高知工科大学の中林 真宏さん（当時：大学院博士後期課程３年／2026年３月修了）と林 正太郎教授（理工学群）は、有機分子結晶*1） において、「分子間相互作用の階層性*2）（：結びつきの序列）」が結晶構造や発光特性、さらには相転移*3）挙動を支配することを明らかにしました。従来は、分子間に複数の作用が同時に存在する場合、どの力が優先され、どう全体を支配するのかを予測して制御することは非常に難しいとされてきました。本研究では、「力の強さに優先順位（階層性）をつけるように分子をデザインし、結晶の性質や、刺激による変化をねらい通りにコントロールできる」という新しい指針を提案した点が、学術的に高く評価されました。 この成果は、2026年６月30日、化学分野において高い影響力を持つ国際学術誌Angewandte Chemie International Edition に、掲載されました。 【研究成果のポイント】 有機分子結晶において、分子同士が引き合う力（分子間相互作用）の「種類」と「強さの序列（階層 性）」が、結晶の挙動を決定づけることを明らかにした。 上記「結びつきの序列」に基づき分子を設計することで、同一の分子から黄色と緑色にそれぞれ発光する２つの異なる結晶（多形）を創出できることを発見した。 熱を加える（熱刺激）か、あるいは擦る（機械刺激）かによって、結晶の状態が異なるプロセスで変化していく様子を発光色の変化として可視化することに成功した。 将来的な応用可能性を検討するため、この分子を紙に染み込ませ、擦ると発光色が黄色に変化し、加熱によって消去（リセット）できる「セキュリティペーパー」を作成し、応用を実証した。 ▲図１ 作成したセキュリティペーパー。機械刺激、熱刺激の繰り返しによる色変化の様子 【研究の背景】 光・熱・力などの外部からの刺激に反応して構造や性質を変える「有機分子結晶*1）」は、センサーや光機能材料などの次世代材料として世界中で研究が進められています。しかし、分子をどのように設計すれば、ねらい通りの相転移（状態の変化）を起こせるのか、未解明な部分が多く残されています。近年では、分子間相互作用を利用して結晶構造を制御する研究が進展していますが、分子の中に複数の引き合う力が同時に存在する場合、それらがどのように影響しあって結晶全体の構造や相転移を支配するか、一般的な設計指針は確立されていませんでした。 【研究の成果】 研究チームは、シアノ基を有する発光性分子に「臭素原子」と「メトキシ基」を同時に配置した新しい分子を設計しました。この分子には、分散力*4）、双極子相互作用*5）、ハロゲン結合*6）など、異なる強さの複数の相互作用が共存しています。 この分子を結晶化させたところ、結晶化条件によって異なる配列を持つ2つの結晶（多形）*7）が得られ、一方は黄色に発光する「α相」、もう一方は緑色に発光する「β相」であることを発見しました。 ▲図２ 新しく設計した分子の構造と２種の結晶 また単結晶X線構造解析*8）により、これら2つの結晶内部における分子間相互作用の「階層性（序列）」の違いが明らかになりました。 α相（黄色結晶）：メトキシ基同士や芳香環同士による、比較的“均質”な相互作用が優勢 β相（緑色結晶）：臭素原子とメトキシ基の間に形成されるハロゲン結合などの“異種”相互作用ネットワークを形成し、強固に支配 分子間相互作用を「均質な相互作用」と「異種相互作用」に分類し、それらのエネルギーに階層（優先順位）がある点に着目したのが本研究の特徴です。この階層的な結びつきにより、加える刺激の種類によって結晶構造の変化ルートが全く異なることが明らかになりました。 熱刺激（加熱）：黄色結晶（α相）から緑色結晶（β相）へ結晶の形を維持したままダイレクトに 変化 【単結晶－単結晶相転移】 機械刺激（擦るなど）：黄色結晶（α層）は一度、規則性のない不安定な「アモルファス*9）（無定型）状態」を経由したのちに、緩やかに緑色結晶（β相）へと変化 ▲図３ 変換経路のイメージ 研究チームは、これらの複雑な変化ルートを「黄色の発光から緑色の発光へ」という明瞭な色の変化として光学的に追跡、可視化することに成功しました。これは、分子間相互作用のわずかな違いが、結晶の応答性や相転移経路を大きく変化させることを示しています。 さらに、この分子を活かし、セキュリティペーパーの作成とデモンストレーションを行いました。分子を染み込ませた紙に対し、UV光（紫外線）をあてながら「擦る（機械刺激）」と、擦った部分だけ発光色が変わり、文字や絵を浮かび上がらせることができます。さらに「加熱する（熱刺激）」と再び元の均質な発光色に戻り、描いた情報をリセットすることができました