有機分子の還元反応が”加圧”により進行することを発見!~圧力応答性材料開発に向けた新たな設計指針を提供~

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2025-08-08 北海道大学,九州大学

北海道大学と九州大学の研究グループは、独自に設計したシクロファン型ジカチオンに静水圧を加えることで、有機分子の還元反応が進行する現象を世界で初めて実証しました。反応は含水溶媒中で発生し、わずかな水分子の溶媒和と分子構造変化が鍵となります。また、対イオンの選択によって反応のオン/オフ制御が可能で、特に親水性の高い対イオンでは反応が抑制されることが判明しました。シクロファン型分子は、正電荷を持つカチオンユニットを環状に連結して積層構造を形成でき、これが圧力応答性を生みます。本成果は、有機分子で加圧により還元反応が起こる初の報告であり、圧力応答性材料や環境応答型機能材料の新たな設計指針を提供します。研究成果は2025年7月18日にMaterials Chemistry Frontiers誌に掲載されました。

<関連情報>

ジカチオン性シクロファンへの静水圧印加により駆動する酸化還元反応 A redox reaction triggered by hydrostatic pressure in dicationic cyclophanes

Moto Kikuchi,Tomoya Kuwabara,Gaku Fukuhara,Takanori Suzuki and Yusuke Ishigaki
Materials Chemistry Frontiers  Published:18 Jul 2025
DOI:https://doi.org/10.1039/D5QM00426H

有機分子の還元反応が”加圧”により進行することを発見!~圧力応答性材料開発に向けた新たな設計指針を提供~

Abstract

Various reactions and systems that respond to hydrostatic pressure, i.e., one type of mechanical isotropic stimulus, have been developed over the past decades. Here, we show that a one-electron (1e) reduction of dicationic cyclophane can be realised by applying hydrostatic pressure in a water-containing solvent. The large negative value of the volume change Image ID:d5qm00426h-t1.gif observed for this reduction, which is key to inducing the reduction reaction, is due to the desolvation of the H2O molecules and the change in the proximity between the cyclophane π units accompanied by a decrease in electrostatic repulsion. In fact, related monocations did not undergo a 1e reduction under hydrostatic pressure, even in water-containing solvents, indicating that the reduction behaviour is enabled by the cyclophane structure. Furthermore, in the case of weakly polar anions such as BF4 and PF6, a change in the solvation/desolvation of the H2O molecules of dicationic cyclophanes can occur upon hydrostatic pressurisation, leading to a 1e reduction, showing that the reduction behaviour can be tuned by selecting the appropriate counter anion. Therefore, this study provides a valuable strategy and guidelines for the rational design of molecules with redox behaviour that can be modulated using hydrostatic pressure.

有機化学・薬学
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