2025.11.27本科/研究生院 / 研究 / 研究人员/公司
我们在世界上首次展示了已有150多年历史的“基础化学常识”。可视化约百万分之一秒内发生的蒽[4+4]光环加成反应的分子结构变化过程！ -设计一种光、热和方向的跨尺度控制方法-
[研究成果要点]
关于蒽[4+4]光环加成反应(*1)
① 我们成功地利用“光”和“热”这两个物理参数来自由控制反应速率以及反应的开始和停止。我们建立了一个利用光和热的“双控制系统”。
② 其结果是，可以显着降低反应速度，并且成功地利用单晶X射线结构分析将反应过程中的中间状态的分子结构可视化(*2)。这在全球尚属首例。
③ 证明入射光的行进方向与分子的取向之间存在关系。结果表明，可以通过改变光照射方向来控制反应的进行和终止。
蒽是一种长期以来被广泛研究的碳氢化合物，因为它同时具有发光和高反应速率的特性。毫不夸张地说，它是“化学家最喜爱的化合物”，其应用范围横跨化学、物理和生命科学。
特别是蒽的[4+4]光环加成反应于1867年首次被报道被观测到，并成为多种光学功能材料如光学执行器、粘合材料、铬材料等的基础。然而，尽管与该反应相关的结构变化众所周知，以至于在有机化学教科书中发表，但它们发生在10⁻⁸到10⁻⁶秒（百万分之一秒到百万分之一秒）的极短时间内，因此它们的控制和可视化长期以来被认为是“基础化学的未探索领域”。这项研究的结果可以说成功地将150多年来被视为理所当然的化学反应可视化到可以再次被理解为“常识”的水平。
这项研究是由XK星空的 Yuto Hino 先生（第二年，博士课程，基础工程课程）进行的，松尾匠助理教授、林正太郎教授该研究小组专注于精确晶体学设计的蒽衍生物，开辟了晶体光化学的新领域（*3）。对于这个蒽[4+4]光环加成反应，我们构建了一个“双控制系统”，利用光和热两种刺激自由控制反应速率以及反应的开始和停止。结果，我们能够显着减慢反应速率，并在世界上首次成功地直接可视化反应过程中的中间状态。
该成果发表于2025年11月26日《自然通讯》上。
[新闻稿] 我们在世界上首次展示了已有 150 多年历史的“基础化学常识”。可视化在大约百万分之一秒内发生的蒽[4+4]光环加成反应的分子结构改变过程！ -设计一种光、热和方向的跨尺度控制方法-
评论
``这次，我们希望以高度的同行评审透明度来评估这项世界一流的研究成果，因此我们决定采用透明同行评审。我很高兴我们小组对化学现象的独特想法和永不满足的好奇心得到了编辑和评委的高度赞扬，我们在基础科学方面的新知识得到了广泛发表。此外，日野先生大量的实验和见解令人印象深刻，我期待他未来的努力。”（林教授）
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术语解释等
*1) [4+4]光环加成反应
单体(*4)通过光转变为二聚体(*4)的反应。它经常出现在教科书中，并用于各种学术和材料研究。特别是，作为致动器、自修复和粘合材料的光响应材料，其需求量很大。
*2) 单晶X射线结构分析
一种利用 X 射线衍射精确确定单晶中原子三维排列的方法。分析分子及其聚集结构的最强大方法之一。
*3) XK星空 2021 年 11 月 5 日发布“分子晶体中的多米诺骨牌单晶-单晶相变的实现~热刺激引发的渐变相变~”
发表论文
标题：用于控制有机分子系统中的动力学响应的跨尺度晶体动力学（“Trans-scale crystaldynamics”用于自由控制有机分子系统的动态响应）
作者：日野雄斗、松尾匠海、林正太郎
发表于《自然通讯》
发布日期：2025 年 11 月 26 日
我：https://doiorg/101038/s41467-025-66447-8
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