date: 2026-01-04
[diarylethene, photochromism, transient absorption, ultrafast spectroscopy, femtosecond, picosecond, nanosecond, microsecond, triplet energy transfer]
最終更新：2026-01-04
本ページは、添付ファイル（Web of Science 出力）に含まれる3本の論文のみを対象に、一般の方にもわかりやすく要点をまとめた研究紹介です。
過渡吸収（Transient Absorption, TA）とは？
光を当てると分子は瞬間的に励起状態になり、そこから非常に短い時間で構造や電子状態が変化します。
過渡吸収（TA）は、反応を起こす光（ポンプ）でスイッチを入れ、少し遅らせた光（プローブ）で“途中経過の吸収”を測ることで、反応の道筋（メカニズム）や中間体の寿命を調べる方法です。
よく使う時間スケール（単位）
- フェムト秒（fs）：10⁻¹⁵ 秒（光を吸った直後の最初の動き）
- ピコ秒（ps）：10⁻¹² 秒（構造緩和・初期反応）
- ナノ秒（ns）：10⁻⁹ 秒（中間体や三重項状態が見えやすい）
- マイクロ秒（µs）：10⁻⁶ 秒（長寿命状態・回復過程まで追える）
ジアリールエテン（Diarylethene, DAE）とTAの相性
ジアリールエテン（DAE）は“光で状態が切り替わる分子（フォトクロミック分子）”として有名です。
DAE系材料の性能（切替え効率・耐久性・副反応）を上げるには、どの励起状態（1重項/3重項）から、どんな反応経路で進むのかを理解する必要があり、そこでTAが大きな力を発揮します。
3本の論文から見えるポイント（超要約）
- 励起状態の“切れ方”が2通りある：C–O結合が先に切れるか、C–C結合が先に切れるか（反応経路が変わる）
- 固体結晶中では、格子（結晶の並び）と振動が反応を助ける：反応座標に結びついた振動の“協奏”をTAで追う
- 可視光だけでスイッチできるデバイス設計：DAEと量子ドット界面の三重項エネルギー移動を使って、UVなしでON/OFFを実現
論文ごとのやさしい解説
1) 励起状態での“開裂経路”を見分ける：キネティックレゾリューションとTA（J. Am. Chem. Soc., 2025）
キラル触媒（チオキサントン）存在下での光反応を利用して、オキセタンの光学分割（キネティックレゾリューション）を行いながら、分解の道筋を詳しく解析した研究です。
分解は“逆パテルノ–ビュッヒ反応（光環化の逆反応）”として進み、スピロ炭素上での結合切断が2通り（C–O先行 or C–C先行）あることを示しています。
TAは fs/ps領域で「どの励起状態（S1など）から進むか」、さらに ns/µs領域で「触媒三重項がどの程度クエンチされるか」を観測し、機構理解を支えています。
※反応中に“1,1-ジアリールエテン”が生成物として登場する点も、DAE関連キーワードとして含まれています。
一般向けポイント：光反応は“どこが先に切れるか”で生成物が変わる。TAはその分岐点を時間で見分けられる。
2) 反応を動かす“少数の振動”を可視化：フルギド結晶のリング閉環（Chem. Sci., 2025）
分子にはたくさんの振動（揺れ）がある一方で、反応を前に進めるのは“限られた動き”であることが多いです。
本研究は、フルギド単結晶のリング閉環を対象に、広帯域の超高速TAで反応座標に結びつく振動モード（例：80 cm⁻¹）や、障壁近傍の非調和性（anharmonicity）が“モード結合”を通じて反応を駆動する様子を議論しています。
結晶（格子）という“環境”が反応の動力学に効く、という固体光化学の面白さが見える論文です。
一般向けポイント：結晶の並びや振動が、光反応を“進めやすくする”ことがある。
3) UVなしで可視光スイッチ：DAE×量子ドット界面の三重項エネルギー移動（Adv. Opt. Mater., 2025）
従来の光スイッチ型薄膜トランジスタはUVで動かす例が多い一方、UVは材料劣化の原因にもなります。
本研究は、CdS量子ドット（QD）にDAE分子を組み合わせ、さらに有機半導体ポリマーと混合することで、弱い可視光（405 nm / 515 nm）だけで電流状態を可逆に切り替える薄膜トランジスタを報告しています。
鍵は、QD–DAE界面での三重項エネルギー移動（TET）を利用して、DAEの光異性化を“可視光で”駆動できる点です。論文中ではフェムト秒TA測定も用いられています。
一般向けポイント：分子スイッチを“UVから解放”し、可視光だけで動くデバイス設計につながる。
参考文献（添付ファイル内の3報のみ）
- Oxetane Cleavage Pathways in the Excited State: Photochemical Kinetic Resolution as an Approach to Enantiopure Oxetanes
Pflaum, N, Pauls, M, Kumar, A, Kutta, RJ, Nuernberger, P, Hauer, J, Bannwarth, C, Bach, T
JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY, 2025, 147(16), 13893–13904
DOI: 10.1021/jacs.5c02483 - Elucidating the reaction kernel and probing the effect of anharmonicity in the ring-closing reaction of fulgide single crystals
Mitra, S, Zhang, M, Bittmann, SF, Cai, JX, Dong, XL, Murphy, RS, Li, Z, Miller, RJD
CHEMICAL SCIENCE, 2025, 16(41)
DOI: 10.1039/d5sc03764f - All-Visible Light-Switchable Thin-Film Transistor
Wang, TB, Samorì, P, Hou, LL
ADVANCED OPTICAL MATERIALS, 2025, 13(27)
DOI: 10.1002/adom.202501408
English Version
Diarylethenes × Transient Absorption: What Three Frontier Papers Reveal About Ultrafast Photoreactions
Last updated: 2026-01-04
This page is a plain‑language summary based only on the three papers included in the attached Web of Science export.
