原子や分子サイズ（サブナノメートルスケール）の現象を正確に反映して、それらが手に取れる、目で見えるサイズ（マクロスケール）に集まった物質を正確に制御することはできるでしょうか？マクロスケールの物質の運動や力学を正確に制御することができれば、さまざまな材料への展開が期待できます。自然界を眺めると、小さな有機分子であるATPがタンパク質と反応することでタンパク質間の相互作用の変化を生み、これが協動的におこることで、筋肉のセンチメートル単位の運動として大きな力を取り出しています。
液晶は、液体のような流動性を持ちながら、その中では個々の分子が互いに影響することで規則性を持って並んでいる材料です。分子が並ぶ規則性は、数マイクロメートル、数ミリメートルにまで及ぶため、分子レベルの現象が材料全体の機能に反映されます。活性炭やゼオライト等で知られる多孔性固体は、細孔の中に取り込んだ分子のみを反応する反応場として注目されていますが、分子サイズの空間を液体や液晶のような流体の中に作り出す方法論はほとんどありませんでした。我々は、コインを重ねるように円盤状の形を持つ分子が集まってできるカラムナー液晶に着目しました。円盤状分子の代わりに、内側に分子を取り込むサイズの「孔」をもつ環状分子を重ねることで、筒状構造の内側に空間を持つ流体ができると着想しました。液体に分子を「溶かす」ことと異なり、分子を「液体状の筒に入れる」ことができ、未踏の反応を行う特殊な空間などへの展開が期待できます。タンパク質などの生体高分子や、機能性炭素材料であるフラーレン分子などを取り込むことにより、触媒材料、有機薄膜太陽電池、導電性インク材料などへの応用が期待されます。
Reference
- S. Kawano, Y. Ishida, and K. Tanaka, “Columnar Liquid-Crystalline Metallomacrocycles”, J. Am. Chem. Soc., 137, 2295-2302 (2015).
- S. Kawano, M. Kato, S. Somiya, M. Nakaya, J. Onoe, and K. Tanaka, “Columnar Liquid-Crystal from a Giant Macrocycle Mesogen”, Angew. Chem. Int. Ed., 57, 167–171 (2018).
