山野井 慶徳

やまのい よしのり
Yoshinori Yamanoi
東京大学大学院理学系研究科
准教授
計画　A01
A01-03 研究代表者
専門分野有機元素化学

ケイ素－ケイ素結合の特性を利用した外部応答性ソフトクリスタルの開発

キーワード
ケイ素、ケイ素－ケイ素結合、蛍光、第二次高調波発生、円偏光発光
関連する研究者
研究協力者: 尾本賢一郎（奈良先端科学技術大学院大学（物質創成科学領域）、特任助教）
研究協力者: 服部峰之（産業技術総合研究所、主任研究員）
研究協力者: 中江豊崇（東京都立大学都市環境学部 環境応用化学科、特任助教）
研究協力者: 西尾正樹（東京大学大学院理学系研究科、研究員）

研究概要

本研究では、弱い外部刺激により結晶構造と光物性が劇的に変化するケイ素－ケイ素(Si–Si)結合を有するソフトクリスタルの創製と材料化を行う。Si–Si結合は、C=C 結合とイオン化ポテンシャルが同程度であり、殆ど同じ化学的、物理的性質を有することが知られている。我々は先行研究によりD–Si–Si–A型ジシラン化合物（D:ドナー基、A:アクセプター基）が様々な結晶パッキング状態を取り、結晶形の変化に伴い光物性も変化することを見い出している。これはしなやかなSi–Si結合による構造変化と分子間相互作用の変化が一因と考えられる。このように、ジシランユニット(Si‒Si結合)は通常のC=C 結合とは固体状態において想像以上に異なる光物性挙動を示す。ここでは、様々な有機ジシラン、有機オリゴシラン類の結晶に対して、弱い外部刺激による結晶構造変化と蛍光、第二次高調波発生(SHG)、円偏光発光特性(CPL)などの光物性変化を調査する。また、得られた結果を基に基板表面へのスピンコートや真空蒸着による固定化、デバイス化を試みる。

外部刺激による結晶パッキングと光物性の変化

代表的な研究業績

  • “Multi-functional Octamethyltetrasila[2.2]cyclophanes: Conformational Variations, Circularly Polarized Luminescence, and Organic Electroluminescence”, Shimada, M.; Yamanoi, Y.;* Ohto, T.; Pham, S.-T.; Ryo Yamada, R.; Tada, H.; Omoto, K.; Tashiro, S.; Shionoya, M.; Hattori, M.; Jimura, K.; Hayashi, S.; Koike, H.; Iwamura, M.; Nozaki, K.; Nishihara, H.* J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 11214–11221.
    DOI: 10.1021/jacs.7b05671
  • “Access to Chiral Silicon Centers for Application to Circularly Polarized Luminescence Materials”, Koga, S.; Ueki, S.; Shimada, M.; Ishii, R.; Kurihara, Y.; Yamanoi, Y.;* Yuasa, J.; Kawai, T.; Uchida, T.; Iwamura, M.; Nozaki, K.; Nishihara, H.* J. Org. Chem. 2017, 82, 6108–6117.
    DOI: 10.1021/acs.joc.7b00583
  • “Bright Solid-State Emission of Disilane-Bridged Donor-Acceptor-Donor and Acceptor-Donor-Acceptor Chromophores”, Shimada, M.; Tsuchiya, M.; Sakamoto, R.; Yamanoi, Y.;* Nishibori, E.; Sugimoto, K.; Nishihara, H.* Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 3022–3026.
    DOI: 10.1002/anie.201509380
  • Unusual Reactivity of Group 14 Hydrides toward Organic Halides: Synthesis Studies and Application to Functional Materials
    Shimada, M.; Yamanoi, Y.;* Nishihara, H.* J. Synth. Org. Chem. Jpn. 2016, 74, 1098–1107.
    DOI: 10.5059/yukigoseikyokaishi.74.1098

