of approximately 490. TD-DFT calculations attribute this amplification to the delayed alignment of electric and magnetic transition dipoles, while 1H NMR shifts of inner protons provide an independent probe of structural reorganization within the helical cavity. Additionally, experiment and theory have consistently identified [11]H as the critical helicene length at which the framework undergoes a qualitative transition. Notably, the [15]helicene constitutes the longest helicene ever resolved into its enantiomers, underscoring the synthetic power of this modular approach. Importantly, our synthetic route is effective for constructing higher-order helicenes, offering a generalizable platform for length-controlled, heteroatom-containing helicenes. These findings establish long tetraazahelicenes as a rare platform where through-bond conjugation and through-space orbital coupling act cooperatively to govern photophysical and chiroptical properties.

0502有機化学製品
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