What is transient absorption (TA)?
After a molecule absorbs light, it evolves through excited states and intermediates on ultrafast timescales. Transient absorption (TA) uses a pump pulse to start the reaction and a delayed probe pulse to measure time‑dependent absorption changes, revealing mechanisms and lifetimes.
Typical time windows
- Femtosecond (fs): 10⁻¹⁵ s
- Picosecond (ps): 10⁻¹² s
- Nanosecond (ns): 10⁻⁹ s
- Microsecond (µs): 10⁻⁶ s
Why diarylethenes (DAEs) pair well with TA
Diarylethenes (DAEs) are well‑known photochromic molecular switches. To improve switching efficiency, robustness, and suppress side reactions, it is essential to identify which excited state (singlet vs triplet) and which pathway dominates—where TA provides direct kinetic evidence.
Key messages from the three frontier papers
- Excited‑state bond cleavage can follow two distinct pathways (different first bond scission).
- In crystals, lattice‑coupled vibrations and anharmonicity can concentrate motion along the reaction coordinate.
- Device design can avoid UV: visible‑light switching via interfacial triplet energy transfer enables robust operation.
Plain‑language highlights
1) Discriminating excited‑state cleavage pathways with TA (J. Am. Chem. Soc., 2025)
Chiral spirocyclic oxetanes undergo photocycloreversion with two possible cleavage routes depending on whether C–O or C–C scission occurs first. Femtosecond/picosecond TA supports an S1‑mediated pathway without catalyst, while sensitizer‑driven triplet population changes the dominant route. Nanosecond/microsecond TA tracks triplet quenching processes that rationalize kinetic resolution behavior.
2) Tracking a ring‑closing reaction kernel in single crystals (Chem. Sci., 2025)
Ultrafast broadband TA is used to probe how anharmonicity near the barrier couples modes and localizes motion along the reaction coordinate during ring closing in fulgide single crystals. The work emphasizes system–bath (lattice) interactions and coherent vibrational energy transfer as contributors to solid‑state photochemistry.
3) All‑visible light‑switchable thin‑film transistors using DAE × quantum dots (Adv. Opt. Mater., 2025)
A light‑switchable TFT is achieved without UV by blending CdS quantum dots coated with photochromic DAE molecules and an organic semiconducting polymer. Interfacial triplet energy transfer (TET) enables reversible DAE photoisomerization under 405 nm and 515 nm light, improving fatigue resistance. Femtosecond TA measurements are reported as part of the characterization.
References (only the 3 papers in the attached file)
- Oxetane Cleavage Pathways in the Excited State: Photochemical Kinetic Resolution as an Approach to Enantiopure Oxetanes
Pflaum, N, Pauls, M, Kumar, A, Kutta, RJ, Nuernberger, P, Hauer, J, Bannwarth, C, Bach, T
JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY, 2025, 147(16), 13893–13904
DOI: 10.1021/jacs.5c02483 - Elucidating the reaction kernel and probing the effect of anharmonicity in the ring-closing reaction of fulgide single crystals
Mitra, S, Zhang, M, Bittmann, SF, Cai, JX, Dong, XL, Murphy, RS, Li, Z, Miller, RJD
CHEMICAL SCIENCE, 2025, 16(41)
DOI: 10.1039/d5sc03764f - All-Visible Light-Switchable Thin-Film Transistor
Wang, TB, Samorì, P, Hou, LL
ADVANCED OPTICAL MATERIALS, 2025, 13(27)
DOI: 10.1002/adom.202501408
