Yoshioka, Naoki

写真a

Affiliation

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

Position

Professor

Related Websites

External Links
Page Top ▲

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

Page Top ▲

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

display all >>

Page Top ▲

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

Page Top ▲

Academic Degrees 【 Display / hide 】

  • 工学　, Waseda University, 1990.03

Page Top ▲
 

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)

Page Top ▲

Research Keywords 【 Display / hide 】

  • Molecule-Based Magnetism

  • Magnetochemistry

  • Crystal Chemistry

  • Structure=Function Correlation

Page Top ▲

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

display all >>

Page Top ▲

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

Page Top ▲
 

Books 【 Display / hide 】

  • Advances in Organic Crystal Chemistry: Comprehensive Reviews 2025 on Crystal Functions

    Naoki Yoshioka, Youhei Miura, Masaomi Takii, 2025.08,  Page： 278

  • 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。

Page Top ▲

Papers 【 Display / hide 】

  • Synthesis of Boron–Imidazole Complexes and Studies on their Multi-Stimuli-Responsive Fluorescence Properties

    Miura Y., Mohri K., Funayama D., Yoshioka N.

    European Journal of Organic Chemistry 27 ( 46 )  2024.12

    ISSN  1434193X

    　View Summary

    Organoboron complexes represented by BODIPY are one of the candidates for fluorescent skeletons exhibiting good fluorescence properties in the solution. However, because most BODIPY have high planar skeletons and small Stokes shifts, their fluorescence is quenched in the solid state. Therefore, numerous approaches were challenged to prepare the solid state fluorescent BODIPYs. On the other hand, an alternative approach to developing solid state fluorophores involves imidazole-boron complexes. Herein, imidazole-based boron complexes featuring the imidazo[1,2-c][1,3,2]diazaborole skeleton were synthesized. This skeleton comprised two fused five-membered rings and could introduce substituent at the 2-, 3-, 5-, and 6-positions. The boron complexes with aryl groups at the 3,5,6-positions exhibited fluorescence in both the solution and solid states. These compounds exhibited Stokes shifts exceeding 120 nm, effectively suppressing self-absorption. DFT calculations suggested that the large Stokes shift could be attributed to the planarization of π-conjugation upon excitation. In the solid state, the complexes displayed mechanofluorochromism, with the altered fluorescence color being recovered upon annealing at 150 °C. Compounds with two or three methoxy groups underwent a phase transition to a glass state, resulting in long-wavelength fluorescence. Furthermore, they demonstrated mechanochromism, thermochromism, and thermofluorochromism in the solid state, indicating their potential as scaffolds for multifunctional fluorophores.

  • Hydrogen-Bonded Cyclic Tetramer Formation of a Pyridylethynylimidazole-Based Fluorophore

    Miura Y., Murai K., Ando N., Yoshioka N.

    Chemistryselect 9 ( 38 )  2024.10

    　View Summary

    Supramolecular have promising application prospects owing to their catalytic, self-healing, and stimulus-responsive functions. Pyridylethynylimidazole-based supramolecular synthons with fluorescent properties have been developed. 4-(2-Pyridylethynyl)-5-arylethynyl-1H-imidazole derivatives 1 with different substituents at the 4- and 5-positions of the imidazole skeleton were prepared using a step-by-step Sonogashira coupling reaction. The fluorescence maxima of phenyl- and methoxyphenyl-substituted derivatives 1a and 1c were independent of solvent polarity. On the other hand, ester- and cyano-substituted 1b and 1d showed bathochromically shifted fluorescence maxima in highly polar solvents. In crystals, the 4-(2-pyridylethynyl)-5-arylethynyl-1H-imidazole derivatives formed a supramolecular cyclic tetramer structure via two hydrogen bonds: one was between N─H in imidazole and N in pyridine, and the other was between C─H in imidazole and N in imidazole. Introducing the pyridine ring as a hydrogen bond acceptor, in addition to the imidazole ring, promoted the unique cyclic tetramer structure formation.

  • A Nitronyl Nitroxide-Substituted Benzotriazinyl Tetraradical**

    Tretyakov E.V., Zayakin I.A., Dmitriev A.A., Fedin M.V., Romanenko G.V., Bogomyakov A.S., Akyeva A.Y., Syroeshkin M.A., Yoshioka N., Gritsan N.P.

