Not only the composition but the number of molecules matter

Chemists have been modifying molecules to induce a new property therein. Our chemistry enables to change a property by controlling the number of assembled molecules. The key is to assemble molecules at the mesoscale, which is the size between the molecular scale (the nanoscale) and the bulk material scale (the macroscale).

In the last decade, our research group focused on framework materials and developed several synthetic protocols at the mesoscale to regulate the number of building units of frameworks by taking advantage of the reversible nature of coordination bond, which leads to the controlled crystal size and morphology of resulting materials and the discovery of new phenomenon, so-called shape-memory effect, which only emerges for the mesoscale crystals. Currently, we are developing a new protocol for soft and amorphous coordination polymers by supramolecular chemistry approach.

分子の形だけでなく、分子の数が物質の性質を決める

化学者は一般的に、分子を修飾し、新しい分子を作ることで、物質の性質を変えていきます。私たちのグループではこれに加え、分子の数を制御することで新しい物質の性質を引き出すことを目的としています。その鍵となるのは、メゾスケールと呼ばれる「分子サイズとバルクサイズの間の領域」、すなわち「ミクロとマクロをつなぐ領域」でいかにうまく分子を集めるかという視点です。

この10年間、私たちのグループでは、特に配位結合からなるフレームワーク材料に注目して研究を行い、その可逆的な結合生成・解離挙動を巧みに利用することで、フレームワーク材料の構築素子の数をメゾスケールで制御する合成手法を開発してきました。特に、この手法によって合成されたフレームワーク材料は、その結晶サイズや形態が綺麗に制御されており、メゾスケールでのみ発現する形状記憶機能の発見に至りました。現在は、超分子化学的手法を取り入れることで、柔らかい錯体ソフトマテリアルのサイズや形態を制御する合成手法の開発を行っています。

 <Reviews>

“Structuring of metal–organic frameworks at the mesoscopic/macroscopic scale”
Chem. Soc. Rev. 201443, 5700-5734.

“Sol-Gel Processing of Metal-Organic Frameworks”
Chem. Mater. 2017, 29, 2626-2645.

 <Original Papers>

“Nanoporous Nanorods Fabricated by Coordination Modulation and Oriented Attachment Growth”

Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 4739-4743.

“Controlled Multiscale Synthesis of Porous Coordination Polymer in Nano/Micro Regiems”
Chem. Mater. 2010, 22, 4531-4538.

“Morphology design of porous coordination polymer crystals by coordination modulation”
J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 15506-15513.

“Mesoscopic architectures of porous coordination polymers fabricated by pseudomorphic replication”
Nature Mater. 2012, 11, 717-723.

“Shape-Memory Nanopores Induced in Coordination Frameworks by Crystal Downsizing”
Science 2013339, 193-196.

“Diffusion-Coupled Molecular Assembly: Structuring of Coordination Polymers across Multiple Length Scales”
J. Am. Chem. Soc. 2014136, 14966–14973.

“Reductive coordination replication of V2O5 sacrificial macrostructures into vanadium-based porous coordination polymers”
CrystEngComm 201517, 323-330.

“Mesoscopic superstructures of flexible porous coordination polymers synthesized via coordination replication”
Chem. Sci. 20156, 5938-5946.

“Structuralization of Ca2+-Based Metal–Organic Frameworks Prepared via Coordination Replication of Calcium Carbonate”
Inorg. Chem. 2016, 55, 3700-3705.