未来物質領域M1コロキウム 2011年10月19日 第1発表者
國司 知宏（宮坂研究室）
宮坂 博
Dynamics and Mechanisms of the Multiphoton Gated Photochromic Reaction of Highly Fluorescent Diarylethene Derivatives
Photochromism is a color change of materials induced by light irradiation in its original meaning. For molecular systems, photochromism is defined as reversible processes between two isomers, where at least one of the two processes is induced by photo-irradiation. By the photochromic reactions, physical properties of the molecule, such as absorption spectrum, fluorescence spectrum, dipole moment, refractive index etc, change rapidly and reversibly. This rapid and reversible change of molecular properties has been attracting much attention also from the application to the new optical and photonic devices, such as memories, switches, actuators. I have been investigating multiphoton cycloreversion reactions of the highly fluorescent diarylethene derivative (DAE) by means of picosecond laser photolysis methods. 1),2) Interestingly, the excitation by picosecond laser enhanced the cycloreversion reaction yield drastically , compared to the reaction by the steady-state irradiation ( reaction yield < 1.0×10-5 ). Excitation intensity dependence of the cycloreversion reaction revealed the successive two-photon absorption process leading to higher excited states opened the efficient cycloreversion process with a reaction yield of ca.10 %. This property can open the application of the present DAE to the fluorescent dye in the microscopy with super resolution. 3) In the presentation, I will introduce the photochromism, the interesting photochromic properties, the application of photochromic materials and the mechanism of photochromic reactions, together with the multiphoton gated photochromic reaction.
強い蛍光性のジアリールエテン誘導における 多光子ゲートを示すフォトクロミック反応のダイナミクスとメカニズム
フォトクロミズムとは広義には光照射によって物質の色が変化する現象である。分子系に対しては、フォトクロミズムは2つの異性体間で少なくとも一方の過程が光励起により誘発される可逆過程として定義されている。フォトクロミック反応によって、吸収スペクトル、蛍光スペクトル、双極子モーメント、屈折率などといった分子の性質は迅速にかつ可逆的に変化する。この変化は光メモリ、光スイッチ、光アクチュエーターといった新規の光デバイスへの応用からも非常に注目されている。
本研究では、ピコ秒レーザー光時間分解分光法を用い、強い蛍光を示すジアリールエテン誘導体(DAE3)の多光子開環反応について調べた。1),2)興味深い事にピコ秒レーザーで励起した場合、定常光照射した場合(反応収率＜1.0×10-5)と比べ、開環反応収率が劇的に向上した。開環反応の励起光強度依存性を調べた結果、高位励起状態を生成する逐次二光子吸収過程が約10%の反応収率でもって効率的に開環過程が進行した。この特性は、超解像顕微鏡用の色素としての応用も示す。3)
本発表では、多光子ゲートのフォトクロミック反応とともに、フォトクロミズム、フォトクロミズムの興味深い性質、フォトクロミック材料の応用、反応のメカニズムについても紹介する。
1.Murakami, M.; Miyasaka,H.;Okada, T; Kobatake, S. ;Irie, M. J. AM. CHEM. Soc. 2004, 126, 14764.
2.Uno, K.; Niikura, H.; Morimoto, M.; Ishibashi, Y.;Miyasaka, H.; Irie, M. J. AM. CHEM. Soc. 2011, 133, 13558.
3.Stefan W. Hell Science 2007, 316, 1153