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高知工科大学の中林 真宏（当時：大学院博士後期課程３年／2026年３月修了）と林 正太郎教授（理工学群）は、有機分子結晶*1 において、「分子間相互作用の階層性*2（：結びつきの序列）」が、結晶構造や発光特性、さらには相転移*3挙動を支配することを明らかにしました。従来は、分子間に複数の作用が同時に存在する場合、どの力が優先され、どう全体を支配するのかを予測して制御することは非常に難しいとされてきました。本研究では、「力の強さに優先順位（階層性）をつけるように分子をデザインし、結晶の性質や、刺激による変化をねらい通りにコントロールできる」という新しい指針を提案した点が、学術的に高く評価されました。
この成果は、2026年６月30日、化学分野において高い影響力を持つ国際学術誌Angewandte Chemie International Edition に、掲載されました。
【ポイント】
- 有機分子結晶において、分子同士が引き合う力（分子間相互作用）の「種類」と「強さの序列（階層性）」が、結晶の挙動を決定づけることを明らかにした。
- 上記、「結びつきの序列」に基づき分子を設計することで、同一の分子から黄色と緑色にそれぞれ発光する２つの異なる結晶（多形）を創出できることを発見した。
- 熱を加える（熱刺激）か、あるいは擦る（機械刺激）かによって、結晶の状態が異なるプロセスで変化していく様子を発光色の変化として可視化することに成功した。
- 将来的な応用可能性を検討するため、この分子を紙に染み込ませ、擦ると発光色が黄色に変化し、加熱によって消去（リセット）できる「セキュリティペーパー」を作成し、応用を実証した。
*1）有機分子結晶
炭素を主成分とする有機化合物の分子が、３次元的に規則正しくきれいに並んで固まったもの。
身近な例では、砂糖の結晶や、医薬品などの素材がこれにあたる。
*2）分子間相互作用の階層性（相互作用階層）
分子同士が結びつく分子間力の強さに「優先順位（序列）」があること。分子が複数集まって「結晶」という規則正しい配列を作るとき、分子同士が引き合う力を「分子間相互作用」と呼び、力の強さにグラデーション（階層・序列）がある状態を「階層性がある」という。力の強さに「階層」があるからこそ、刺激の与え方によって結晶の挙動が変化する。
*3）相転移（そうてんい）
温度や力などの外部からの刺激によって、物質の構造や性質がガラリと別の状態（相）に変わる現象。身近な例では、水（液体）が冷やされて氷（固体）になったり、温められて水蒸気（気体）になったりする相の変化がこれにあたる。
［プレスリリース］分子間の「結びつきの序列」が固体の機能と変化を決める -擦ると色が変わる「セキュリティペーパー」で応用を実証- 機能性材料設計に新たな指針
本研究は科学技術振興機構 創発的研究支援事業 (JPMJFR211W)、科学研究費補助金 基盤研究(B) (24K01574)、学術変革領域(A) π分子複雑性の追究が紡ぐ機能科学 (26H01373)、 そして科学技術振興機構 SPRING (grant no. JPMJSP2141)の支援により行われました。
コメント
化学で「結合」というと共有結合と呼ばれる強固な結びつきがイメージされます。それに対して、引力・反発力の集まりによる弱い結合を「相互作用」と言って区分けします。近年では、相互作用を駆使して分子を並べることで機能を出すことが注目されています。しかし、相互作用をどのように利用するかは機能性有機物質の獲得において積年の課題となっています。
今回、当グループでは結びつき（相互作用）の階層性を積極的に設定し、固体構造とその機能を刺激で変化させる興味深い有機物質を開発しました。分子の並び方と機能変化が明確に結びついただけではなく、それを利用した応用指針まで示せたことが、有機材料の次世代設計に大きな爪痕を残す成果だと思います。（林 正太郎教授）
掲載論文
タイトル：Interaction Hierarchy and Polymorphic Structure-Property Dynamics in LuminescentMolecular Crystals
著者：Mahiro Nakabayashi, Shotaro Hayashi
掲載誌：Angewandte Chemie International Edition
公開日：2026年６月30日
DOI：10.1002/anie.8807652
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