Yoshioka, Naoki

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Affiliation

Faculty of Science and Technology, Department of Applied Chemistry （Yagami）

Position

Professor

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Profile Summary 【 Display / hide 】

  • π電子系有機固体の磁気特性を中心とした電子物性を分子機能材料への応用を念頭において探求している。安定有機ラジカル、遷移金属錯体、共役高分子などを研究対象として、分子系におけるスピン整列のメカニズムを明らかにしながら分子工学的なアプローチで分子磁性体を構築するための集積技術の確立を目指している。具体的には、以下の研究課題に取り組んでいる。
    （１）非共役骨格を介した分子内スピン整列挙動を活用した分子強磁性体の構築
    （２）分岐したπ共役系を活用した高スピン分子の設計
    （３）金属－非金属間多重結合とアキシアル自己集積を活用した単一金属強磁性連鎖の構築
    （４）ラジカル前駆体の電子状態を利用した有機蛍光色素の開発
    （５）ポリラジカル高分子の電子構造解析と機能物性評価

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Career 【 Display / hide 】

  • 1990.04
    -
    1992.03

    早稲田大学/日本学術振興会（理工学部） ,特別研究員

  • 1992.04
    -
    1993.03

    日本学術振興会（Massachusetts大学） ,海外特別研究員

  • 1993.04
    -
    1996.03

    慶應義塾大学（理工学部） ,助手

  • 1996.04
    -
    1999.03

    慶應義塾大学（理工学部） ,専任講師

  • 1999.04
    -
    2007.03

    慶應義塾大学（理工学部） ,助教授

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Academic Background 【 Display / hide 】

  • 1985.03

    Waseda University, Faculty of Science and Engineering, 応用化学科

    University, Graduated

  • 1987.03

    Waseda University, Graduate School, Division of Science and Engineering, 応用化学専攻

    Graduate School, Completed, Master's course

  • 1990.03

    Waseda University, Graduate School, Division of Science and Engineering, 応用化学専攻

    Graduate School, Completed, Doctoral course

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Academic Degrees 【 Display / hide 】

  • 工学　, Waseda University, 1990.03

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Research Areas 【 Display / hide 】

  • Nanotechnology/Materials / Functional solid state chemistry (Functional organic material chemistry)

  • Nanotechnology/Materials / Organic functional materials (分子磁性)

  • Nanotechnology/Materials / Polymer chemistry (機能性高分子)

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Research Keywords 【 Display / hide 】

  • Molecule-Based Magnetism

  • Magnetochemistry

  • Crystal Chemistry

  • Structure=Function Correlation

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Research Themes 【 Display / hide 】

  • Construction of ferromagnetic molecular assembly, 

    1995
    -
    Present

  • Synthetic chemistry of stable organic radical, 

    1993
    -
    Present

  • 非共役骨格を介した磁気的相互作用を利用した基底多重項分子の設計, 

    2016
    -
    Present

  • 強磁性スピン整列を安定化させる縮環共役骨格の探索, 

    2021
    -
    Present

  • Self-assembly of metal complex and their magnetic characterization, 

    2000
    -
    Present

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Proposed Theme of Joint Research 【 Display / hide 】

  • Characterization of pi-conjugated organic solids

    Interested in joint research with industry (including private organizations, etc.),  Desired form： Technical Consultation, Funded Research, Cooperative Research

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Books 【 Display / hide 】

  • Advances in Organic Crystal Chemistry

    YOSHIOKA NAOKI, Springer-Verlag GmbH, 2015.08

    Scope: 669-688

  • Magnetic Properties of Organic Materials

    吉岡直樹、井上秀成, Marcel Dekker, 1999.05

    Scope: 553-572

    　View Summary

    水素結合を駆動力とした自己集積型安定有機ラジカルのデータをもとに強磁性有機固体の構築を目指した分子配列の制御法について解説した。

  • 電子機能

    西出宏之, 吉岡直樹, 土田英俊, 学会出版センター, 1990.04

    Scope: 125-156

    　View Summary

    高分子金属錯体をスピン化学の立場から分類し、分子性化合物におけるスピン整列のメカニズムおよび分子性磁性材料の設計法を総論的に解説した。

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Papers 【 Display / hide 】

  • 4-Arylethynyl-5-fluorobenzoyl-1-methylimidazole Exhibiting Self-Recovering Mechanofluorochromism and Forming Fluorescence Molecular Glass