    Chemistry A European Journal 30 ( 8 )  2024.02

    ISSN  09476539

    　View Summary

    High-spin organic tetraradicals with significant intramolecular exchange interactions have high potential for advanced technological applications and fundamental research, but those synthesized to date possess limited stability and processability. In this work, we have designed a tetraradical based on the Blatter's radical and nitronyl nitroxide radical moieties and successfully synthesized it by using the palladium-catalyzed cross-coupling reaction of a triiodo-derivative of the 1,2,4-benzotriazinyl radical with gold(I) nitronyl nitroxide-2-ide complex in the presence of a newly developed efficient catalytic system. The molecular and crystal structure of the tetraradical was confirmed by X-ray diffraction analysis. The tetraradical possesses good thermal stability with decomposition onset at ∼150 °C under an inert atmosphere and exhibits reversible redox waves at −0.54 and 0.45 V versus Ag/AgCl. The magnetic properties of the tetraradical were characterized by SQUID magnetometry of polycrystalline powders and EPR spectroscopy in various matrices. The collected data, analyzed by using high-level quantum chemical calculations, confirmed that the tetraradical has a triplet ground state and a nearby excited quintet state. The unique high stability of the prepared triazinyl-nitronylnitroxide tetraradical is a new milestone in the field of creating high-spin systems.

  • Thermosalient Effect of 5-Fluorobenzoyl-4-(4-methoxyphenyl)ethynyl-1-methylimidazole without Phase Transition

    Miura Y., Takeda T., Yoshioka N., Akutagawa T.

    Crystal Growth and Design 22 ( 10 ) 5904 - 5911 2022.10

    ISSN  15287483

    　View Summary

    5-Fluorobenzoyl-4-(4-methoxyphenyl)ethynyl-1-methylimidazole 1 exhibited a thermosalient effect without phase transition. The crystal of 1 was jumped by heating to about 80 °C using a hot plate. No phase transition peak was observed at this temperature range according to DSC measurement, unlike renowned thermosalient crystals. Variable-temperature X-ray crystal structure analyses revealed that anisotropical cell constant expansion resulting from the torsion angle change between the imidazole group and carbonyl moiety induced unit cell constant expansion and the thermosalient effect.

  • 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,  ISSN  00092673

    　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.

display all >>

Page Top ▲

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

Page Top ▲

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）

display all >>

Page Top ▲

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)

display all >>

Page Top ▲

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

  • Construction of Metal-fFee Magnetic Materials Containing Biphenylene Unit

    2024.06
    -
    2026.03

    挑戦的研究（萌芽）, Principal investigator

  • 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

display all >>

Page Top ▲

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

Page Top ▲

Awards 【 Display / hide 】

  • 早稲田大学水野賞

    YOSHIOKA NAOKI, 1990.03

Page Top ▲
 

Courses Taught 【 Display / hide 】

  • TOPICS IN PHYSICAL ORGANIC CHEMISTRY

    2025

  • SEMINAR IN APPLIED CHEMISTRY

    2025

  • MATERIAL SCIENCE 2

    2025

  • LABORATORIES IN APPLIED CHEMISTRY C

    2025

  • INDEPENDENT STUDY ON FUNDAMENTAL SCIENCE AND TECHNOLOGY

    2025

display all >>

Page Top ▲

Courses Previously Taught 【 Display / hide 】

  • 応用化学計算基礎

    Keio University

    2013.04
    -
    2014.03
    , 

    Autumn Semester, Lecture, 1h

Page Top ▲
 

Academic Activities 【 Display / hide 】

  • Pacifichem 2025　#MAT011　Organizer　

    (Honolulu) , 

    2025.12

Page Top ▲

Memberships in Academic Societies 【 Display / hide 】

  • 日本化学会, 

    1990.04
    -
    Present

  • 高分子学会, 

    1985.04
    -
    Present

  • 日本磁気学会, 

    2024.09
    -
    Present

  • 日本化学会有機結晶部会, 

    2000.04
    -
    Present

  • 日本化学会　ケモインフォマチックス部会, 

    2000.04
    -
    Present
Page Top ▲

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

display all >>

Page Top ▲