Alkyl-π engineering in state control toward versatile optoelectronic soft materials

有機薄膜太陽電池や有機LED素子など，光・電子活性な有機分子のエレクトロニクス技術への応用は，分子素材の柔らかさと分子設計・機能制御の多様性のため，日増しに期待感が高まっている．有機エレクトロニクス材料として一般的に用いられるのが，π共役系分子である．このπ共役系分子は，半導体性（光電導性）の発現に向けて意図的に組織化させて微粒子，ナノファイバー，薄膜，液晶などの構造体に加工する場合，発光特性を効率よく発揮できるアモルファス状態に加工する場合など，目的に応じて分子の形態，モルフォロジーなどを精密に制御することが求められる．

Science and Technology of Advanced Materialsに掲載されたFengniu LuおよびTakashi Nakanishiによるレビュー論文は，以下の二点に関してまとめられている．

1. π共役系分子間のπ-π相互作用とアルキル鎖間のファン・デル・ワールス相互作用の差違を利用する極めて巧みな分子間相互作用の制御技術．
2. 分子間相互作用を精密に制御して得られた様々な構造および形態に依存した光・電子機能を持つ有機ソフト材料の創成

である．古典的な分子自己組織化の技術は，界面活性剤分子に見られる親水性部位に疎水性のアルキル鎖を導入し，それらの分子間相互作用の顕著な差違を利用して水中で会合体を形成するものであった．一方，π共役系分子にアルキル鎖を導入して合成したアルキル-π共役系分子では，媒体として有機溶媒を利用するもしくは分子自身で分子間相互作用のバランスが調整でき，得られる構造，形態，さらには光・電子物性においても多様な結果を導くことができる（「アルキル-πエンジニアリング」）．例えば，図1に示すように，π共役系分子間のπ-π相互作用とアルキル鎖間のファン・デル・ワールス（vdW）相互作用とのバランスを良く保った場合，π共役分子は常温で液体の材料となる．さらに，このπ共役系液体内に分子自身の成分であるπ共役系部位もしくはアルキル鎖部位の分子を添加する（意図するタイミング）ことで，その形態を固体や液晶へと制御できる．液体状態を出発として，単に形態制御だけではなく，π共役系部位の組織配列に伴う光導電性なども同時に付与できる本手法は，有機エレクトロニクス材料開発における革命とも言える．

「アルキル-πエンジニアリング」は，筆者の中西尚志らがそのコンセプトを提唱・取り組み始めて10年ほどの月日が経つ．ごく最近ではπ共役系分子の常温液状化手法の確立など，分子組織化制御における挑戦的かつ斬新な技法として認知されつつあることから，本レビュー論文は本誌のFeature Leaders in Nanoarchitectonics特集号に収録されている．このアルキル-πエンジニアリングの化学は，半導体性π共役高分子の配向制御においてもその重要性が認知され始めている．π共役系分子群は様々な目的用途に向けて無限に合成されている現状であるが，機能発現のための適切かつ汎用性のある分子組織化技法の一般論は確立されていない．したがって，本レビュー論文で紹介する「アルキル-πエンジニアリング」によるπ共役系分子の組織構造・形態・モルフォロジーおよび光・電子機能の精密制御技術は，その指導原理を解明することで，未来へ向けた有機エレクトロニクス材料開発において極めて重要な分子設計コンセプトとして期待できる．

• 論文照会先：物質・材料研究機構 中西尚志
• 参考：海外メディアに掲載「Optimising soft-optoelectronics materials through molecular engineering 」（March 23, 2015, ResearchSEAほか)