有機ホウ素π電子系を用いた発光性超分子らせんポリマーの重合制御とバイオ応用

Research Project

Project/Area Number	19F19036
Research Category	Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Allocation Type	Single-year Grants
Section	外国
Review Section	Basic Section 33010:Structural organic chemistry and physical organic chemistry-related
Research Institution	Nagoya University
Principal Investigator	山口茂弘名古屋大学, 物質科学国際研究センター(WPI), 教授 (60260618)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	CHOI HEEKYOUNG 名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 外国人特別研究員
Project Period (FY)	2019-04-25 – 2021-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help	¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000) Fiscal Year 2020: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000) Fiscal Year 2019: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywords	超分子化学 / 分子集合体 / 超分子ポリマー / 有機ホウ素π電子系 / ルイス酸 / 種重合
Outline of Research at the Start	らせん構造は細胞膜との接着性を決める構造要素の一つであり，らせんの向きを精密に制御することが重要となる．そこで本研究では，らせん超分子重合過程を制御し，らせん状超分子ポリマーの機能を追求することを目的とする．これを達成するため，平面固定トリフェニルボランのルイス酸性と平面性に着目し，塩基やアニオンとの錯形成過程と，らせん超分子重合過程について理解を深める．また，光応答性部位を有機ホウ素π電子系に導入し，光照射下における集合体のらせん反転挙動を評価する．さらに，生体応用への可能性を探るべく，特定の細胞にらせん状超分子ポリマーを局在化させ，細胞膜との接着性を評価する．
Outline of Annual Research Achievements	本研究では，らせん状π電子系超分子ポリマーの機能を追求するため，幅広い濃度範囲での種重合の実現を目的としている．種重合法は，超分子ポリマーの重合度や分子配向などの構造要素を速度論的に制御できるため，均質性に由来した光・電子機能を追求するのに有効である．これまでに，アミノ酸ジアミド基とキラルな分岐アルキル鎖を導入した平面固定トリフェニルボラン誘導体を合成し，低極性溶媒中における自己集合特性を評価した．ジアミド骨格の分子内水素結合に加え，ホウ素と塩基との分子間配位結合を組み合わせることで自発的な自己集合を一時的に抑制でき，幅広い濃度範囲で種重合を達成できた．2020年度は，平面固定トリフェニルボラン誘導体の自己集合特性について詳細な知識を得るために，単分散状態における分子構造と，集合体の形成機構の解明に取り組んだ．具体的には，超分子ポリマー化が抑制された誘導期における，単分散状態の構造について知見を得るため量子化学計算を行った．その結果，アミノ酸ジアミド部位が分子内水素結合を形成し，ホウ素に塩基が配位した折りたたみ構造がエネルギー的に最安定であることがわかった．超分子ポリマー化の駆動力となる分子間水素結合と，平面固定トリフェニルボラン同士のπスタッキング相互作用が阻害され，自発的な集合化が抑制されたと考えられる．また，超分子ポリマーの形成機構について知見を得るため，温度可変吸収スペクトル測定を行った．平面固定トリフェニルボラン同士のπスタッキング相互作用により発現する新たな吸収帯の変化を追跡したところ，核形成・伸長モデルにより集合体が形成することがわかった．また，フィッティングにより伸長過程における熱力学的パラメーターを決定した．物理化学や計算化学の知見を取り入れながら解明するアプローチにより，π電子系集合体の形成機構に関する理解を深めることができた．
Research Progress Status	令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	令和2年度が最終年度であるため、記入しない。