研究業績

種別

査読付発表論文

  1. “Luminescent behavior elucidation of a disilane-bridged D‒A‒D triad composed of phenothiazine and thienopyrazine”, T. Nakae, M. Nishio, T. Usuki, M. Ikeya, C. Nishimoto, S. Ito, H. Nishihara, M. Hattori, S. Hayashi, T. Yamada, *Y. Yamanoi, Angew. Chem. Int. Ed. 60, 22871–22878 (2021). (領域内共同研究　A02公募 伊藤（傑）)
    DOI: 10.1002/anie.202108089
  2. “Synthesis, structure and photophysical properties of yellow-green and blue photoluminescent dinuclear and octanuclear copper(I) iodide complexes with a disilanylene-bridged bispyridine ligand”, T. Nakae, M. Nishio, T. Yamada, *Y. Yamanoi, Molecules, 26, 6852 (2021).
    DOI: 10.3390/molecules26226852
  3. “Dirac point shift of graphene-FET in the presence of ionic molecules or surfactants”, M. Miyachi, W. Zhu, T. Nakae, *Y. Yamanoi, T. Ikuta, K. Maehashi, *H. Nishihara, Chem. Lett. 50, 1263–1270 (2021).
    DOI: 10.1246/cl.210310
  4. 「光機能ケイ素化合物」，中江 豊崇，西尾 正樹，*山野井 慶徳，錯体化学会誌，76, 31–39 (2020).
  5. "Bio-organic-inorganic hybrid soft materials: photoelectric conversion systems based on photosystem I and II with molecular wires" *Y. Yamanoi, T. Nakae, H. Nishihara, Chem. Lett. 50, 1263–1270 (2021). (Highlight review, Inside cover)
    DOI: 10.1246/cl.210111
  6. "Thermosalience in macrocycle-based soft crystals via anisotropic deformation of disilanyl architecture" K. Omoto, T. Nakae, M. Nishio, Y. Yamanoi, H. Kasai, E. Nishibori, T. Mashimo, T. Seki, H. Ito, K. Nakamura, N. Kobayashi, H. Nishihara, J. Am. Chem. Soc. 142, 12651-12657 (2020). (領域内共同研究　A02計画 伊藤肇、A02計画 後藤、A02公募 西堀、A03 計画 小林)
    DOI: 10.1021/jacs.0c03643
  7. "Selective formation of SHG active and inactive 1,1,2,2-tetramethyl-1-(4-(N,N-dimethylamino)phenyl)-2-(2’-cyanophenyl)disilane crystals under weak external stimuli" M. Nishio, M. Shimada, K. Omoto, T. Nakae, H. Maeda, M. Miyachi, Y. Yamanoi, E. Nishibori, N. Nakayama, H. Goto, T. Matsushita, T. Kondo, M. Hattori, K. Jimura, S. Hayashi, H. Nishihara, J. Phys. Chem. C, 124, 17450-17458 (2020). (領域内共同研究 A02計画 後藤、A02公募 西堀)
    DOI: 10.1021/acs.jpcc.0c03139
  8. "Photoelectric Conversion System Composed of Cytochrome c, Gene-Recombined Photosystem I and Platinum Nanoparticles" W. Zhu, R. Salles, M. Miyachi, Y. Yamanoi, T. Tomo, H. Takahashi, H. Nishihara, Langmuir 36, 6429-6435 (2020).
    DOI: 10.1021/acs.langmuir.0c00647
  9. "Effect of Tris(trimethylsilyl)silyl Group on the Fluorescence and Triplet Yields of Oligothiophenes" *S. Hirata, M. Nishio, H. Uchida, T. Usuki, T. Nakae, M. Miyachi, *Y. Yamanoi, H. Nishihara, H. J. Phys. Chem. C, 124, 3277-3286 (2020). (領域内共同研究　A03公募 平田)