    Youhei Miura,Kazuki Murai, Kazufumi Yamada, Naoki Yoshioka

    Bulletin of the Chemical Society of Japan （公益社団法人 日本化学会)  94 （ 10 ） 2444 - 2450 2021.09

    Research paper (scientific journal), Joint Work, Accepted

    　View Summary

    4-Arylethynyl-5-fluorobenzoyl-1-methyl-1H-imidazoles exhibited self-recovering mechanofluorochromism and formed a glass state. Although the solid sampleof the anisyl-substituted 1a and dimethoxyphenyl-substituted 1b exhibited no and blue f luorescence, respectively, they exhibited bluish-green fluorescence after grinding. These compounds recovered the color of their fluorescence after approximately 20s and after 20h, respectively. Both compounds exhibited non-crystalline samples after melting and rapid cooling to room temperature. Based on thermal analysis, it was found 1a and 1b were supercooling liquid and glass, respectively, at room temperature. Both non-crystalline samples exhibited fluorescence at a wavelength longer than that of the solid state. DFT calculations indicated that the bluish-green fluorescence of the ground and noncrystalline samples was derived from the twisted intramolecular charge transfer excitation state.

  • V-shaped fluorophores with a 1-methyl-4,5-bis(arylethynyl)imidazole skeleton displaying solid-state fluorescence, acid responsiveness, and remarkable fluorescence solvatochromism

    Miura Y., Kobayashi K., Yoshioka N.

    New Journal of Chemistry （New Journal of Chemistry)  45 （ 2 ） 898 - 905 2021.01

    ISSN  11440546

    　View Summary

    Novel V-shaped fluorophores with an imidazole skeleton composed of arylethynyl moieties were developed. Their HOMO-LUMO energy gaps were well controlled by the introduction of electron-withdrawing or -donating groups in the aryl moiety. Compounds with different substituents at the 4- and 5-positions were selectively synthesized exploiting the difference in reactivity between the iodo and bromo groups. All compounds synthesized displayed fluorescence not only in solution but also in the solid state. The compound with a donor-acceptor structure displayed a fluorescence maximum with a wavelength over 500 nm and a large Stokes shift of about 150 nm, due to its intramolecular charge transfer character. In the solid state, the synthesized compounds have planar structures, indicating an expansion of π-conjugation. Upon exposure of the compounds in the solid state to acid vapor, the fluorescence of the compounds with acceptor groups was quenched, and that of the others shifted to longer wavelengths.

  • Unique Superparamagnetic‐like Behavior Observed in Non‐π‐delocalized Nitroxide Diradical Compounds Showing Discotic Liquid Crystalline Phase

    TAKEMOTO YUSA, ZAYTSEVA ELENA, SUZUKI KATSUAKI, YOSHIOKA NAOKI, TAKANISHI YOICHI, FUNAHASHI MASAHIRO, YUCHIDA OSHIAKI, AKITA TAKUYA, PARK JAYEONG, SATO SHUICHI, CLEVERS SIMON, COQUEREL GÉRARD, AZHUKIN DMITRII G., SHIMONO SATOSHI, SUGIYAMA MASAHITO, TAKAHASHI HIROKI, YAMAUCHI JUN, TAMURA RUI

    Chemistry A European Journal （Wiley)  24 2018.10

    Research paper (scientific journal), Joint Work, Accepted

  • Magneto-Structural Correlation of Cyano-Substituted 3-tert-Butyl-1-phenyl-1,2,4-benzotriazin-4-yl: Spin Transition Behaviour Observed in a 6-Cyano Derivative

