Diarylethene(ジアリールエテン)の“反応モード”を光だけで切り替える


date: 2026-01-24
keywords: [Photochromism, Diarylethene, Spiropyran, Thermally Irreversible, Thermally Reversible, All-Optical Switching]


スピロピランで酸性度をコントロールする「全光学スイッチング」

この記事で紹介する論文(データ内:1本)

  • All-optical switching of thermally irreversible/reversible photochromism of diarylethenes by negative-photochromic acidity-controllable spiropyran
    Kobayashi, H; Ohtsuki, K; Ubukata, T; Nakagawa, T; Yokoyama, Y
    RESEARCH ON CHEMICAL INTERMEDIATES (2026). DOI: 10.1007/s11164-025-05883-z

日本語版(一般向け解説)

1. 何が新しいの?(超要約)

光で色が変わる分子(フォトクロミック分子)は、ざっくり言うと
一度変わると熱では戻りにくいタイプ(P-type)
熱でも元に戻りやすいタイプ(T-type)
に分かれます。

この論文は、代表的フォトスイッチ分子 ジアリールエテン(Diarylethene, DE)について、
「P-type ↔ T-type(戻りにくい↔戻りやすい)」の“反応モード”を、薬品の出し入れなしに“光だけ”で切り替える方法を示しました。

2. しくみ(ポイントは「酸性度スイッチ」)

キーワードは、酸性度(プロトンの出しやすさ)です。

  • DEは通常、P-typeの挙動(熱で戻りにくい)を示しがち。
  • ただし、分子がプロトン化(酸が付く)すると、反応モードが変わる系があります。
  • そこで相棒として スピロピラン(Spiropyran, SP)を共存させます。SPは光で形が変わり、見かけの酸性度が変わります。

この論文での考え方(イメージ)
可視光照射 → SP形が増える → 強い酸性(イミニウムスルホネート)として働く → DEがプロトン化 → DEの反応モードが切り替わる
時間経過(熱緩和) → SPがMC形へ戻る → 弱い酸性(フェノール)へ → DEの性質も元へ

つまり、「酸を入れる/除く」作業が不要で、光だけで“環境(酸性度)”を作り替え、DEの振る舞いをスイッチできます。

3. 何に使える?(応用イメージ)

  • 分子メモリ/情報記録:光で状態を書き分ける(書き込み・消去・再書き込み)
  • 光学スイッチ/フォトニクス材料:色・透過・屈折などの光学特性を光で制御
  • 刺激応答材料:周囲環境(酸性度など)の変化を、色やスペクトル変化として読み出す

4. 研究の面白さ(たとえ)

  • DE=「色が変わるランプ」
  • SP=「光でON/OFFできる“酸性度リモコン”」
    という関係です。
    リモコン(SP)で環境(酸性度)を変えることで、ランプ(DE)の「戻り方」までコントロールできるのがポイントです。

5. 用語ミニ解説

  • フォトクロミズム:光で分子の形が変わり、色(吸収)が変化する現象
  • ジアリールエテン(DE):疲労耐性が高い代表的フォトスイッチ分子
  • スピロピラン(SP)/メロシアニン(MC):光で相互変換するフォトクロミック分子対
  • P-type / T-type:光反応後に熱で戻りにくい(P)/戻りやすい(T)という分類

English Version (for a broad audience)

1. Quick take

Photochromic molecules can be grouped into thermally irreversible (P-type) and thermally reversible (T-type) behaviors.
This paper demonstrates an all-optical strategy to switch a diarylethene’s reaction mode between P-type and T-type without adding/removing reagents, by using a coexisting spiropyran whose apparent acidity is controlled by light.

2. Core mechanism: light-controlled acidity

  • Diarylethenes usually show P-type behavior.
  • In some systems, protonation can change the photochromic reaction mode.
  • Here, spiropyran (SP) acts as a photo-switchable acidity controller:
  • Under visible light, the SP form behaves as a strongly acidic species, protonating the diarylethene and switching its mode.
  • Upon thermal relaxation back to the merocyanine (MC) form, SP becomes weakly acidic, restoring the diarylethene’s original behavior.

3. Potential impacts

  • Molecular memory / optical data storage (write–erase–rewrite)
  • Optical switching materials for photonics
  • Stimuli-responsive systems that translate chemical environment into optical signals

4. Mini-glossary

  • Photochromism: light-driven structural change leading to color (absorption) change
  • Diarylethene: robust molecular photoswitch family with high fatigue resistance
  • Spiropyran / Merocyanine (MC): interconvertible photochromic forms
  • P-type / T-type: thermally irreversible / reversible photochromic behaviors

References (from the attached dataset)

  1. Kobayashi, H.; Ohtsuki, K.; Ubukata, T.; Nakagawa, T.; Yokoyama, Y. All-optical switching of thermally irreversible/reversible photochromism of diarylethenes by negative-photochromic acidity-controllable spiropyran. RESEARCH ON CHEMICAL INTERMEDIATES (2026). DOI: 10.1007/s11164-025-05883-z
  2. Irie, M. Chem. Rev. 2000, 100, 1685–1716. DOI: 10.1021/cr980069d.
  3. Irie, M. Chem. Rev. 2014, 114, 12174–12277. DOI: 10.1021/cr500249p.

Tags (suggestion)

Diarylethene, Spiropyran, Photochromism, All-optical switching, Molecular switch, Smart materials