    DOI: 10.1021/acs.jpcc.9b10718
  10. "Photosensing system using photosystem I and gold nanoparticle on graphene field-effect transistor" D. Nishiori, W. Zhu, R. Salles, M. Miyachi, *Y. Yamanoi, T. Ikuta, K. Maehashi, T. Tomo, *H. Nishihara, ACS Appl. Mater. Inter., 11, 42773–42779 (2019).
    DOI: 10.1021/acsami.9b14771
  11. "Enhancement of the Photofunction of Phosphorescent Pt(II) Cyclometalated Complexes Driven by Substituents: Solid-State Luminescence and Circularly Polarized Luminescence" T. Usuki, H. Uchida, K. Omoto, *Y. Yamanoi, A. Yamada, M. Iwamura, K. Nozaki, *H. Nishihara, J. Org. Chem., 84, 10749-10756 (2019). (領域内共同研究　A03公募 岩村)
    DOI: 10.1021/acs.joc.9b01285
  12. "Dioxacyclophanes as a Scaffold for Silicon-based Circularly Polarized Luminescent Materials" *Y. Yamanoi, T. Usuki, K. Omoto, M. Shimada, H. Koike, M. Iwamura, K. Nozaki, D. Saito, M. Kato, *H. Nishihara, Tetrahedron Lett., 60, 1108-1112, (2019). (領域内共同研究　A01計画 加藤、A03公募 岩村)
    DOI: 10.1016/j.tetlet.2019.03.033
  13. "Effects of Substituents on the Blue Luminescence of Disilane-Linked Donor‒Acceptor‒Donor Triads" T. Usuki, K. Omoto, M. Shimada, *Y. Yamanoi, H. Kasai, E. Nishibori, *H. Nishihara, Molecules, 24, 521 (2019). (領域内共同研究　A02公募 西堀)
    DOI: 10.3390/molecules24030521
  14. "Aggregation-Induced Emission Enhancement from Disilane-Bridged Donor-Acceptor-Donor Luminogens Based on the Triarylamine Functionality" T. Usuki, M. Shimada, *Y. Yamanoi, T. Ohto, H. Tada, H. Kasai, E. Nishibori, *H. Nishihara, ACS Appl. Mater. Inter., 10, 12164-2172 (2018). (領域内共同研究　A02公募 西堀)
    DOI: 10.1021/acsami.7b14802
  15. "Attachment chemistry of aromatic compounds on a Silicon(100) surface" A. Henriksson, D. Nishiori, H. Maeda, M. Miyachi, Y. Yamanoi, H. Nishihara, Surf. Sci., 669, 140-144 (2018).
    DOI: 10.1016/j.susc.2017.11.017
  16. "Multifunctional Octamethyltetrasila[2.2]cyclophanes: Conformational Variations, Circularly Polarized Luminescence, and Organic Electroluminescence" M. Shimada, *Y. Yamanoi, T. Ohto, S. Pham, R. Yamada, H. Tada, K. Omoto, S. Tashiro, M. Shionoya, M. Hattori, K. Jimura, S. Hayashi, H. Koike, M. Iwamura, K. Nozaki, *H. Nishihara, J. Am. Chem. Soc., 139, 11214-11221 (2017). (領域内共同研究　A01公募 田代、A03公募 岩村)
    DOI: 10.1021/jacs.7b05671
  17. "A photochemical hydrogen evolution system combining cyanobacterial photosystem I and platinum nanoparticle-terminated molecular wires" M. Miyachi, K. Okuzono, D. Nishiori, *Y. Yamanoi, T. Tomo, M. Iwai, I. S. Allakhverdiev, *H. Nishihara, Chem. Lett., 46, 1479-1481 (2017).
    DOI: 10.1246/cl.170576