    TAKAHASHI YUSUKE, TSUCHIYA NAOYA, MIURA YOUHEi, YOSHIOKA NAOKI

    New Journal of Chemistry 42 （ 12 ） 9949 - 9955 2018.06

    Research paper (scientific journal), Joint Work, Accepted

    　View Summary

    New cyano-substituted 3-tert-butylbenzotriazinyls, 7CN and 6CN, were synthesized and their spectroscopic properties and magneto-structural correlation were investigated. The radical 7CN formed a 1D columnar structure and displayed an antiferromagnetic interaction along the column (J = -15.8 cm^-1). The 6-cyano substituted radical 6CN also formed a 1D columnar structure and exhibited a reversible spin transition at ca. 284 K in the range of 6 K. The molecular arrangements in the high-temperature phase (300 K) and low-temperature phase (263 K) were evaluated by X-ray crystallographic analysis and the molecules slightly rotated while remaining in the 1D columnar structure, resulting in a phase transition. The spin transition behaviour was caused by the structural phase transition, which was consistent with the DSC and computational studies.

  • Magnetic Interactions through a Nonconjugated Framework Observed in Back‐to‐Back Connected Triazinyl–Nitroxyl Biradical Derivatives

    TAKAHASHI YUSUKE, MATSUHASHI RYO, MIURA YOUHEI, YOSHIOKA NAOKI

    Chemistry A European Journal （Wiley)  24   7939 - 7948 2018.05

    Research paper (scientific journal), Joint Work, Accepted

    　View Summary

    Three hetero-biradical derivatives, with the structure of a back-to-back connected benzotriazinyl and tetramethyl or tetraethylisoindoline N-oxyl sharing a common benzo ring, 1-tBu, 1-Ph, and 2-tBu, were synthesized and characterized by single-crystal X-ray analyses, variable-temperature magnetic susceptibility studies, and DFT calculations. Although these radical derivatives form a columnar or chained assembly in the solid state, magnetic measurements of diluted samples in the polymer matrices and computational result simply that the magnetic properties of the polycrystalline sample can be explained by a two-spin system with an intramolecular antiferromagnetic interaction. The moderately strong intramolecular antiferromagnetic interactions can be interpreted by a through-bond interaction through the nonconjugated framework and/or through-space interactions based on molecular orbital theory. The strong distance dependency between the N-O spin site and vinylic carbon atoms indicates that the orbital interaction plays an important role in the intramolecular magnetic interaction.

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Papers, etc., Registered in KOARA 【 Display / hide 】

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Reviews, Commentaries, etc. 【 Display / hide 】

  • ニトロニルニトロキシド有機固体における磁気的相互作用－水素結合を用いたアプローチー

    長島英明、吉岡直樹

    日本結晶学会誌 46 ( 5 ) 364 - 369 2004.05

    Article, review, commentary, editorial, etc. (scientific journal), Joint Work

  • 磁性分子集合体－水素結合を利用したアプローチ－

    長島英明、吉岡直樹

    表面 41 ( 3 ) 89 - 95 2003.09

    Article, review, commentary, editorial, etc. (trade magazine, newspaper, online media), Joint Work

  • ２１世紀の新しい分子機能材料

    化学工業  ( １月号 ) 11 - 16 2001.01

    Article, review, commentary, editorial, etc. (trade magazine, newspaper, online media), Single Work

  • 高スピン系磁性材料

    吉岡直樹、西出宏之

    機能材料 18   59-68 1998.09

    Article, review, commentary, editorial, etc. (trade magazine, newspaper, online media), Joint Work

    　View Summary

    分子性強磁性体の研究動向を物質の形態別に紹介した。（１０頁）

  • 水素結合を利用したニトロキシドラジカルの集積化とLB膜の作製

    表面科学 19   244 - 248 1998.04

    Article, review, commentary, editorial, etc. (trade magazine, newspaper, online media), Single Work

    　View Summary

    水素結合により自己集積するニトロキシドラジカルの磁性と分光学的性質を紹介し、ＬＢ磁性薄膜の可能性について解説した。（５頁）

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Presentations 【 Display / hide 】

