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)
- 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
- Irie, M. Chem. Rev. 2000, 100, 1685–1716. DOI: 10.1021/cr980069d.
- Irie, M. Chem. Rev. 2014, 114, 12174–12277. DOI: 10.1021/cr500249p.
Tags (suggestion)
Diarylethene, Spiropyran, Photochromism, All-optical switching, Molecular switch, Smart materials