総説，解説，評論等

  • 「光機能ケイ素化合物」，中江 豊崇，西尾 正樹，*山野井 慶徳，錯体化学会誌，76, 31–39 (2020).

国内学会発表

  1. 「外部刺激で光物性が変化する直鎖状芳香族ジシラン分子の開発」，山野井 慶徳， 新学術領域研究「ソフトクリスタル」 第7回公開シンポジウム，2021年1月，福岡
  2. 「ケイ素－ケイ素結合の特性を活用した外部刺激応答性分子の開発」，山野井 慶徳， 新学術領域「ソフトクリスタル」 公開シンポジウム，2019年2月，京都
  3. 「ケイ素－ケイ素結合の特性を活用した外部刺激応答性分子の開発」，山野井 慶徳， 新学術領域「ソフトクリスタル」 領域会議，2018年5月，札幌
  4. 「ケイ素－ケイ素結合の特性を活用した外部刺激応答性分子の開発」，山野井 慶徳， 新学術領域「ソフトクリスタル」 領域会議，2018年3月，静岡
  5. 「固体発光・円偏光発光を示すオクタメチルテトラシラ[2.2]シクロファンの創製」，島田 真樹，山野井 慶徳，小池 ひかる，岩村 宗高，野崎 浩一，西原 寛，第21回ケイ素化学シンポジウム，2017年11月，栃木
  6. 島田 真樹，山野井 慶徳，大戸 達彦，山田 亮，Pham Song-Toan，夛田 博一，小池 ひかる，岩村 宗高，野崎 浩一，西原 寛，“The development of tetrasila[2.2]cyclophane derivatives for solid-state emission, electroluminescence, and circularly polarized luminescence”，光化学討論会，2017年9月，宮城

報道・アウトリーチ活動・特許・その他

  1. 「固体状態で強く発光する有機化合物」，山野井 慶徳， 東京大学理学部 高校生のための冬休み講座，2018年12月，東京，参加者200名
  2. 「ケイ素－ケイ素結合の特性を活用した外部刺激応答性分子の開発」，山野井 慶徳， 光化学応用講座 光機能性分子結晶，2018年11月，東京，参加者100名
  3. 「東大理学部化学科ラボツワー」，山野井 慶徳，東京大学 高校生のためのオープンキャンパス，2017年及び2018年8月，東京，参加者700名
  4. 「芳香族ケイ素化合物の新規合成プロセスの開拓と固体光物性」，山野井 慶徳，化学工業，2019年4月号，P12–18.（査読無）
  5. 「固体状態で強く発光する有機ケイ素化合物」，山野井 慶徳，ケイ素化学協会誌 2018年第35号P11.（査読有）
  6. 「異分野の研究者との交流と通して学ぶ物質科学」，山野井 慶徳，日比谷高校SSH高大連携プログラム，2017年8月，東京，参加者30名

国際学会発表

  1. “Effects of Substituents on the Luminescence of disilane-linked donor/acceptor/donor triads “, Yamanoi, Y. The 3rd International Symposium on Soft Crystals (the 3rd ISSC) joint with the 4th International Symposium on Photofunctional Chemistry of Complex Systems (ISPCCS 2021), 2021/December, Hawaii
  2. Shimada, M.; Yamanoi, Y.; Omoto, K.; Tashiro, S.; Shionoya, M.; Ohto, T.; Pham S.-T.; Yamada, R.; Tada, H.; Hattori, M.; Jimura, K.; Hayashi, S.; Koike, H.; Iwamura, M.; Nozaki, K. Nishihara, H. “Synthesis and physical properties of tetrasila[2.2]thiophenophane derivatives for the luminescent and chiroptical materials”, 254th ACS National Meeting & Exposition, August 2017, USA.

受賞

  • 受賞タイトル 「結晶状態の発光挙動が温度で変化する環状芳香族ジシラン分子の開発」長瀬研究振興賞　受賞者　山野井慶徳　2021年4月ジュショウシャ
関連ウェブサイト
連絡先
yamanoi [at] chem.s.u-tokyo.ac.jp