  • 種々の置換基を導入した4-アリールエチニル-5-ベンゾイルイミダゾール誘導体の結晶で観測される自己回復性メカノフルオロクロミズム

    毛利 匡佑、三浦 洋平、吉岡 直樹

    日本化学会第102春季年会 (オンライン　15:00 〜 15:10) , 

    2022.03
    , 

    Oral presentation (general)

  • インドールおよびベンズイミダゾールニトロニルニトロキシドの集積構造および磁気特性に及ぼすメチル基導入の効果

    久冨 雄大、目見田 捷俊、佐久間 聡、三浦 洋平、吉岡 直樹

    日本化学会第102春季年会 (オンライン) , 

    2022.03
    , 

    Oral presentation (general)

  • 長鎖置換基を導入した5-アリールエチニル-4-(2-ピリジルエチニル)イミダゾールの超分子形成と蛍光特性

    安藤 直行、村井 一貴、三浦 洋平、吉岡 直樹

    日本化学会第102春季年会 (オンライン) , 

    2022.03
    , 

    Poster presentation

  • 相転移を示さない5-Fluorobenzoyl-4-methoxyphenylethynyl-1-methylimidazole結晶のThermosalient効果

    三浦 洋平、武田 貴志、芥川 智行、吉岡 直樹

    日本化学会第102春季年会 (オンライン) , 

    2022.03
    , 

    Oral presentation (general)

  • 四座シッフ塩基ニトリドクロム(V)錯体の集積および磁気特性に及ぼす配位子導入置換基の効果

    坂 健人、石田 そのみ、柴田 晃太郎、三浦 洋平、吉岡 直樹

    日本化学会第102春季年会 (オンライン) , 

    2022.03
    , 

    Oral presentation (general)

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Research Projects of Competitive Funds, etc. 【 Display / hide 】

  • 局在ニトロキシドラジカル骨格を含むπ共役系ポリマーを基盤とする磁性半導体の創製

    2020.04
    -
    2023.03

    MEXT,JSPS, Grant-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Principal investigator

  • Construction of High Dimensional Magnetic Network by Using Spiro-Conjugated Unpaired Electrons

    2013.04
    -
    2016.03

    Grant-in-Aid for Scientific Research, Yoshioka　Naoki, 挑戦的萌芽研究, No Setting

    　View Summary

    有機物からなる強磁性体の開発は、機能材料の出現につながる重要な研究課題である。空間的に分子の広がりを持つ開殻分子を設計するために、スピロ共役型分子に着目し、基礎的知見を整理することを目的とした。具体的には、放射状に広がった系の中心構造としてスピロ共役を介した軌道間相互作用に基づき強磁性的なスピン整列が期待されるビアクリジン構造を、また複数のフェニル環を有する窒素中心型安定有機ラジカルを選択した。これらを効率よく合成するために、ラジカル状態で分子を化学修飾する方法を開拓した。さらにヘテロ原子を含むスピン原子を介した軌道間相互作用により、強磁性的にスピン整列することを計算化学的に明らかにした。

    　View Remarks

    研究分野：ナノ材料・ナノバイオサイエンス
    研究種目：挑戦的萌芽研究
    研究分野：機能物性化学

  • 水素結合を利用した強磁性ニトロキシラジカル集積体の開発

    2011.04
    -
    2013.03

    Grant-in-Aid for Scientific Research, Yoshioka　Naoki, Research grant, Principal investigator

