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Design and synthesis of dynamic capsular molecules that can control the guest release by extension/contraction of the molecular length

Research Project

Project/Area Number 20K21206
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 34:Inorganic/coordination chemistry, analytical chemistry, and related fields
Research InstitutionKanazawa University

Principal Investigator

Akine Shigehisa  金沢大学, ナノ生命科学研究所, 教授 (30323265)

Project Period (FY) 2020-07-30 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywords分子カプセル / かご型分子 / 動的構造変換 / 包接化合物 / 応答性分子 / 分子認識 / 環状化合物 / 動的共有結合 / コバルト錯体 / 金属錯体ホスト / カプセル分子 / ゲスト取り込み制御 / 分子長伸縮
Outline of Research at the Start

本研究では、金属配位により収縮する構造を活用して、ゲストの取り込みと放出を制御できるような新規なかご型分子を開発する。かご型ホストの内部空間は、ゲストを取り込んで保存する場として有用であるが、開閉機構がない限り、取り込んだゲストを完全に保持することができない。一方、我々は日常において、手のサイズよりも大きな物体でも、両手で挟み込んで保持することができる。これにヒントを得て、二つのbowl型ユニットを多座配位子型リンカーにより連結した構造のホスト分子を設計した。このタイプのホストを用い、多座配位子型リンカー部での遷移金属との錯形成により分子長を縮小させて、取り込んだゲストを保持することを目指す。

Outline of Final Research Achievements

Capsule-shaped molecules have recently attracted much attention from the viewpoints of guest uptake into the inner space and physical properties and reactions in the inner space isolated from the bulk environment. However, it has been difficult to control the guest uptake/release rates in most capsule-shaped molecules. In this study, we aimed to develop a mechanism to change the aperture size of the capsule-shaped molecules that are obtained by linking two bowl-shaped subunits. We successfully achieved the structural transformation between the cyclic structure and the capsule structure in response to alkali metal ions in a biscalix[4]arene-type host with amide groups at the lower rim of the calix[4]arene to control the aperture size.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

カプセル状の分子は、内部空間への物質の取り込みや、外部から隔離された特異な空間での物性・反応などの観点から近年注目されている。特に、このような閉じた構造は、必要になるまで物質を閉じ込めておくための「分子の容器」としての応用が注目されているが、「容器」として活用するためには、その物質が必要になるまでは内部に確実に閉じ込めておき、必要になった際に速やかに物質を放出できるような開閉機構の確立が求められていた。本研究で達成できたカプセルの隙間の大きさの制御の手法は、このような開閉可能な「分子の容器」の開発における重要な知見となる。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (49 results)

All 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (11 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 11 results) Presentation (37 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 6 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Synthesis of amphiphilic chiral salen complexes and their conformational manipulation at the air-water interface2023

    • Author(s)
      Shigehisa Akine, Keisuke Nomura, Mizuho Takahashi, Yoko Sakata, Taizo Mori, Waka Nakanishi, Katsuhiko Ariga
    • Journal Title

      Dalton Transactions

      Volume: 52 Issue: 2 Pages: 260-268

    • DOI

      10.1039/d2dt03201e

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    • Author(s)
      Yoko Sakata, Ryosuke Nakamura, Toshihiro Hibi, Shigehisa Akine
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 62 Issue: 11

    • DOI

      10.1002/anie.202217048

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    • Journal Title

      Organic and Biomolecular Chemistry

      Volume: 20 Issue: 42 Pages: 8259-8268

    • DOI

      10.1039/d2ob01511k

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      Shigehisa Akine, Hiroyuki Miyake
    • Journal Title

      Coordination Chemistry Reviews

      Volume: - Pages: 214582-214582

    • DOI

      10.1016/j.ccr.2022.214582

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      Yoko Sakata, Shunsuke Chiba, Shigehisa Akine
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      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 119 Issue: 11 Pages: 2113237119-2113237119

    • DOI

      10.1073/pnas.2113237119

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    • Journal Title

      Dalton Transactions

      Volume: 50 Issue: 12 Pages: 4119-4123

    • DOI

      10.1039/d1dt00218j

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      Akine Shigehisa、Miyashita Masato、Nabeshima Tatsuya
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      Inorganic Chemistry

      Volume: 60 Issue: 17 Pages: 12961-12971

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      Yoko Sakata, Ryo Tsuyuki, Shingo Sugimoto, Shigehisa Akine
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      Volume: 57 Issue: 99 Pages: 13510-13513

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      10.1039/d1cc05553d

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      Chaudhry Mohammad T.、Akine Shigehisa、MacLachlan Mark J.
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      Chemical Society Reviews

      Volume: 50 Issue: 19 Pages: 10713-10732

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      10.1039/d1cs00225b

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      Akine Shigehisa
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      Dalton Transactions

      Volume: 50 Issue: 13 Pages: 4429-4444

    • DOI

      10.1039/d1dt00048a

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      Sakata Yoko、Okada Masahiro、Akine Shigehisa
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      Chemistry - A European Journal

      Volume: 27 Issue: 7 Pages: 2284-2288

    • DOI

      10.1002/chem.202004487

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      杉本晋梧・酒田陽子・秋根茂久
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      秋根茂久
    • Total Pages
      550
    • Publisher
      三共出版
    • ISBN
      9784782707913
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URL: 

Published: 2020-08-03   Modified: 2024-01-30  

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