    　View Summary

    有機物のみからなる磁性材料の開発は、全く新しい有機機能材料の出現につながる基礎的かつ重要な研究課題である。本研究では、研究代表者が見出した“スピン整列を促す超分子シントン”をベースにラジカル分子に化学修飾を行い、その効果を精密な磁気物性評価から検証し、高性能な純有機ナノ磁性材料を構築することを目的としている。
    平成２４年度においては、インドール環を環拡張した誘導体の系統的な合成を完了した。合成した有機ラジカル結晶について各種分光学的測定および物理化学的測定を実施した。固体状態における磁気特性は、直流および交流SQUID磁束計を用いて評価した。直流モル磁化率の温度依存性からラジカル分子間の相互作用を詳細に議論した。また、Ｘ線構造解析より得られる結晶座標を用いてDFT計算を実施した。実験データとモデル式を非線形最小二乗法で解析し、磁気カップリングに関する各種パラメータを算出した。ベンゾ縮環した誘導体は、母骨格とは異なるカラム配列で結晶化した。新たな磁気軌道の接近様式が見出された。これは、複素環部位の電子的な効果であると考察した。さらに、SOMO同士の接近様式の調査より、接近距離に加え、ラジカルユニットのなす角度も大きく影響していることが明らかになった。
    以上を総合して、水素結合部位としてインドール型ニトロニルニトロキシド一連の新規誘導体を合成し、水素結合様式と集積体の磁気特性を定量的に議論することで、高次元スピンネットワーク構築に適したラジカルの分子設計に必要な知見を蓄積することができた。

    　View Remarks

    研究領域：分子自由度が拓く新物質科学
    研究課題/領域番号：23110724
    研究種目：新学術領域研究(研究領域提案型)　

  • リチウムイオン二次電池の安全性を高めるレドックス・シャトル剤の分子設計と電解質への応用

    2010.11
    -
    2011.10

    研究成果最適展開支援プログラム（A-STEP）　フィージビリティスタディ（シーズ顕在化）, Commissioned ｒesearch, No Setting

  • Construction of Spin Network by Chemical Modification of Organic Radical Self-Assemblies

    2008.04
    -
    2011.03

    Grant-in-Aid for Scientific Research, Research grant, No Setting

    　View Remarks

    研究課題/領域番号:20310060
    研究種目：基盤研究(B)
    応募区分：一般
    研究分野：ナノ材料・ナノバイオサイエンス

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Intellectual Property Rights, etc. 【 Display / hide 】

  • 光電変換素子及びΠ共役型有機ラジカル化合物

    Date applied： 特願2011-104225  2011.05 

    Date issued： 特許第5996255号  2016.09

    Patent, Joint

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Awards 【 Display / hide 】

  • 早稲田大学水野賞

    YOSHIOKA NAOKI, 1990.03

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Courses Taught 【 Display / hide 】

  • TOPICS IN PHYSICAL ORGANIC CHEMISTRY

    2024

  • SEMINAR IN APPLIED CHEMISTRY

    2024

  • MATERIAL SCIENCE 2

    2024

  • LABORATORIES IN APPLIED CHEMISTRY C

    2024

  • INDEPENDENT STUDY ON FUNDAMENTAL SCIENCE AND TECHNOLOGY

    2024

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Courses Previously Taught 【 Display / hide 】

  • 応用化学計算基礎

    Keio University

    2013.04
    -
    2014.03
    , 

    Autumn Semester, Lecture, 1h

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Memberships in Academic Societies 【 Display / hide 】

  • 高分子学会　超分子研究会, 

    2010.04
    -
    2012.03

  • The 3rd Japanese-Russian Workshop on Open Shell Compounds and Molecular Spin Devices, 

    2009.07
    -
    2009.11

  • 第８回高分子錯体国際会議(MMC-8 Tokyo), 

    1998.07
    -
    1998.10

  • 錯体化学若手の会　関東支部, 

    1995.08
    -
    1997.08

  • 第４４回錯体化学討論会, 

    1994.07
    -
    1994.11
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Committee Experiences 【 Display / hide 】

  • 2021.03
    -
    2023.02

    部会長, 日本化学会　有機結晶部会

  • 2021.03
    -
    2023.02

    主査, 日本化学会　有機結晶ディビジョン

  • 2021

    実行委員長, 第29回有機結晶シンポジウム　実行委員会

  • 2019.03
    -
    2021.02

    副部会長, 日本化学会　有機結晶部会

  • 2017.03
    -
    2019.02

    幹事, 日本化学会　有機結晶部会

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